汽車電子市場(chǎng)起風(fēng)，如何實(shí)現(xiàn)消費(fèi)電子車規(guī)化的升級(jí)？

汽車電子市場(chǎng)起風(fēng)了

根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年我國新能源汽車出貨量達(dá)到352.1萬輛，同比增長1.6倍，超過全球出貨量的一半。華潤微在世界半導(dǎo)體大會(huì)上預(yù)測(cè)，到2025年全球的新能源車將達(dá)到1800萬輛左右，中國新能源車出貨量將超過900萬臺(tái)。

 
圖 | 我國新能源汽車歷年銷量情況，信息源：中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)

汽車智能化方面，根據(jù)高工智能汽車研究院發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年我國ADAS前裝標(biāo)配新車搭載率約為39.6%，L2標(biāo)配新車搭載率約為19.4%，其中L2+搭載率約為8.3%；2022年1-5月L2功能搭載率達(dá)到25.5%。普華永道預(yù)測(cè)，2030、2035年中國L3及以上自動(dòng)駕駛搭載率將分別達(dá)到11%、34%。在汽車電動(dòng)化和智能化的推動(dòng)下，每輛汽車的芯片搭載率正從傳統(tǒng)汽車中的500-600顆，增長到當(dāng)下的5000-8000顆，量級(jí)不斷攀升。

然而，與需求端形成鮮明對(duì)比的是我國汽車電子的自給率情況。根據(jù)半導(dǎo)體調(diào)研機(jī)構(gòu)IC Insights發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年中國大陸制造的半導(dǎo)體價(jià)值為312億美元，整個(gè)中國大陸的芯片消費(fèi)市場(chǎng)為1865億美元，自給率為16.7%；而在缺芯嚴(yán)重的汽車賽道，2021年中國大陸的芯片自給率更是只有5%。這對(duì)于本土要進(jìn)軍汽車電子市場(chǎng)的廠商來說，是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，機(jī)遇在于內(nèi)需市場(chǎng)足夠大，挑戰(zhàn)在于進(jìn)入汽車電子市場(chǎng)的門檻很高。

基于以上背景，與非網(wǎng)采訪到了潤石科技的品質(zhì)總監(jiān)於敬亮，來共同探討從消費(fèi)電子到汽車電子轉(zhuǎn)型升級(jí)過程中會(huì)面臨的挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)策略，以及國內(nèi)外汽車電子領(lǐng)域模擬賽道的差距等焦點(diǎn)問題。

 
圖 | 潤石科技品質(zhì)總監(jiān)於敬亮，主要負(fù)責(zé)公司產(chǎn)品品質(zhì)體系

從消費(fèi)電子到汽車電子的快速升級(jí)，底氣是技術(shù)能力的保障

潤石科技在今年8月份左右有5款產(chǎn)品通過了AEC-Q100 Grade 1車規(guī)認(rèn)證，包括3顆運(yùn)算放大器RS722P/RS724/RS721P、1顆電平轉(zhuǎn)換芯片RS8T245，以及1顆邏輯芯片RS1G08。我們知道，潤石科技是從消費(fèi)類電子起家的，這幾年汽車和工業(yè)電子賽道火熱，進(jìn)而將產(chǎn)品轉(zhuǎn)入這兩個(gè)領(lǐng)域。

 
圖 | 潤石科技5款產(chǎn)品通過AEC-Q100 Grade 1車規(guī)認(rèn)證

於敬亮直言：“對(duì)于潤石科技來講，更廣闊的需求來自工業(yè)和汽車市場(chǎng)。而選擇這5顆芯片首先完成車規(guī)化升級(jí)有兩個(gè)原因，一是運(yùn)算放大器是潤石科技的核心產(chǎn)品，可以突出自身的技術(shù)能力和市場(chǎng)價(jià)值，且這三款運(yùn)算放大器非常暢銷，而電平轉(zhuǎn)換芯片和邏輯芯片，以及后面緊接著要進(jìn)行車規(guī)化的模擬開關(guān)，這幾種類型的芯片在汽車市場(chǎng)中用量很多；二是電平轉(zhuǎn)換芯片和邏輯芯片有非常大的國產(chǎn)化需求空間”。

