竞逐汽车芯片：从研发迭代到上车应用的赛跑
21世纪经济报道记者骆轶琪 上海报道
在消费电子行情依然复苏的当下，对于产业链上游的半导体厂商来说，国内新能源车行业的快速发展，则从另一个维度提供了发展机遇。
天风证券统计指出，电动车的半导体含量约为燃油车的2倍，智能车则为8-10倍。预计需求增量从2020年全球约439亿颗汽车芯片，到2035年增长到1285亿颗。由此汽车将有五大板块的芯片需求：主控（MCU和SoC）、功率（IGBT、MOSFET）、模拟（电源管理、信号链）、传感、存储。
(相关资料图)
汽车向“四化”发展进程中，对供应链的既有态势也带来一定变化。前述机构表示，OEM+Tier1+Tier2原有金字塔格局有望被打破，向平台+生态模式跃迁，我国汽车芯片厂商迎来入局机遇。
有芯片行业从业者对21世纪经济报道记者表示，早年间Tier1厂商以海外为主，因此也惯性引入海外芯片厂商的产品。随着近年来国内新能源车产业高速发展，也为国内芯片产业导入整车验证和应用带来更多机会。
近日举行的慕尼黑上海电子展上，汽车芯片就是备受关注的议题。记者在现场走访发现，在一些展商的展位上，陈列汽车场景相关产品的位置似乎更受关注。
由于整车对上游芯片和元器件提出了相比消费级产品更高的要求，但也带来成倍数级别的需求增长，这都成为在汽车芯片市场有所突围厂商的重要业绩支撑点；此外国内芯片公司也已经在积极寻求向更高难度的汽车芯片领域突破，当然这将呈现循序渐进的路径。
需求量倍增
不同于消费电子产品，汽车电子对于安全性、使用时效的要求极高，同时由于其体量和承载的功能远比手机复杂，对基础元器件的需求也成数倍级别增长。
在电子元件厂商村田制作所的展位上，记者看到其当前主要聚焦在四大主要应用场景：通信、汽车、环境+工业、健康，其中在近年来备受关注的汽车类场景方面，村田在慕尼黑展现场展示的其车载产品线，包括车载陶瓷电容器产品（MLCC）、车载激光雷达(LiDAR)探距的硅电容及硅集成器件、车载高耐热薄膜电容器（HTFC）、车载滤波器及电感器（EMI）、车规级时钟元件等。
村田（中国）投资有限公司总裁佐藤俊幸对21世纪经济报道记者表示，车载移动市场是目前中国发展最为火热市场之一，村田在车载市场不单关注车载（in-vehicle）市场，还关注出行的方方面面、车与其它设备的连接（out-vehicle）等场景。
“车载市场相比之下会追求更高的可靠性和安全性，这也是村田车载产品的重要特征。”他尤其指出，此次展示的一款汽车用高耐热薄膜电容器，是目前世界唯一一款已实现量产、可应对超高温度的薄膜电容产品。
据统计，仅村田其中一类主要产品MLCC（多层陶瓷电容器）的使用量，在汽车上就有5000-8000个的需求，而在智能手机上大约需要1000个左右。
村田中国商品市场部总监堤野正视分析道，可以想象，在未来更高阶的自动驾驶功能汽车上，对电容器的使用数量不排除可能超过1万颗。
据悉此次展示的车载陶瓷电容器产品（MLCC），村田是通过改善产品的材料、制程和结构等方面，以应对AD/ADAS/V2X等场景对元器件的小型化及低阻抗的需要，同时能满足新能源汽车xEV高压化对元器件带来的安全性和低损耗等要求。
受访时堤野正视指出，针对MLCC在整车上用量越来越大情况，村田的主要方案是可以提供单个容值更佳的高容产品，同时村田本身对产品也在做小型化，并可以针对高性能芯片提出ESL（超低等效串联电感），以此优化设计减少使用量、尤其是占板面积。
