经济观察网 记者 郑晨烨2024年初至今，方睿所在公司设计的几个车规级芯片产品都进入了验证阶段，而购买这些产品的客户，无一例外都是国内的汽车厂商，这些产品也都将被用于各家厂商的一些旗舰车型上。
作为一位已经从业十年有余的老“半导体”人，这样的情况让方睿感到恍若隔世。“主机厂主动寻求国产芯片作为替代，放在我刚入行的时候是想都不敢想的画面。”方睿说，随着汽车智能化程度的日益提高，国内车企对国产自主研发芯片的需求还将继续扩大，他对未来的国产芯片市场非常乐观。
深圳方正微电子有限公司（下称“方正微电子”）的市场总监敖立满也有类似的感觉：“我们预计在未来的一两年内，国内的碳化硅芯片在电动汽车中的应用会大量增长。现在其实正是国产替代的关键时期，而且这是一个从0到1的突破。一旦突破之后，上量的速度会非常快。”
上述两位资深“半导体”人的乐观，很大程度上要归功于国内车规级芯片市场的快速增长。根据知名研究机构Omdia的预测，2025年，全球车规级半导体市场规模将达到804亿美元，其中中国市场规模为216亿美元。
“从大的趋势上来看，现在大家常说‘软件定义汽车’，但实际上，我更愿意称之为‘硅定义汽车’。没有芯片，没有硅，软件定义汽车是无法实现的。”华芯金通半导体产业研究院院长吴全如是告诉记者。
救命稻草
实际上，在过去的数年间，国际贸易环境的变化叠加消费电子需求的疲软，让许多国内芯片企业的日子不太好过。
企查查数据显示，2023年，中国有1.09万家芯片相关企业完成了工商注销、吊销。而在去年芯片企业的关停或倒闭潮中，比较有代表性的案例便是OPPO、TCL及魅族对旗下芯片业务的关停。
根据中国半导体行业协会集成电路设计分会理事长、清华大学教授魏少军在第29届中国集成电路设计业2023年会上提供的数据，2023年，中国本土的芯片设计企业数量为3451家，其中有1910家企业的销售收入少于1000万元，占比高达55.35%。
原本作为芯片行业出货大头的消费电子，在国产替代的大背景下本应大有可为，但市场逐步饱和及换机周期的拉长让情况变得“很不一样”：2023年，全球智能手机出货量继续下滑，根据IDC公布的数据，2023年全球智能手机出货量为11.7亿台，同比下降3.2%。
方睿所在的公司原本也主要服务于手机厂商，但客户需求的持续减少，让他们公司的管理层不得不另寻出路，而这一出路，便在汽车厂商身上。
在近日结束的湾区半导体产业生态博览会（下称“湾芯展”）上，蔚来联合创始人、总裁秦力洪就公开了一则数据：“以蔚来为例，智能汽车在算力、功率半导体、传感器、存储芯片等方面的需求日益增加，每辆车所搭载的芯片数量已从几年前的3200颗增长到如今的4200颗。”
对比之下，一部手机的芯片数量大约在100颗，主要包括主处理器、存储芯片、通信芯片、电源管理芯片以及各种传感器芯片等。
“新能源汽车本身的出货量在大幅增长，新能源汽车单车用的芯片数量和价值都在上升，芯片的需求量和成本也在增加。这导致新能源汽车对车规级芯片，尤其是硅基芯片的需求迅速增加。”吴全指出。
根据中国汽车工业协会数据，2024年1月至6月，我国新能源汽车产销量分别达492.9万辆和494.4万辆，同比分别增长30.1%和32%。
在采访过程中，记者了解到，车规级芯片目前主要包括功率芯片、MCU（微控制单元）、传感器芯片和存储芯片等几大类别。
其中，功率芯片在新能源汽车中尤为关键，负责控制和管理电能的转换与分配，以满足动力系统、充电系统等对高效能和稳定性的要求；MCU则承担着汽车内部的控制指令传递，通过集成式电路完成发动机、传动系统、车内电子设备的调控；传感器芯片负责捕捉外部环境及车辆运行状态的数据，是实现智能驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶功能的核心部件之一。
