一輛新能源汽車(chē)用多少半導體？

一輛新能源汽車(chē)的半導體價(jià)值是傳統燃油汽車(chē)的兩倍之多，比如一輛特斯拉Model 3的半導體價(jià)值高達1500美元。專(zhuān)家表示，汽車(chē)電子化率將會(huì )從現在的30%逐步提升到50%以上，汽車(chē)電動(dòng)化、智能化滲透率持續提升，將為汽車(chē)半導體行業(yè)帶來(lái)重大市場(chǎng)機遇。

傳感器，汽車(chē)的眼睛耳朵

汽車(chē)智能駕駛系統由感知、決策、執行三個(gè)層面組成，其中，感知系統是前提，涉及了大量的傳感器應用。汽車(chē)傳感器作為采集智能駕駛所需數據的眼睛和耳朵，把汽車(chē)運行中各種工況信息轉化成電訊號輸送給決策單元最終下達指令控制車(chē)輛運行。

賽迪顧問(wèn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)研究中心總經(jīng)理鹿文亮表示，汽車(chē)智能化的終極目標是實(shí)現自動(dòng)駕駛，自動(dòng)駕駛系統需要穩定性更高、更靈敏、更全面的傳感器。

汽車(chē)傳感器可分為環(huán)境監測、車(chē)身感知兩大類(lèi)。自動(dòng)駕駛系統運行中所需的環(huán)境監測傳感器(包括攝像頭、毫米波雷達、激光雷達)數量增長(cháng)迅速，占據了汽車(chē)傳感器總成本的絕大部分。

北汽產(chǎn)業(yè)投資有限公司投資副總監林雨在接受《中國電子報》記者采訪(fǎng)時(shí)表示，多傳感器融合成為自動(dòng)駕駛傳感器未來(lái)的發(fā)展趨勢。記者從特斯拉官網(wǎng)獲悉，一輛特斯拉的標配共有8個(gè)攝像頭、1個(gè)77G的毫米波雷達和12個(gè)超聲波雷達，足以保證Tesla L3級別對于變道、合流、出高速的基本功能。雖然未見(jiàn)到激光雷達的身影，但內行一眼就能看出來(lái)，特斯拉將毫米波雷達和視覺(jué)的融合體現出特斯拉傳感芯片的算力之強。

目前，全世界約50個(gè)國家、超過(guò)6000家機構正在從事傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)。中國汽車(chē)傳感器90%以上的市場(chǎng)份額都被西門(mén)子、博世、霍尼韋爾等國際零部件企業(yè)占有。瑞薩、英飛凌、恩智浦等半導體供應商的自動(dòng)駕駛平臺已經(jīng)實(shí)現毫米波雷達、視覺(jué)、激光雷達、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等多傳感器融合，可支撐L3級以上自動(dòng)駕駛，在降低功耗的同時(shí)保證了出色的算力。

前不久，征戰在通訊設備領(lǐng)域的蘋(píng)果也表示出對下一代激光雷達傳感器的興趣，從特斯拉公司和Alphabet旗下谷歌挖走一批重要員工。據悉，蘋(píng)果正在自主研發(fā)的自動(dòng)駕駛傳感器能夠對道路進(jìn)行三維觀(guān)察。

專(zhuān)家指出，在千萬(wàn)億元級的汽車(chē)傳感器市場(chǎng)中，國內企業(yè)多數只能做一些低端產(chǎn)品，如水溫和壓力傳感器等，尚未形成獨立的產(chǎn)業(yè)。

近幾年，中國企業(yè)似乎已經(jīng)找到了闖進(jìn)傳感器市場(chǎng)的突破口，我國超聲波雷達技術(shù)盡管在穩定性和可靠性上還有待進(jìn)一步提高，但憑借著(zhù)高性?xún)r(jià)比的產(chǎn)品、快速及時(shí)的服務(wù)，國內的同致電子、豪恩、奧迪威的UPA已成功進(jìn)入各大汽車(chē)廠(chǎng)的采購目錄。

同濟大學(xué)教授白杰認為，毫米波雷達成為我國企業(yè)進(jìn)一步闖進(jìn)市場(chǎng)的良好切口，較激光雷達和超聲波而言，監測精度更高，而成本較低。

記者了解到，我國的毫米波雷達市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，早在2011年，廈門(mén)意行便開(kāi)始了毫米波雷達前端射頻芯片的研發(fā);行易道、蘇州豪米波、森思泰克等企業(yè)也處于研發(fā)狀態(tài);深圳安志杰已實(shí)現24GHz和77G產(chǎn)品的量產(chǎn)。

此外，傳感器領(lǐng)域的兼并收購也開(kāi)始呈現，國外大型傳感器已完成第一輪并購，形成了自身技術(shù)優(yōu)勢，國內傳感器企業(yè)也開(kāi)始走入并購重組的軌道，這將為我國傳感器企業(yè)在研發(fā)實(shí)力上帶來(lái)更多提升的機會(huì )。

微控制器，汽車(chē)的決策大腦

在接收到傳感器收集到的車(chē)輛行駛控制指令后，決策層面開(kāi)始發(fā)揮重要作用。MCU(微控制器)作為決策層面的核心單元，成為分析數據并指揮全系統運行的大腦。一般來(lái)說(shuō)，單車(chē)的MCU芯片需求量在50顆左右，約占整車(chē)半導體器件成本的三成。

