隨著智能化和電動化的發(fā)展,全球汽車市場對芯片的需求和重要性日益增加。汽車芯片作為智能汽車的核心部件,已成為行業(yè)關(guān)注的焦點。2022年,全球汽車芯片市場規(guī)模達到450億美元,預計到2027年將增至800億美元。盡管市場規(guī)模擴大,但市場結(jié)構(gòu)仍較為分散,主要由少數(shù)國際巨頭如英飛凌、恩智浦和瑞薩電子主導。
近年來,中國在全球汽車市場中的地位迅速提升,從2003年占全球汽車產(chǎn)量不到8%,到2023年已占全球三分之一,凸顯其在全球市場中的重要性。面對這一趨勢,中國政府提出了汽車芯片的自主可控性要求。
國產(chǎn)車規(guī)芯片替代進度,來源:與非研究院
工信部明確表示,到2027年,國產(chǎn)汽車需全部采用國產(chǎn)芯片。這一政策為國內(nèi)芯片企業(yè)帶來了巨大機遇,但同時也帶來了技術(shù)創(chuàng)新和供應(yīng)鏈管理的挑戰(zhàn)。某汽車主機廠代表對筆者表示,該車廠短期目標是實現(xiàn)芯片國產(chǎn)化率20%~30%,提升國產(chǎn)芯片的可靠性,逐步進入車企和Tier1供應(yīng)商目錄。長期目標是實現(xiàn)芯片國產(chǎn)化率100%。
國產(chǎn)車規(guī)芯片替代種類,來源:與非研究院
汽車芯片供應(yīng)鏈面臨的挑戰(zhàn)?
國際挑戰(zhàn):
車規(guī)芯片面臨的國際挑戰(zhàn),來源:與非研究院
當前國際局勢下,汽車芯片供應(yīng)鏈面臨斷裂風險,特別是在IP、代工(28nm)、EDA、測試設(shè)備等領(lǐng)域。近年來,全球供應(yīng)鏈的不確定性顯著增加,尤其是在半導體領(lǐng)域。中美貿(mào)易摩擦加劇和全球疫情影響,使供應(yīng)鏈脆弱性進一步顯現(xiàn),嚴重沖擊了全球汽車制造商。
例如,2020年底至2021年初,由于馬來西亞的疫情封鎖政策,全球半導體供應(yīng)鏈遭遇瓶頸,導致汽車制造商生產(chǎn)計劃受阻,甚至部分車企停產(chǎn)或減產(chǎn)。美國對中國技術(shù)的限制加劇了供應(yīng)鏈風險,中國政府推動汽車產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化,目標是到2027年實現(xiàn)供應(yīng)鏈的完全自主可控。面對挑戰(zhàn),汽車行業(yè)需尋求多元化供應(yīng)鏈解決方案,并加強自主研發(fā)。
隨著中美技術(shù)競爭加劇,美國政府對中國企業(yè)實施出口限制,包括禁止向中國出口先進半導體設(shè)備和技術(shù)。這使中國企業(yè)在獲得關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備方面面臨更大困難,特別是在28納米及以下工藝技術(shù)領(lǐng)域,這限制了中國在高端芯片制造領(lǐng)域的競爭力。
國際市場對中國汽車芯片的接受度存在障礙,特別是在高端設(shè)備和核心技術(shù)領(lǐng)域。許多國際企業(yè)在面對中國芯片時采取謹慎態(tài)度,使中國企業(yè)在拓展國際市場時面臨更大挑戰(zhàn)。在自動駕駛芯片等領(lǐng)域,國際市場對產(chǎn)品性能、安全性和可靠性要求極高,中國企業(yè)技術(shù)積累相對薄弱,難以與國際領(lǐng)先企業(yè)競爭,市場準入難度更大。
逆全球化趨勢加劇,國際市場對中國芯片的需求變得不確定。出于保護本土產(chǎn)業(yè)和技術(shù)安全的考慮,許多國家對中國芯片采取嚴格的進口限制。這不僅增加了中國企業(yè)進入國際市場的難度,還可能導致全球供應(yīng)鏈進一步分裂。然而,隨著國內(nèi)技術(shù)進步和市場需求增加,中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)有望逐步在全球市場占據(jù)一席之地。
盡管美國政府對中國科技企業(yè)實施限制措施,加大了中國企業(yè)的國際競爭壓力,這也促使中國企業(yè)加快自主研發(fā),提高技術(shù)水平,以應(yīng)對國際市場挑戰(zhàn)。通過提升產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平,中國企業(yè)有望在未來幾年內(nèi)打破國際市場壁壘,獲得更多市場份額。
國內(nèi)挑戰(zhàn):
