芯片有多重要，中国芯片就有多艰难
[汽车之家 技术] 这两天进博会正如火如荼，汽车也有一个专门的展区（2H），作为汽车媒体我们自然不能放过。但进博会中吸引我的却不是整车，而是汽车半导体。前阵子汽车之家总部街对面的新东方董事长俞敏洪公开表示：“即使华为现在造出了自己的芯片，但没有美国芯片专利技术，中国手机一台也造不出来”。这句话放到中国汽车制造业，也同样成立。
芯片有多重要？
芯片是半导体元件的统称，也可以叫作集成电路，是把电路通过高精度加工的方式制作在硅片晶圆表面上的产物。一颗芯片的生产涉及多达五十多个行业，工序超过5000道，以纳米为度量单位。
大家上学都学过历史，知道第二次工业革命最显著的是电器以及内燃机的发明和广泛使用。第三次工业革命虽然还没有定论，但现在主流观点认为是原子能和电子计算机技术，而计算机技术的核心就是芯片。
有这样一个观点：近40年来，汽车的技术革新主要是靠芯片或者说集成电路推动的。
听起来是不是很反直觉？然而现实就是这样。回忆一下几十年来不断出现的汽车技术，你能找出几个跟芯片没关系的？车载收音机、电子点火、ABS、变速器控制、电动转向助力、胎压监测、牵引力控制、车载导航，都离不开芯片。
你要说发动机？很遗憾，燃油发动机技术革新的标志性技术“电子燃油喷射”靠的就是芯片，指望纯机械结构来根据工况判断和调整喷油量，那得需要多么大的体积？蒸汽朋克吗？电喷系统只有靠微处理器芯片来运算和控制，从此以后发动机就再也离不开芯片了。
接着从上世纪70年代，芯片开始在汽车上大规模应用。到了现在，走向车联网、新能源和自动驾驶的车，就更少不了芯片。
中国芯片有多艰难？
芯片产业可以说是个“点石成金”的行业，芯片的主要原料是硅，从沙子中提炼，理论上是把一文不值的沙子变成价格高昂的高科技芯片。这不可思议变化的背后是巨量的资金和技术投入，所以半导体行业发展严重依赖政府及军方的支持。
从1953年开始，半导体就已经列入五年计划的重点科研项目中，但随后的一系列国内外动荡导致芯片业基本停顿。改革开放后，我国再次发展芯片产业，但一直到80年底末都还处于摸索阶段。
90年代，我国才真正开始大规模投入支持芯片产业发展，标志是2000年制定的鼓励政策《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》。
芯片产业链有三大块：上游是半导体原材料，中游是设计、制造和封测这三大核心环节，下游则是汽车、手机、高铁和电脑等使用电子零部件产品。
2016年以前中国半导体业只在技术含量较低且工序靠后的封装和测试阶段有竞争力。也就是近两年，芯片设计业开始形成竞争力，制造业也慢慢起步。
目前，中国芯片制造产业链中，位于制造前端的芯片设计行业，华为海思位列全球前十；位于制造末端的封装测试行业中，长电科技全球第三。全球前20大芯片制造商，仍旧没有一家是中国大陆的。中国大陆制造工艺第一的中芯国际，仍旧与世界水平有极大差距。至于关键的半导体制造设备光刻机，干脆就被荷兰ASML垄断。
中芯国际创始人张汝京近日公开表示，我国芯片企业在应用、封装测试领域已经达到全球领先地位，但在产业链前端环节仍旧非常薄弱。
根据中国海关公开数据显示：2017年中国货物进口量为12.46万亿元，其中芯片产品进口量约3770亿块，约17594亿元，占总进口额的14.1%。而2017年的原油及成品油进口额约为11984亿元，芯片进口量几乎是油品的1.5倍。
2017年中国芯片需求量在全球的占比高达50%以上，但本土品牌芯片只能满足8%。
值得一提的是，由于大数据、人工智能、车联网乃至虚拟币矿机等需求，使得2017年芯片进口量增幅17.3%。还记得过去一年多电脑内存条涨价吗？与这有很大关系。
新能源与自动驾驶更需要大脑
在汽车芯片方面呢？车辆的主要功能是交通，因此可靠性是第一位的，这就要求车用芯片有很宽的工作温度范围、高电压范围、高抗震性、低故障率和高寿命，对于技术和质量的要求比消费级严苛得多。我国芯片制造业在消费电子级尚且薄弱，在要求更高的车用芯片方面差距就更大了。
截止2017年，我国汽车芯片市场规模约占全球的20%，但是国产汽车芯片在全球占比不到1%。国内汽车芯片市场基本上是由国外厂商主导，英飞凌、恩智浦、瑞萨、意法半导体和德州仪器等占据着国内绝大部分市场份额。
汽车芯片包括处理器、控制器、存储器、传感器、光电器件和射频器件等，这一类属于汽车电子细分领域。汽车未来的发展趋势之一是自动驾驶，看重处理器和传感器。在汽车电子细分领域，恩智浦（荷兰）全球排名第一，英飞凌（德国）第二。不过在2015年恩智浦收购飞思卡尔之前，该领域第一是英飞凌。
另一个细分领域是功率器件（IGBT），用于能源转换与传输，是新能源车电力驱动系统的核心零部件，当然也广泛用于输电、高铁和焊机等方面。在这一领域，英飞凌连续14年全球第一。可以说，发展新能源车，绕不开英飞凌。
新能源与自动驾驶更需要大脑
在本届进博会上，英飞凌全方位展示了在智能汽车、智慧城市、智能家居以及智能工厂领域的技术、产品、生态能力。在博览会前，英飞凌举办了第七届英飞凌开发者大会,并发布了新产品。在会上，笔者能够感受到英飞凌以及相关企业的兴奋，因为汽车的未来，正需要他们的主营业务。