“一般来说对于车规产品应用要保证20年以上使用寿命。我们有两大优势来保证产品品质：从陶瓷材料本身，材料开发和生产都是自己的体系；从生产和生产管理方面，能实现更薄层的技术。”他续称，车载具体方案方面，基于一些高阶自动驾驶应用，需要从整车中的不同传感器收集大量信息和数据，同时进行运算。村田的陶瓷电容就会应用在这些高算力场景中，可以向高算力芯片提供更加稳定的电源系统，来使高算力芯片更加稳定工作。
随着MLCC的器件特征发挥到一定极致，硅电容被视为在某些场景可以提供更好的应用能力而受到关注。
村田此次展示的车用硅电容使用3D+3轴的结构设计大幅增加了电极面积，提高容值密度。据介绍，硅电容利用其自身的超低等效串联电感特性、结合打线的灵活度，可以优化激光雷达的发射波形。不过村田方面介绍，硅电容和MLCC并不是替代关系，而是各自有更适用的场景。
国产化加速
国内厂商陆续在汽车芯片市场也有一定业绩释放，当然这将遵循由易到难的进程。
国民技术汽车业务市场总监程维在展台向21世纪经济报道记者表示，从国产芯片上车的进度看，行业通常分为容易、难、极难三个层级。国内对极难的部分还在寻求突破，该领域多以NXP、英飞凌、TI等厂商的产品为主，主要场景在底盘域、发动机舱、启动电源、转向盘等，当然还有对算力有较高要求的自动驾驶芯片；目前国内绝大部分MCU和功率半导体产品主要应用在车身、座舱的非安全项场景中。
究其原因，一方面在于相关研发投入需要最少2年的时间沉淀，另一方面通过车规的功能安全验证通常也要超过1年时间周期。
其中还伴随整车厂对实际应用和成本之间平衡的考量。
此前整车厂一度希望用一颗芯片控制所有的中央处理器和域控制器，核心要求是做好区域控制器，但后来发现，由于这对器件的数量需求很少，导致这类域控制器成本整体很高。从实用性考虑，最终还是选择用分布式架构的方式进行整车控制。
这也是国产汽车电子厂商的发展机会。随着越来越多国产芯片厂商投入对汽车电子的产品应用和量产，就可以进一步将成本和技术门槛拉低。届时也将迎来国产汽车电子芯片的黄金发展时期。
程维分析道，当前整车厂通常会将车型分为多个域，但无论如何区分，车上所有跟控制相关的场景都需要用到MCU，因此有较大需求量。若仅从数量上看，MCU在车上应用最多的是各类型灯，诸如尾灯、氛围灯、音乐律动灯等；其他涉及MCU能力控制的还有雷达、座椅、雨刮、倒车影像等方面。
据介绍，国民技术在汽车电子质量体系方面，已通过汽车功能安全ISO 26262 ASIL D等级流程认证，发展全系列车规级MCU、安全芯片、车规级BMS AFE等核心器件。其中，车规级MCU N32A455系列产品、车规级安全芯片N32S032产品通过AECQ100认证，已应用在汽车照明系统、汽车电源、智能座舱、车身电子等应用领域。
极难的部分也在寻求突破。程维介绍，新能源车的电池仓就属于极难实现上车的部分，国民技术已经有针对模拟前端的产品即将量产，且符合最高安全等级要求，预计到明年会正式推出市场。
“电池的电控、电机、电池‘三电’系统中，针对电池部分国民技术有BMS产品线在积极布局。在800V的新能源车平台上，大约需要10-12颗模拟前端，搭配一颗MCU，我们做的是这部分模拟前端。”程维表示，其主要功能是对汽车内的每颗电池电量情况进行监测和保护。
当然在电池的主控MCU部分依然面临一些难题，那需要最高的安全等级，即便有海外厂商可以提供产品，但还面临成本很高的难题。
“2021-2022年间，因为芯片市场紧俏，整车厂对于导入国内产业链的积极性很高。目前我们感受到汽车电子芯片国产化是一个发展趋势。”程维分析道，在容易和难两个层级的芯片部分，国产芯片已经在陆续上车，且成本下降速度更快。但极难层级部分，还在爬坡发展进程中，待后续有部分厂商实现量产和上车后，也将来到国内汽车芯片产业的蓬勃发展时期。