據(jù)悉，2021年潤石科技總銷售額約2.1億元。其中，工業(yè)和汽車電子市場(chǎng)占總銷售收入的63-65%，消費(fèi)電子市場(chǎng)占總銷售收入的8-9%，其余為電力電子、儀器儀表和醫(yī)療市場(chǎng)，占總銷售收入20%+的份額。潤石科技預(yù)測(cè)，受汽車和工業(yè)電子體量的進(jìn)一步擴(kuò)張以及平均售價(jià)高于消費(fèi)電子等領(lǐng)域的影響，今年潤石科技銷售收入將實(shí)現(xiàn)保四億、沖五億的規(guī)模。

 
圖 | 潤石科技產(chǎn)品線情況

為何潤石科技會(huì)有如此底氣呢？一方面，模擬芯片市場(chǎng)容量正呈現(xiàn)有機(jī)性地增長趨勢(shì)，受新能源汽車崛起和儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展等利好影響，偏向于基礎(chǔ)型應(yīng)用的模擬芯片行業(yè)成長迅速。另一方面，目前在國內(nèi)的模擬芯片主要玩家還是美國的TI、ADI、On Semi，以及部分歐洲和日本的企業(yè)，在國際關(guān)系緊張的當(dāng)下，出于供應(yīng)鏈安全的考量，國產(chǎn)芯片會(huì)有更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。當(dāng)然，最主要的還是潤石科技的技術(shù)實(shí)力，包括大量產(chǎn)品過車規(guī)認(rèn)證的能力等。天時(shí)、地利、人和，最終才能水到渠成。

消費(fèi)電子車規(guī)化需要面對(duì)哪些挑戰(zhàn)？

從技術(shù)的角度來看，一顆芯片要成功地實(shí)現(xiàn)從消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品到車規(guī)級(jí)產(chǎn)品的蛻變，到底需要經(jīng)歷哪些挑戰(zhàn)呢？

事實(shí)上，由于需要在更為苛刻的環(huán)境下保持正常運(yùn)行，因此相較于消費(fèi)電子，汽車電子對(duì)可靠性的要求更高。目前，汽車電子領(lǐng)域常用的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)是AEC-Q100，此標(biāo)準(zhǔn)是由汽車電子協(xié)會(huì)發(fā)布的一套集成電路質(zhì)量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，雖并不是強(qiáng)制認(rèn)證制度，但現(xiàn)已成為汽車電子領(lǐng)域的通用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。這意味著，要將產(chǎn)品往車規(guī)化轉(zhuǎn)，讓市場(chǎng)認(rèn)可的最常規(guī)操作就是通過AEC-Q100的認(rèn)證。

 
圖 | 打入各Tier1車電大廠供應(yīng)鏈的兩張門票：AEC-Q+IATF16949

然而，要過AEC-Q100認(rèn)證并非易事，其中包含了將近30種細(xì)分的認(rèn)證要求，於敬亮形象地稱這個(gè)過程為產(chǎn)品的一次脫胎換骨。

值得一提的是，產(chǎn)品在進(jìn)入AEC-Q100認(rèn)證前的準(zhǔn)備工作非常復(fù)雜。首先，要保證芯片設(shè)計(jì)滿足高低溫的工作能力；其次，晶圓廠的制程能力，尤其在一些特殊的關(guān)鍵制程指標(biāo)上，必須達(dá)到AEC-Q100的要求，才能生產(chǎn)出車規(guī)級(jí)的晶圓；再者，整個(gè)封裝的制程要重做，要使用非常高性能的原材料，來確保制程足夠穩(wěn)定；最后，測(cè)試段也要有別于消費(fèi)類只做常溫測(cè)試的慣例，車規(guī)產(chǎn)品需要進(jìn)一步展開高低溫的測(cè)試，這對(duì)測(cè)試成本和測(cè)試難度都是一個(gè)挑戰(zhàn)，而對(duì)于測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，如PAT、SBC、SBL等，還需要采用不一樣的管理方法，來提高測(cè)試穩(wěn)定度的水準(zhǔn)。簡而言之，一個(gè)產(chǎn)品如果要從普通消費(fèi)類轉(zhuǎn)到車規(guī)類，至少要對(duì)芯片的設(shè)計(jì)、晶圓的制造、封裝的設(shè)計(jì)跟制造、測(cè)試等整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行改變和準(zhǔn)備，這樣才能開始把做出來的產(chǎn)品送去做認(rèn)證。