又或者说，是他们在推动。因为一项技术要在汽车上应用，往往在五年甚至更久之前就需要在芯片阶段开始规划设计。
目前公认汽车未来的两大趋势：新能源和自动驾驶。
在自动驾驶方面，作为“大脑”的微处理器和作为“眼睛”的传感器是核心部件。全球首款量产的L3级自动驾驶车奥迪A8，雷达传感器芯片采用的是英飞凌的RASIC系列芯片。AURIX系列芯片则作为中央驾驶辅助控制系统的微处理芯片，为自动驾驶功能提供“大脑”这个硬件基础。
在开发者大会上，英飞凌还发布了AURIX的第二代产品AURIX 2G，采用多核架构，除了性能更强之外，多核设计采用的是与航空航天安全冗余设计相似的理念，多核之间可以相互检查、备份，有利于汽车安全，性价比也更高。AURIX 2G在扩展性、存储、安全性和应用场景等几个方面进一步地提升。
英飞凌加入了百度阿波罗自动驾驶计划，其系统底层就使用了AURIX芯片。而英飞凌的对手恩智浦，则早在2017年初就已经与吉利达成长期战略合作。今年9月份，恩智浦又宣布与吉利携手研发更高一级的自动驾驶技术。
新能源作为另一大趋势，除了动力电池和充电网络，电力驱动系统中所需的功率器件（IGBT）也是关键。英飞凌作为该领域的老牌冠军，占据了电动车用IGBT的绝大部分市场，特斯拉Model X使用132个IGBT管，均由英飞凌提供。Model 3同样使用英飞凌的IGBT，另一个供应商则是其老对手意法半导体。
目前备受期待的快速充电技术同样需要IGBT模块支持。当笔者问及快速充电技术的前景时，英飞凌科技大中华区副总裁及汽车电子事业部负责人徐辉女士表示：快速充电功能能否解决，技术不是问题，关键在于高压充电桩达到一定数量后，当地的电网能否承受是个很大的问题。
在国内，众多电动车也几乎离不开英飞凌供应的IGBT。在今年3月，英飞凌宣布与上汽集团成立合资企业“上汽英飞凌汽车功率半导体（上海）有限公司”，主要为中国市场生产汽车级框架式IGBT模块——HybridPACK，8月份已经开始供货。
对于英飞凌等汽车半导体企业来说，全球汽车市场尤其是中国市场，有着美好的未来。
随着手机和电脑市场接近饱和销量放缓，汽车成为半导体企业的新战场。据普华永道数据显示，汽车芯片器件在2000年时，仅占整车成本的20%，现在却达到30%以上，预计2030年将超过50%。
自动驾驶车从L2级开始，单车成本开始大幅增加，其中硬件是大头。据英飞凌数据显示，L2级增加150美元/车成本，L3级则骤增至580美元，到L4/L5级攀升至860美元。麦肯锡也有统计显示，纯电动车的芯片成本为704美元，相比传统燃油车增加一倍，未来全无人驾驶等功能完善后，单车芯片成本将超过5000美元。
据中国汽车工业协会预估，2017年国产车单车芯片平均用量为580颗，2022年将增至934颗，同时期国外品牌的用量更多，到2022年全球单车平均芯片用量很可能达到1450至1500颗。
中国汽车工业协会副秘书长师建华今年7月份介绍：2018年1-5月，中国新能源汽车产销均完成32.8万辆，同比增长量分别为122.9%和141.6%。
英飞凌科技大中华区副总裁及汽车电子事业部负责人徐辉女士在接受对话时表示：中国新能源车发展太快，2018年以前一直觉得发展速度达不到期望，到了2018年突然很多需求量大增，但整个行业的产能却还没有准备好。
这就是我们常说的，幸福来得太突然。
中国芯片业也在不断成长。根据专利检索公司QUESTEL发布《芯片行业专利分析及专利组合质量评估》报告显示：中国已经成为芯片专利申请第一大国，之后是日、美、欧、澳和印等国。而全球芯片专利数在过去18年增长6倍，中国专利数增长了23倍。
中兴之所以被制裁，有很大原因是因为它是中国芯片业中手握专利最多且布局最全面的企业。华为总裁任正非今年的内部讲话中提到：我们与美国之间的差距，估计未来20-30年，甚至50-60年还不能消除，美国领先世界的能力还很强。但是，我们要将差距缩小到“我们要能活下来”。
汽车芯片细分领域，中国企业也在发力。能够量产高压大功率IGBT的企业已经有两家了，一个是主供高铁的中国中车，另一个是可供汽车的比亚迪微电子。比亚迪2006年启动了IGBT项目，是国内第一家可以设计生产车规级高压大功率IGBT芯片的企业。
不可否认进口IGBT更优秀，而且以英飞凌为首的外国芯片占据90%以上市场份额。但中国汽车芯片业也开始有起色了。
编辑总结：
或许是芯片业太过靠产业链上游，或许是技术太过高深，距离我们太远，以致于让很多人觉得这个“大脑”不如发动机这颗“心脏”重要。然而事实是，很多时候就连发动机的技术升级也是要依赖于芯片以及控制技术的提高，更不用说新能源和自动驾驶这样更加依赖芯片的技术了。我国在大力发展新能源以及自动驾驶技术，但短期来看，我国芯片制造业仍旧赶不上欧美巨头，但也让我们看到了差距。中美贸易战对华芯片产业的打压，反倒让国内加大了对芯片业的支持。虽说很多人觉得在全球化之下没有必要什么都要拿过来自己做，但芯片这样重要的东西，中国“芯”能自强没什么不好。对于未来我国汽车芯片能否在世界上有一席之地，值得期待。
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