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探寻中国汽车芯片的自由之光

危机与重构
经过“抢芯团”大半年的全面出击,四处扫货,市面上的车用芯片资源几近被“吃干榨净”。
2021年下半年,作为全球芯片封测重地的马来西亚突发疫情,让当前的缺芯局面雪上加霜。业内对汽车芯片危机缓解时间的预估,已经从2021年第3季度后延迟至2022年春季。
一枚小小的芯片,不仅给芯片与汽车两大全球化程度极高的行业狠狠“上了一课”,加深了各方对供应链安全、稳定的反思,还加速了重构生态的步伐。
2021年6月,中国汽车工业协会(以下简称中汽协)在中国汽车论坛上呼吁汽车“芯片自由”,很快得到业内广泛响应和热议。时隔4个月,在由中汽协与重庆两江新区管理委员会联合主办的“2021中国汽车供应链大会”上,“汽车‘芯片自由’新进展”主题论坛在中汽协副秘书长李邵华的主持下,集中讨论如何落实芯片自由。重构汽车芯片的供应链生态,促进协同发展,融合创新,成为多数人认可的终极方案。
“汽车芯片短缺是一个全球性问题,如何立足当前着眼长远是关键。”中汽协副秘书长刘宏指出,目前虽然两个行业各自都存在很多困难,但也是千载难逢携手发展的机会。芯片行业的发展支撑汽车产业创新;汽车产业浪潮促进半导体行业的技术提升。智能网联、新能源等技术的应用和发展传递了市场对汽车半导体产业链的新需求,汽车行业与半导体行业形成高度互动,互为产业转型升级的“助推剂”。
工业和信息化部电子信息司副司长杨旭东也表示,单车芯片价值在迅速提高,趋势非常明显,还会持续很长时间,汽车芯片已经成为连接两大产业的战略支点。
近年来,汽车电动化、智能化、网联化的快速发展,已经给汽车芯片带来重大发展机遇,汽车芯片需求大幅增长。
当前导致汽车行业面临芯片短缺的主要原因,简言之,即汽车芯片需求量持续快速增长,而供给端能力不足。
特别是近两年,新能源与智能网联汽车快速普及,对芯片的需求量也快速增长。“在汽车智能化转型过程中,我们认为芯片会发挥越来越重要的作用。”博世中国副总裁蒋健用一组数据进行说明。目前传统内燃机车辆中,半导体芯片用量约为100—200片/辆,而新能源汽车高达500—600片/辆。根据德国行业机构预测,未来汽车创新的80%来自半导体。
地平线首席生态官徐健表示,在软件定义汽车时代,软件是写在芯片上的。自动驾驶数据量的高速增长更是对AI算力提出了大量的需求,预计到L4级及以上的算力需求将达到400多T,所以芯片在汽车供应链中的重要性逐渐凸显。
芯片供应链变革时代到了。汽车评价研究院院长李庆文指出,当前全球芯片供应链的崩溃足以说明传统的思路和方式不能满足和适应当前汽车产业的发展格局与形势,这条产业链需要重构。半导体行业应该看到的一个趋势是,要在中国拥有完整的设计、制造、应用链条,有助于其在全球的稳定性。
李庆文强调,这是汽车行业的机会,也是中国汽车零部件核心竞争力底层的机会。