車規(guī)芯片面臨的國內(nèi)挑戰(zhàn),來源:與非研究院
相比國際大環(huán)境,國內(nèi)資本市場的變化,對汽車芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。
幾年前,資本市場對汽車芯片領(lǐng)域表現(xiàn)出極大的熱情,大量資金涌入這一領(lǐng)域,推動了行業(yè)的快速發(fā)展。然而,隨著市場環(huán)境的變化,特別是科技企業(yè)估值泡沫的破裂,科創(chuàng)板IPO的收緊,投資人對汽車芯片行業(yè)的信心開始動搖,投資退出的渠道也逐漸變窄。
汽車芯片投入巨大且周期長,中小公司無法持續(xù)投入汽車芯片研發(fā)、市場和質(zhì)保。資本市場環(huán)境的變化不僅影響了初創(chuàng)企業(yè),也對中大型企業(yè)造成了壓力。對于初創(chuàng)企業(yè)來說,資金鏈的緊張可能直接威脅到企業(yè)的生存。而對于中大型企業(yè),雖然在短期內(nèi)能夠通過內(nèi)部資源來緩解資金壓力,但長期來看,資本市場的冷卻可能導致企業(yè)在研發(fā)投入上的減少,從而影響企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力。
過去,許多投資人通過IPO等方式獲得退出渠道,實現(xiàn)資本增值。近年來,A股市場對芯片類企業(yè)的估值標準趨于嚴格,許多企業(yè)難以通過IPO實現(xiàn)融資。即使成功上市,企業(yè)也面臨著如何在公開市場上保持股價穩(wěn)定和業(yè)績增長的壓力。在這種情況下,一些企業(yè)選擇通過并購重組的方式實現(xiàn)資本退出,這在一定程度上緩解了投資退出難的問題,但也帶來了新的不確定性。
國內(nèi)金融環(huán)境的變化,使得資本市場對汽車芯片行業(yè)的支持力度減弱,企業(yè)需要更高效的資金管理能力和創(chuàng)新策略,以應(yīng)對未來的市場挑戰(zhàn)。
行業(yè)自身挑戰(zhàn):
車規(guī)芯片面臨的行業(yè)自身挑戰(zhàn),來源:與非研究院
對于汽車芯片行業(yè)自身來說,則面臨著復雜的挑戰(zhàn)和嚴峻的競爭局面。首先,汽車芯片種類繁多、數(shù)量較少,開發(fā)驗證周期較長,投入巨大,難以分攤芯片的NRE(非重復性工程)成本。此外,關(guān)鍵IP(如CPU、Bus、Memory)與代工廠的同質(zhì)化嚴重,國內(nèi)企業(yè)缺乏自主可控的關(guān)鍵IP和特色工藝,這使得產(chǎn)品在市場上難以形成差異化和競爭優(yōu)勢,導致同質(zhì)化競爭加劇。例如,在高端EDA工具(電子設(shè)計自動化)領(lǐng)域,中國企業(yè)仍依賴于國外供應(yīng)商,如Cadence和Synopsys。這些工具對芯片設(shè)計至關(guān)重要,其技術(shù)壁壘高,開發(fā)難度大,使得國內(nèi)企業(yè)在自主研發(fā)上面臨巨大挑戰(zhàn)。
在芯片制造設(shè)備方面,中國也面臨著技術(shù)瓶頸。當前,全球先進的光刻機制造技術(shù)主要由荷蘭ASML公司掌握。雖然中國企業(yè)在中低端設(shè)備領(lǐng)域取得了一定突破,但在高端設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)上仍然依賴進口。這不僅限制了中國半導體產(chǎn)業(yè)的自主可控性,也在一定程度上制約了國內(nèi)汽車芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
汽車芯片行業(yè)的技術(shù)壁壘高,創(chuàng)新難度大。在資本市場趨冷的背景下,企業(yè)在研發(fā)投入上面臨更大的挑戰(zhàn)。盡管中國企業(yè)在一些基礎(chǔ)芯片領(lǐng)域取得了一定進展,但在高端芯片領(lǐng)域仍存在較大差距。當前市場對高算力MCU和SoC的需求日益增加,這類芯片通常用于自動駕駛系統(tǒng)和高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)中,要求極高的計算能力和數(shù)據(jù)處理能力。
最后,進入Tier1和OEM供應(yīng)鏈體系的周期長且測試驗證流程復雜,尤其是車規(guī)標準和功能安全的要求,使得企業(yè)面臨索賠和召回的風險。這些問題進一步加劇了國內(nèi)企業(yè)在全球競爭中的劣勢。