前面提到，AEC-Q100包含將近30種細(xì)分的認(rèn)證要求，而這些要求會(huì)根據(jù)待認(rèn)證產(chǎn)品的類型，分成不同的認(rèn)證組別，比如：A組的環(huán)境應(yīng)力加速驗(yàn)證，B組的壽命加速模擬驗(yàn)證，C組的封裝驗(yàn)證，D組的芯片制造可靠性驗(yàn)證，E組的電性驗(yàn)證，F(xiàn)組的失效篩選驗(yàn)證等，從而保證芯片可以耐受高溫高濕、低溫到高溫的沖擊等惡劣的工況，同時(shí)還能保證15年的工作壽命，且制程能力指數(shù)CPK值遠(yuǎn)好于消費(fèi)類電子。

如此復(fù)雜的一套流程做下來到底要花多長時(shí)間呢？於敬亮表示：“如果芯片本身在消費(fèi)或工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)使用過1-2年的時(shí)間，且具備高低溫的設(shè)計(jì)能力的話，會(huì)考慮將產(chǎn)品進(jìn)行車規(guī)化升級(jí)。在這個(gè)過程中，考慮到目前車規(guī)市場(chǎng)比較火爆，設(shè)備的請(qǐng)購周期可能長達(dá)4~6個(gè)月，因此前面提到的準(zhǔn)備工作通常要花費(fèi)一年及以上的時(shí)間，然后再花3-4個(gè)月去做車規(guī)的認(rèn)證。當(dāng)然，這個(gè)時(shí)間評(píng)估是建立在芯片本身滿足車規(guī)的冗余要求的基礎(chǔ)上的，如果再考慮晶圓改版，那么所需的時(shí)間肯定會(huì)更長。”

 
圖 | 潤石科技采用與使用與Tier1 – TI/NXP/ADI公司相同型號(hào)的測(cè)試三溫分選機(jī)

關(guān)于芯片廠商為什么要自己買昂貴的高低溫測(cè)試設(shè)備？於敬亮表示：“目前市場(chǎng)需求非常旺盛，而代工廠一般不會(huì)愿意采購價(jià)格昂貴但用途又比較集中于某個(gè)領(lǐng)域的這種設(shè)備，所以Fabless廠商為了保證自己車規(guī)產(chǎn)品的產(chǎn)能或快速拓展車規(guī)市場(chǎng)，就會(huì)選擇自己購買。潤石科技已經(jīng)投資了數(shù)千萬人民幣，購置了21臺(tái)三溫測(cè)試設(shè)備，其中5臺(tái)已經(jīng)在生產(chǎn)線工作，到今年12月份，21臺(tái)將全面進(jìn)入產(chǎn)線，屆時(shí)將實(shí)現(xiàn)每個(gè)月40-50kk的產(chǎn)能規(guī)模。”

除了以上硬件配套外，在人員的配置上也大不相同，比如，在質(zhì)量把控環(huán)節(jié)，車規(guī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造與封測(cè)對(duì)代工廠的管理能力要求是非常高的。為此，潤石科技招募了一些非常資深的代工廠管理質(zhì)量工程師SQE、設(shè)計(jì)質(zhì)量工程師DQE，來提高自身的技術(shù)能力，去保證產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造，都可以達(dá)到NXP、TI這樣的水準(zhǔn)。

在晶圓廠和封測(cè)廠的選擇方面，潤石科技選擇了國內(nèi)做車規(guī)產(chǎn)品最頂尖的工廠合作，包括國內(nèi)做模擬器件數(shù)一數(shù)二的晶圓廠華潤上華，與TI有將近10年車規(guī)產(chǎn)品量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的封測(cè)廠通富微電，以及與NXP、安世、TI有將近10年車規(guī)產(chǎn)品量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的封測(cè)廠蘇州日月新。

潤石科技或?qū)⒊蔀橹袊M賽道上做汽車芯片最好的公司

前面提到，目前在國內(nèi)的模擬芯片賽道上，主要玩家是美國的企業(yè)TI、ADI、On Semi，以及部分歐洲和日本的企業(yè)。那么，國產(chǎn)芯片到底和國際水平有多少差距呢？