此外，存储芯片的市场前景同样值班关注。随着智能汽车功能的拓展，包括高清地图、摄像头数据、驾驶日志等需要大容量存储，车载系统对DRAM（动态随机存取存储器）、NAND（一种非易失性闪存芯片）等存储芯片的需求也在逐年增加。
在方睿看来，随着汽车逐渐向智能化方向发展，整车所搭载的功能日益增多，如自动驾驶、智能座舱、车联网等，这些功能的实现都依赖于大量的电子元件和高性能芯片。例如，自动驾驶需要摄像头、雷达、激光雷达、超声波传感器等多种设备共同工作，实时分析周围环境并作出反应，这就要求车载芯片具备强大的算力。
同时，方睿还告诉记者，智能汽车系统产生的数据量极其庞大，从传感器、摄像头到车辆网络，每秒都会产生大量信息。这些数据需要进行高速处理、分析和存储，对芯片的处理速度和存储容量提出了更高的要求。
“L4级别自动驾驶汽车每天可产生数TB的数据，需要高效的芯片进行实时处理。汽车智能化卷得越厉害，对于芯片的要求越高。”方睿指出。
“（车规级芯片）蛋糕在变大，容得下多个玩家。”深圳市江波龙电子股份有限公司（301308.SZ）嵌入式存储事业部高级市场总监王作鹏亦如是告诉记者。
敖立满所在的方正微电子便在车规级碳化硅功率芯片的应用上取得了实质性突破。该公司最新发布的1200伏车规级碳化硅MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）产品，定位于新能源汽车的关键部件，尤其是主驱系统和车载电源管理系统。由于碳化硅具备优异的高温稳定性和高效能，在电动汽车中能够有效降低能量损耗，提升车辆的续航和加速性能。
“现阶段，大部分电动汽车的主驱碳化硅产品方案都来自国外厂商。国内厂商入场比较晚，现在还处于发展的阶段。但是，经过这几年的努力，我们突破了许多技术难点，现在已经在真正意义上能够提供对标国际品牌的高品质产品，而且能够稳定地进行大批量交付。”敖立满告诉记者。
据方正微电子副总裁彭建华介绍，到2024年底，方正微电子Fab1（半导体工厂）6英寸碳化硅晶圆（用于制造芯片的基板材料）产能将增长至每月1.4万片，至2025年公司将具备年产16.8万片车规级碳化硅MOS（金属氧化物半导体，用于控制电流流动的半导体器件）的生产能力。同时，公司Fab2的8英寸碳化硅晶圆生产线也将于2024年底通线，未来规划产能6万片/月。
“车规级市场，是现在半导体领域为数不多的增量市场，尤其是在供应链自主可控的要求下，攻入车厂对于想要活下去的芯片公司来说很关键。”方睿强调。
“从整个大的市场趋势来说，电动汽车的发展是不可阻挡的。关键是谁能够抓住这些机会，谁能够拿到这些市场。”敖立满说。
“攻入”车厂
虽然车规级芯片是蓝海市场，但这并不意味着“攻入”车厂供应链是一件很简单的事。
国产芯片在国内的市占率实际上并不高，根据盖世汽车研究院数据，截至2023年底，除功率半导体外，其余诸如计算、控制、电源等关键芯片的国产品牌市占率均不足10%。
“国产汽车芯片份额比较低，一方面是因为汽车芯片测试认证周期较消费电子芯片更长，规格更高，需要长期的技术积累和大规模的市场验证，国内大部分汽车芯片厂商还在发展的路上，需要更长时间的耕耘；另一方面部分汽车芯片需要IDM模式，国内厂商近几年才刚刚布局，产能还未释放，良率还在爬坡，需要一定的发展时间才有希望跟上国外厂商的步伐。”WitDisplay首席分析师林芝告诉记者。
所谓IDM模式，即“垂直整合制造模式”，涵盖了芯片设计、制造、封测的完整流程。
在IDM模式下，芯片厂商不仅需要具备强大的设计能力，还要拥有生产制造的设施和能力，这种一体化的模式能够有效提升产品质量的稳定性，但也对厂商的资金、技术和管理能力提出了更高的要求。
相比之下，国内大多数芯片企业多采取“Fabless”模式，即专注设计，将制造交由晶圆代工厂进行。虽然这种模式成本较低，但在车规级芯片的要求下，很难保证质量的持续一致性。