車規(guī)芯片“國產(chǎn)替代”面臨的難點
國產(chǎn)芯片面臨的技術(shù)挑戰(zhàn),來源:與非研究院
汽車芯片與消費電子產(chǎn)品中的芯片存在顯著差異,主要表現(xiàn)在其必須在惡劣環(huán)境中長期穩(wěn)定運行,要求更高的可靠性。例如,車載微處理器(MCU)需要在極短時間內(nèi)處理大量的實時數(shù)據(jù),如傳感器輸入、車輛速度和發(fā)動機狀態(tài)等。任何微小的延遲或故障都可能導致嚴重后果。因此,汽車芯片的設(shè)計要求不僅僅是高性能,還包括嚴格的安全保障和冗余設(shè)計。
此外,汽車芯片必須滿足如ISO 26262等嚴格的安全標準,這一標準專門針對汽車功能安全,要求芯片在關(guān)鍵時刻(如制動、轉(zhuǎn)向等)能夠快速響應(yīng)。為此,芯片必須通過多項嚴格的測試和驗證,包括熱沖擊測試、振動測試和電磁兼容性測試,以確保其在長時間高負荷工作下的穩(wěn)定性和在各種極端環(huán)境下的可靠性。
汽車芯片市場的另一個顯著特點是其技術(shù)門檻高、開發(fā)周期長。與消費類電子芯片相比,汽車芯片需要在更嚴苛的環(huán)境條件下工作,比如動力控制單元(ECU)中的芯片需要在高達150°C的環(huán)境中長期工作,而普通消費類芯片通常只需在70°C以下的環(huán)境中運行。汽車芯片的開發(fā)周期通常長達5到7年,涉及設(shè)計、驗證、測試和認證等多個環(huán)節(jié)。汽車制造商對供應(yīng)商的選擇也極為謹慎,通常要求供應(yīng)商提供長達15年的供應(yīng)保障,這對企業(yè)的技術(shù)能力和持續(xù)資金投入能力提出了很高要求。
在車規(guī)芯片開發(fā)中,企業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)。首先是高可靠性和安全性要求,汽車芯片需要在生命周期內(nèi)保持穩(wěn)定,并且通過嚴苛的車規(guī)認證,以確保其安全性。此外,芯片設(shè)計需要兼顧創(chuàng)新與實用性,從兼容設(shè)計過渡到高端、安全、算力和功率方面的創(chuàng)新設(shè)計,并且具備車身域控等高集成度的特色芯片。為了滿足市場需求,提供Turkey方案(軟硬件一體化解決方案)成為一種趨勢,這要求企業(yè)具備強大的技術(shù)團隊以及大量的研發(fā)投入。
某汽車主機廠芯片入庫驗證流程
汽車芯片行業(yè)的技術(shù)門檻高,研發(fā)周期長。汽車芯片需要滿足高性能、高可靠性和高安全性的要求,通常需要經(jīng)過長時間的測試和驗證才能進入市場。特別是在動力控制單元(ECU)等關(guān)鍵系統(tǒng)中,芯片必須在復雜的工作環(huán)境中保持穩(wěn)定運行,并且具備較長的使用壽命,以滿足汽車制造商對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的高要求。
質(zhì)量與安全標準也是汽車芯片的一大挑戰(zhàn)。一般來說,汽車芯片的生命周期需要超過15年,且要在各種極端環(huán)境下保持穩(wěn)定運行。此外,車企對芯片的安全性要求也非常高,任何潛在的風險都可能導致大規(guī)模的召回或嚴重的安全事故。例如,在自動駕駛系統(tǒng)中使用的傳感器芯片,必須在毫秒級時間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù),確保決策的準確性和安全性,這對芯片的實時處理能力和可靠性提出了極高的要求。
關(guān)于車規(guī)芯片的功能安全等級,AEC-Q100標準的適用性也備受關(guān)注。盡管并非所有車規(guī)芯片都需要符合這一標準,但對于如轉(zhuǎn)向、制動和動力系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng),功能安全等級是一個不可忽視的因素。這些系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到車輛的行駛安全,因此在設(shè)計這些系統(tǒng)所用的芯片時,必須嚴格遵守相關(guān)的安全標準。隨著汽車電子化程度的不斷提升,未來可能會有更多的車規(guī)芯片需要滿足更高的功能安全標準,以確保車輛在各種情況下的安全性。
幾點思考:
1.國際化:國產(chǎn)汽車芯片能否出海?