MCU既可工作于車(chē)體的次系統，又能服務(wù)于復雜的驅動(dòng)系統，為預碰撞、自適應巡航控制、自動(dòng)駕駛系統等提供數據處理和控制。

公開(kāi)數據顯示，國內MCU市場(chǎng)年復合增速將達到11.7%，預計到2020年市場(chǎng)規模將突破500億元。目前全球前八大MCU廠(chǎng)商(包括瑞薩電子、恩智浦、英飛凌、Microchip、意法半導體、三星、德州儀器和Cypress)在中國市場(chǎng)占有率達到88%?？傮w來(lái)看，絕大多數國產(chǎn)MCU企業(yè)還無(wú)法與國外企業(yè)搶奪市場(chǎng)份額。對于中國企業(yè)而言，目前占據的主流市場(chǎng)還停留在應用于汽車(chē)次級系統的8位MCU，占比50%左右。

近年來(lái)，我國的IoT、5G、人工智能、邊緣計算等豐富多樣的新技術(shù)生態(tài)，正在積極“擁抱”MCU市場(chǎng)，重燃了在汽車(chē)電子領(lǐng)域的熱情。鹿文亮表示，人工智能算法將在嵌入式MCU平臺上運行并進(jìn)行優(yōu)化，這將為中國MCU企業(yè)帶來(lái)新的機遇。

瑞薩電子(中國)汽車(chē)電子銷(xiāo)售中心應用技術(shù)部高級專(zhuān)家趙坤表示，自動(dòng)駕駛系統在性能、可靠性、實(shí)時(shí)性、功耗效率以及對應的算法等方面對處理芯片提出了最高標準的要求，這就需要將人工智能算法導入到車(chē)載芯片中。

我國已有企業(yè)實(shí)現在該領(lǐng)域的芯片量產(chǎn)。據上海地平線(xiàn)總經(jīng)理、征程芯片研發(fā)負責人吳征介紹，地平線(xiàn)的第一代征程芯片是中國最早實(shí)現量產(chǎn)流片的人工智能芯片，計劃在今年內推出新一代人工智能芯片征程2.0芯片，該芯片集成了地平線(xiàn)新一代自主研發(fā)的BPU(Brain Processing Unit)和視覺(jué)感知技術(shù)，預計將成為中國的第一款車(chē)規級AI芯片。

零跑汽車(chē)與大華股份聯(lián)手研發(fā)的AI自動(dòng)駕駛芯片“凌芯01”進(jìn)入集成驗證階段，預計在今年第二季度進(jìn)行實(shí)車(chē)測試。

功率半導體，汽車(chē)的心臟

在汽車(chē)的執行層面，功率半導體(又稱(chēng)電力電子器件)在電路中實(shí)現電能轉換和控制，成為為汽車(chē)的驅動(dòng)系統提供澎湃動(dòng)力的心臟。公開(kāi)數據顯示，新能源汽車(chē)中功率器件的成本高達387美元，占整車(chē)半導體價(jià)值的55%。新能源汽車(chē)相比傳統燃油汽車(chē)新增的半導體成本中，功率器件成本約為269美元，占總增加成本的76%。

林雨表示，由于新能源汽車(chē)中的電源驅動(dòng)和蓄電池組替代了燃油車(chē)的發(fā)動(dòng)機和燃油，電機驅動(dòng)系統中的電力設備需要大量的功率半導體。而在傳統燃油車(chē)中，功率半導體僅有少量位于發(fā)動(dòng)機，體量和功用不足與新能源汽車(chē)相較。

IGBT成為目前應用于新能源汽車(chē)功率半導體的主流技術(shù)，在高壓系統中幫助電壓源實(shí)現較低負載，使電機系統輕松驅動(dòng)。鹿文亮表示，IGBT芯片占整車(chē)成本的比例約為7-10%，是除電池之外成本第二高的元件。在特斯拉的雙電機全驅動(dòng)版中，IGBT使用量共計132個(gè)，總價(jià)值可達650美元。

一直以來(lái)，中國功率半導體企業(yè)與國外領(lǐng)軍企業(yè)差距顯著(zhù)。來(lái)自歐美和日本的半導體企業(yè)(包括英飛凌、瑞薩電子、富士電機、安森美、瑞士ABB等)壟斷了全球七成以上的IGBT市場(chǎng)份額。

近年來(lái)，車(chē)用功率半導體市場(chǎng)仿佛預感到了“國產(chǎn)替代”的春天。株洲中車(chē)時(shí)代電氣的IGBT技術(shù)能力出眾，憑借著(zhù)多年在功率半導體領(lǐng)域的積累，計劃在今年量產(chǎn)第6代IGBT技術(shù)芯片，電壓等級將覆蓋650-6500V。此外，中車(chē)時(shí)代電氣還有一條8英寸IGBT生產(chǎn)線(xiàn)，年產(chǎn)可達到24萬(wàn)片。

比亞迪公司已布局IGBT全產(chǎn)業(yè)鏈，包括芯片設計、晶圓制造、測試、封裝、新能源汽車(chē)應用等。該品牌的汽車(chē)已率先使用自研自制的IGBT產(chǎn)品，體現出比亞迪在車(chē)規級芯片領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢。今年年初，比亞迪推出了業(yè)界領(lǐng)先的汽車(chē)功率芯片IGBT4.0技術(shù)，該芯片能夠幫助電流輸出能力較當前市場(chǎng)主流的IGBT提高15%;而在同等工況下，綜合損耗降低了約20%，實(shí)現了國產(chǎn)汽車(chē)功率IGBT芯片的重大突破，有望加速?lài)a(chǎn)IGBT替代進(jìn)口產(chǎn)品的進(jìn)程。

在代工制造方面，中芯國際通過(guò)收購意大利LFoundry公司，獲得具有汽車(chē)半導體產(chǎn)品經(jīng)驗的8英寸生產(chǎn)線(xiàn)。華虹宏力公司深耕FS-IGBT工藝產(chǎn)品，與多家合作單位推出了600V、1200V、1700V等IGBT器件工藝。