对于正在加速发展的国内车规级芯片企业来说，转向IDM模式意味着一条艰难且漫长的道路。林芝指出，IDM模式不仅需要大量的初期资本投入，还需要建立从材料端到封测端的高度配合，这对于大多数尚在爬坡阶段的国内厂商来说是个不小的挑战。
同时，林芝还告诉记者，目前，汽车芯片市场也出现了结构性短缺的现象，主要是低端汽车芯片不缺、高端芯片供不应求。
“汽车芯片厂商大部分是IDM模式，此前扩产的积极性比较低，跟不上新能源汽车市场的发展和迭代需求，但是目前晶圆代工厂、汽车芯片设计厂商积极加大汽车芯片研发，同时，IDM模式的汽车芯片厂商也积极扩张，弥补一些特殊工艺汽车芯片的不足，所以未来高端汽车芯片结构性短缺现象将逐步缓解，供应链短缺风险已经在大幅降低。”林芝说。
除了制造模式有待跟进之外，车规芯片漫长的验证流程也是国产芯片厂商不得不迈过的一个坎儿。
吴全指出，通常车规芯片从设计到量产上车约需3.5—5.5年的时间，中间需经历严格的车规级验证过程。车厂对芯片的要求远高于消费电子，尤其在可靠性、安全性、温度适应性等方面有着极高的标准。汽车关系到人身安全，因此车规芯片的失效率必须控制在极低水平，通常需要经过高温高湿、高压等极端条件下的长期测试。即使通过了这些严苛的验证，最终被车厂选用，国产芯片仍需面对产能稳定、持续供应以及售后支持等方面的挑战。
“我接触了很多厂商，他们想用国产，但国产产品不能用，或者不能达到他们的要求，这种情况还是存在的。因为测试成本在那里，一旦出问题就是一条生产线或一批车型出问题，这个成本谁来承担呢？”吴全向记者强调。
“车规级芯片测试验证周期较长的原因是与人的生命密切相关，如果不能保证芯片可靠稳定，汽车厂商一般不会使用。如果要以牺牲客户或者产品品质为代价，汽车厂商也不会同意。要加快测试验证周期可以通过购买或者收购已经通过测试认证的技术方案，然后再跟进研发，不断升级芯片规格。”林芝亦告诉记者。
在此背景下，国产芯片厂商想要攻入车厂，就需要拿出远高于行业的标准，来证明自身产品的可靠性。
“我们在国内很多主机厂的车规级芯片验证中，客户对产品的标准是远远高于行业标准的。”敖立满亦向记者表示，“尤其是在主驱应用这一块儿，车企可能对国产芯片的信心还不太足，需要高性能、高可靠性才能上车，而这是我们需要不断突破的方向”。
敖立满同时告诉记者，方正微电子的产品是国内第一个通过车规级3000小时验证的，而常规的车规级产品验证，通常要求都为1000小时。
“我们不管是在材料端、设计端、晶圆制造端、封装测试端等，都采取了更多的加严措施，高于行业标准来做，所以我们才有信心去做更加长期的可靠性测试。”敖立满说。
在采访过程中，记者注意到，受访的业内人士普遍认为，功率半导体是短期内国产芯片厂商最好的突破方向。
功率半导体在新能源汽车等应用领域中，通常采用90nm以上的成熟制程工艺，这与计算芯片对先进制程的需求不同。这一特性使得国内厂商在中低端功率半导体的生产上具备了一定的自主能力，能够满足国内不少整车厂的基础需求。然而，在高端功率半导体方面，如高效能碳化硅器件和IGBT（绝缘栅双极型晶体管）模块，国产技术仍与国际领先水平存在明显差距，关键技术和产能在很大程度上还依赖进口。
“在全球竞争中，功率半导体可以成为我们与国际巨头抗衡的一个切入点。”吴全表示。不过，他亦向记者强调，车规级MCU、SoC（系统级芯片）与传感器，会是未来国产替代最快的三大领域。
研究机构致同咨询在其发布的2024年车规级芯片研究报告中指出，在车规级MCU领域，国内厂商主要包括芯旺微、比亚迪半导体、杰发科技等，国外竞争对手主要包括瑞萨、恩智浦、英飞凌等；车规级SoC芯片中智能座舱芯片已有国产厂商供应，例如地平线，但主要供应商仍为国外厂商，尤其在单价40万元以上车型市场中，英伟达、英特尔、高通占有较大份额。
“这些跟智能驾驶、智能座舱相关的芯片可能更能够支持汽车的差异化卖点，对于车企来说，至少需要掌握对芯片的控制权，虽然他们不一定要自己生产，但一定要具备掌控能力。”吴全向记者强调。