盡管國際市場的準入難度較大,但中國汽車芯片企業(yè)仍應(yīng)積極拓展國際市場。通過提升產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量,增強產(chǎn)品的國際競爭力,企業(yè)可以逐步打開國際市場的大門。此外,企業(yè)還應(yīng)注重品牌建設(shè)和市場推廣,通過多渠道、多層次的市場開拓,提升產(chǎn)品的知名度和影響力。
例如,企業(yè)可以通過參加國際展會和行業(yè)峰會,提升自身品牌的國際影響力,吸引更多的國際客戶和合作伙伴。同時,企業(yè)還可以通過在海外市場建立銷售網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)團隊,提升產(chǎn)品的市場覆蓋率和服務(wù)能力,為客戶提供更加優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。
2.資本:汽車芯片創(chuàng)業(yè)還能不能投?
盡管汽車芯片市場有巨大的發(fā)展?jié)摿?,但對?chuàng)業(yè)公司來說,進入這一領(lǐng)域的難度依然很大。首先,汽車芯片的技術(shù)門檻極高,涉及到集成電路設(shè)計、半導體工藝、可靠性測試等多個復雜環(huán)節(jié)。其次,汽車產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)鏈復雜且周期長,從芯片設(shè)計到實際應(yīng)用,往往需要數(shù)年的時間。這對創(chuàng)業(yè)公司來說,既是時間和資金的考驗,也是技術(shù)積累的挑戰(zhàn)。
然而,市場中并非沒有機會。隨著汽車市場對智能化、自動駕駛等新技術(shù)的需求增加,特別是在細分市場,如先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和車載娛樂系統(tǒng),創(chuàng)業(yè)公司可以通過技術(shù)創(chuàng)新和靈活的市場策略找到自己的發(fā)展空間。例如,LIDAR(激光雷達)技術(shù)作為自動駕駛系統(tǒng)的重要組成部分,其相關(guān)芯片的開發(fā)成為了眾多創(chuàng)業(yè)公司的切入點。這類芯片需要處理大量的環(huán)境感知數(shù)據(jù),并且必須具備低功耗和高可靠性的特點。
此外,車載信息娛樂系統(tǒng)(IVI)也是一個快速增長的細分市場。隨著消費者對車載娛樂體驗的要求不斷提升,具備高效圖像處理能力和強大多媒體支持的芯片成為了市場的熱點。創(chuàng)業(yè)公司可以通過與汽車制造商的合作,快速切入這個市場,并通過持續(xù)的產(chǎn)品升級保持競爭力。
在投資價值方面,有半導體投資人對筆者表示,車規(guī)芯片市場的長線投資價值值得關(guān)注。雖然目前許多公司在汽車芯片領(lǐng)域的盈利能力受到挑戰(zhàn),但隨著技術(shù)的成熟和市場規(guī)模的擴大,車規(guī)芯片的盈利前景將逐漸顯現(xiàn)。對于投資者來說,重要的是看清市場的長期趨勢,選擇有技術(shù)積累和市場前景的企業(yè)進行投資。
比如,動力管理芯片(PMIC)和電動汽車電池管理系統(tǒng)(BMS)芯片是兩個增長潛力巨大的領(lǐng)域。隨著電動汽車市場的快速擴張,BMS芯片成為了電動車電池安全和性能的核心部件。它們負責監(jiān)控電池的狀態(tài),確保在充電和放電過程中不會發(fā)生過熱、過壓等危險情況。因此,具備高可靠性和智能化管理功能的BMS芯片成為了投資者關(guān)注的熱點。
此外,隨著智能座艙和自動駕駛技術(shù)的推廣,集成了AI處理能力的SOC芯片在車載應(yīng)用中的需求也在迅速增長。具備高效數(shù)據(jù)處理能力和低功耗設(shè)計的SOC芯片將成為未來汽車智能化的重要支撐。因此,在這些領(lǐng)域具備技術(shù)優(yōu)勢的公司,將在未來的汽車芯片市場中占據(jù)有利地位。
3.技術(shù):車規(guī)IP是車規(guī)芯片的關(guān)鍵任務(wù)
在汽車芯片的開發(fā)過程中,IP認證是一項關(guān)鍵任務(wù)。IP認證的目的在于確保芯片設(shè)計的各個模塊能夠滿足車規(guī)標準的要求,從而在實際應(yīng)用中保持高可靠性和安全性。IP(知識產(chǎn)權(quán))模塊通常是由第三方公司設(shè)計并授權(quán)給芯片制造商使用,這些模塊可能包括處理器核、加密模塊、通信接口等。