於敬亮表示：“在模擬芯片領(lǐng)域，國產(chǎn)芯片在可靠性上可以達(dá)到國際水平，基本應(yīng)用上不會(huì)有什么差異，但在產(chǎn)品的魯棒性方面還與國際水平有些差距，主要體現(xiàn)在參數(shù)表以外的特殊領(lǐng)域的應(yīng)用上面。此外，大的模擬芯片公司，例如TI、ADI、On Semi，采用的都是IDM的模式，他們都有自己的晶圓廠，在晶圓制造工藝上的累積遠(yuǎn)超國內(nèi)的Fab廠，這也是一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)。而我們要補(bǔ)強(qiáng)就需要市場(chǎng)更廣的應(yīng)用場(chǎng)景支撐，提供更多的試錯(cuò)機(jī)會(huì)，這是一個(gè)PDCA循環(huán)的過程。”

此外，隨著內(nèi)需市場(chǎng)的擴(kuò)大，以及國內(nèi)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，本土模擬器件廠商的數(shù)量也在不斷增加，賽道競爭開始加劇。很多人開始擔(dān)心，如果同質(zhì)化競爭激烈，近期是否會(huì)面臨洗牌的危機(jī)？

關(guān)于這個(gè)問題，於敬亮的觀點(diǎn)是：“目前國內(nèi)的模擬器件公司開始變多是事實(shí)，但模擬市場(chǎng)細(xì)分領(lǐng)域廣，國產(chǎn)廠商基于各自產(chǎn)品的特點(diǎn)各家側(cè)重的細(xì)分市場(chǎng)不同，有在數(shù)字隔離器或者傳感器領(lǐng)域較強(qiáng)，有在ADC/DAC等模擬器件上較強(qiáng)的，潤石科技的主要產(chǎn)品包括信號(hào)鏈和電源管理兩大類別，與同領(lǐng)域側(cè)重消費(fèi)電子市場(chǎng)的上市公司相比潤石科技的市場(chǎng)重心是汽車電子和工業(yè)領(lǐng)域，尤其是在新能源汽車領(lǐng)域潤石科技遠(yuǎn)比同領(lǐng)域的模擬芯片公司更早布局；目前已超越同行成為新能源汽車領(lǐng)域的領(lǐng)跑者。

 
圖 | 潤石科技產(chǎn)品汽車應(yīng)用分布

“話說回來，模擬芯片的市場(chǎng)足夠大，國產(chǎn)公司占比還沒有超過10%，80~90%是美系的產(chǎn)品，在國產(chǎn)化的道路上還有非常大的市場(chǎng)空間。此外，模擬芯片的市場(chǎng)容量還在增長，尤其是新能源相關(guān)行業(yè)的拉動(dòng)，所以本土的這些廠商目前還沒有進(jìn)入到短兵相接的競爭狀態(tài)。預(yù)計(jì)國產(chǎn)化率至少要達(dá)到40~50%以上的時(shí)候，才會(huì)有洗牌的可能，而未來三年都不會(huì)發(fā)生。” 於敬亮補(bǔ)充道。

於敬亮強(qiáng)調(diào)：“車規(guī)是一個(gè)非常敏感的市場(chǎng)，它對(duì)可靠性的要求非常高，很多的客戶找到我們，是因?yàn)闈櫴萍寄軌蛱峁└鶷I、ADI、On Semi這些公司相同性能的芯片，因此我們有信心去推汽車電子的市場(chǎng)，立志成為中國汽車芯片賽道上做模擬芯片最好的公司。”

寫在最后

目前，潤石科技的車規(guī)級(jí)芯片已經(jīng)成功進(jìn)入到比亞迪、長安汽車、廣汽、寧德時(shí)代、欣旺達(dá)等整車廠/Tier1廠的汽車電子供應(yīng)鏈。而在車規(guī)級(jí)新品的計(jì)劃方面，到今年年底，預(yù)計(jì)有20~25款產(chǎn)品會(huì)轉(zhuǎn)入車規(guī)市場(chǎng)；到明年年底，至少會(huì)有40-50款車規(guī)產(chǎn)品通過認(rèn)證并開始量產(chǎn)，其中包括15-20款運(yùn)算放大器，以及一些邏輯芯片、電平轉(zhuǎn)換芯片和模擬開關(guān)產(chǎn)品。