隨著汽車芯片技術(shù)的不斷發(fā)展,IP認證變得越來越復雜,涉及的技術(shù)標準和測試流程也更加嚴格。發(fā)言人提到,許多新成立的設(shè)計公司在IP認證過程中遇到了很多問題,其中包括如何滿足AEC-Q100(車規(guī)電子產(chǎn)品的可靠性標準)的認證要求,如何通過嚴格的仿真測試等。AEC-Q100測試涵蓋了芯片在高溫、低溫、濕度變化等極端條件下的表現(xiàn),確保其能夠在汽車環(huán)境中長期穩(wěn)定運行。
此外,消費類產(chǎn)品向車規(guī)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型也是一大趨勢。許多公司嘗試將消費電子產(chǎn)品中的芯片技術(shù)轉(zhuǎn)移到汽車應(yīng)用中,但這需要克服諸多技術(shù)和工藝上的挑戰(zhàn)。車規(guī)芯片不僅需要在設(shè)計上進行優(yōu)化,還必須在制造過程中嚴格控制工藝參數(shù),以確保芯片在各種極端條件下的穩(wěn)定性。舉例來說,一款原本用于智能手機的圖像處理器在轉(zhuǎn)向車規(guī)應(yīng)用時,可能需要增加冗余設(shè)計,提升抗干擾能力,并通過多輪可靠性測試,才能滿足汽車應(yīng)用的要求。
在汽車芯片領(lǐng)域,普通IP和車規(guī)IP在功能安全、仿真覆蓋率等方面有著顯著的區(qū)別。車規(guī)IP的設(shè)計和驗證要求更高,特別是在隨機誤差、信號一致性等關(guān)鍵技術(shù)指標上。車規(guī)IP需要在更嚴格的條件下進行測試和驗證,以確保其能夠在各種復雜的駕駛環(huán)境中穩(wěn)定運行。
比如,車規(guī)IP可能需要支持冗余計算,即在一個計算結(jié)果出錯時,系統(tǒng)能夠快速切換到備用路徑,確保車輛的安全運行。為了達到這樣的功能安全要求,設(shè)計團隊需要采用更先進的仿真工具和測試設(shè)備,并在開發(fā)過程中嚴格遵守ISO 26262等國際標準。
此外,車規(guī)IP還需要在生產(chǎn)過程中進行多次嚴格的工藝驗證,以確保其在批量生產(chǎn)中的一致性和可靠性。這意味著車規(guī)IP不僅在設(shè)計和測試上要求嚴格,其制造過程中的每一個環(huán)節(jié)也需要精細控制。這種嚴格的要求往往導致車規(guī)IP的開發(fā)周期長,成本高,但這也是確保其在關(guān)鍵汽車應(yīng)用中可靠性的必要條件。
國產(chǎn)化未來可期,如何應(yīng)對挑戰(zhàn)?
盡管中國汽車半導體產(chǎn)業(yè)在推進國產(chǎn)化進程中面臨挑戰(zhàn),但這也帶來了重要的機遇。首先,國內(nèi)芯片企業(yè)在技術(shù)實力和市場占有率上與國際大廠仍有差距,部分關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備依賴進口,限制了國產(chǎn)化的進程。然而,通過與國內(nèi)外企業(yè)的合作,推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品優(yōu)化,國內(nèi)企業(yè)有望縮小與國際大廠的差距,提升全球市場競爭力。
為了加速國產(chǎn)化,國內(nèi)企業(yè)可以通過技術(shù)合作、并購獲取國際先進技術(shù)和管理經(jīng)驗,進而加快自主研發(fā)進程。同時,國內(nèi)市場對汽車芯片需求的增加為企業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間,通過深耕本土市場,企業(yè)可以逐步建立技術(shù)優(yōu)勢和市場地位,為未來的國際市場拓展奠定基礎(chǔ)。
與非研究院認為,國際環(huán)境的變化要求供應(yīng)鏈本地化,在供應(yīng)鏈100%國產(chǎn)化的目標下,傳統(tǒng)的國際知名Tier1向國內(nèi)中小芯片公司提供合作機會。國產(chǎn)車規(guī)芯片需要通過如下步驟來應(yīng)對挑戰(zhàn):
1.建立國產(chǎn)芯片生態(tài),避免重復造輪子。
2.聯(lián)合OEM/Tier1定制芯片,避免同質(zhì)化競爭。
3.提升自身造血能力,拓展芯片應(yīng)用領(lǐng)域。
4.最大程度復用已用芯片設(shè)計,在工規(guī)芯片基礎(chǔ)上提升可靠性,分攤芯片NRE成本。