重构的挑战
中国汽车及芯片行业要抓住这个机会重构供应链,首先要解决哪些问题?面临的核心挑战是什么?
李庆文指出,当下中国的芯片供应链体系首先要解决的是进口替代,能否用最短的时间尽快解决进口率95%以上的问题。
有统计数据表明,中国占全球芯片使用量的30%—40%,9成以上的芯片依赖进口,而国产化率不足5%,高端芯片国产化率更低。作为模拟芯片设计公司,杰华特微电子股份有限公司销售总监臧真波还透露,目前全球模拟芯片市场规模在540亿美元左右,中国约占200亿美元,模拟芯片国产化率也不足。
“当前这种情况给了国产汽车芯片替代的机会。”紫光国芯微电子股份有限公司副总裁苏琳琳分析认为,首先,目前车规级芯片普遍采用更为成熟的制程,除了智能驾驶方向的,对算力要求并不太高,而且车机空间比较宽裕,给国内的设计厂商相应降低了要求。其次,汽车芯片普遍是40纳米这一类的,国内完全有代工的能力,经过我们的努力,整个汽车芯片产业链往往比CPU或者手机芯片更快满足国内生产的需求。
能否顺利推进国产替代,不仅需要政策法规等方面的支持,整个产业特别是车企对“上车”的态度至关重要。
“整个供应链新生态需要靠应用,好的产品都是在市场中应用出来的,只有在量产中才能逐渐迭代、验证,从而优化设计。” 徐健表示,车规级芯片更需要与整个产业链协同,推动量产应用。
目前地平线是唯一实现车规级AI芯片前装量产的公司,很重要的一个原因是,从2020年地平线征程2搭载在长安旗舰车型UNI-T上起,地平线正式开启前装量产之路,至今已有50万片的出货量,14个车企的40余个前装量产项目正在不断交付完成。
其次,价格和利润是国内芯片供应链面临的核心挑战之一。“芯片的价格太低了,芯片公司对于做汽车芯片积极性不高。”李庆文一针见血地指出,在2020年之前,芯片在整车厂没有得到过应有的重视,在原有的汽车行业垂直供应链体系中,芯片的价格也被一层一层下压。有业内人士透露,目前全球主要芯片代工厂台积电,其代工汽车芯片的收入占比不到10%。
李庆文强调,价格问题很重要,要想使供应链建立起来,必须调整价格杠杆,整车、系统集成商、二级集成商等要给芯片供应商合理的价格,要让芯片公司给汽车行业配套时有利润,并且利润要比别的行业稍微高一点。芯片处于完全竞争的市场,是全球化竞争的产品,“只要价格合理了,又有市场需求,这个产业是能起来的。”
作为芯片供应商代表的苏琳琳对此亦有同感。她透露:“芯片代工厂的28纳米、40纳米产品在近五年都没有太大发展,这是造成2020年下半年以来汽车行业缺芯问题的主要原因之一。因为这些产品为代工厂带来的利润率没有这么高,而造成这种局面归根结底其实是产业链没有沟通的结果。
因此,她建议,在未来的变革中,产业链上下游一定要不断沟通碰撞,发现需求在哪里,从而不断适配需求,才能让迭代加快,这也是解决问题的方案之一。
再次,目前的中国汽车半导体行业部分核心技术依然缺失。“核心技术产品的难点不在科学原理,而在于工程细节的完善。”龙芯中科技术股份有限公司董事长胡伟武认为,高复杂系统影响质量和性能的因素非常多,只能在试错中演进。在多轮“试错”中,技术平台和产业链才会不断完善。而试错需要时间,时间是核心技术产品最重要的门槛。
对于试错,蒋健则指出,汽车是对安全性要求极高的行业,整车厂受召回法规的严格约束,试错可以“错”到什么程度,企业能承担多少成本则是非常现实的问题。
但无论如何,“发展核心技术只有一步一个脚印地追赶,不能幻想弯道超车。就是要撸起袖子加油干+耐着性子坚持干。”胡伟武特别指出,“在不断试错中改进是复杂系统创新的必要过程,好的体制机制及更多的经费可以加速试错迭代,但不能取代试错迭代……我们没有取巧的理由,有些表面上的直道是更弯的弯道。”
胡伟武以企业CPU产品的成长历程建议,中国汽车电子要走市场带技术的道路,通过体制内市场引导,带动技术进步,再参与体制外市场竞争,要建自己的生态体系,建立自主可控的信息技术体系,“我们失去的只有锁链,得到的将是整个世界”。
从全球芯片产业链格局看,当前的产业布局是造成中国汽车行业芯片短缺的重要原因。中国每年的新车产量已经占世界总量的近30%,芯片使用规模庞大,已经成为芯片供应链全球体系稳定的重要主体。而原有的芯片产业链主要围绕过去跨国汽车集团“6+3”俱乐部进行布局,不少芯片巨头及重要环节供应商并未在中国设立基地。当世界汽车产业全球化不再是这些集团完全控制的时代,而供应链没有随之及时调整,在这场前所未有的新冠疫情冲击下,这种“不适应”与“不匹配”的问题被充分暴露出来。
苏琳琳认为,“中国作为全球最大的汽车消费市场,中国的消费者会定义自己的汽车,中国的汽车行业会定义自己的功能,一定会需要本地化的芯片服务以满足需求。”这就是中国芯片企业需要进入汽车行业补内功的重要原因,中国企业要更好地服务中国的消费者。
李庆文指出,在新的全球芯片供应链中,中国要解决的核心问题之一就是给自己重新定位。
在产业格局重塑的过程中,供应链安全问题已成为各方关注的重点。如果要牺牲一定的规模效益、成本的优势以保障供应链安全,具体落实到芯片行业,这一程度将如何把握?是不是不计工本?蒋健提出的这一问题引人深思。

如何构建新生态
传统产业链垂直整合的模式(从OEM到Tier1再到Tier2再到Tier3),已经无法应对如今的挑战。徐健判断,未来芯片供应链生态将形成融合网状组织,所有的整车厂、主要零部件供应商、芯片公司和软件公司等,将进行圆桌式创新,共同满足消费者不断升级的对智能汽车功能、安全等全方位的要求。
各方协同打造全新汽车芯片供应链生态,已成为公认的实现芯片自由的终极方案。
构建供应链新生态有3大重要因素。徐健以地平线的实践和观察指出,一是产品,二是推动应用,三是合作共赢。
具体而言,整车企业是链主,各参与方要助力整车企业把产品打造好,服务于整车企业的战略,让它集中精力把握市场、把握消费者的需求,从而设计出消费者喜欢的产品。
关于如何促进各方更好地合作,徐健建议,要在思想上、意识上拉通、打开,找到自己的优势点,鼓励每个合作伙伴充分发挥自己的优势、做强做好。特别是在软件定义汽车时代,供应链会出现新的商业模式,行业、产业的边界在不断被打破,新的情况层出不穷,保持足够的开放和互信,才能共同解决问题。
“我也呼吁芯片公司之间的合作。”徐健还表示,芯片种类很多,我们要降低整车企业在供应链管理中的复杂程度,让协同更加稳定。
“无论是解决今天芯片短缺的问题,还是应对整个汽车革命,最末端的芯片供应商和最前端的整车厂需要密切开放地合作,充分沟通消费者的新需求,及时把握新发展趋势,我们要服务最终的消费者,希望与整车厂、零部件厂商一起拆解这些需求。”苏琳琳也表达了与各方合作的重要性。
“芯片企业要加强投入,车企要敢用第一次量产的芯片,而最根本的解决方案是整个产业链协同重新定义智能汽车的架构。”徐健表示,从最初的控制器再到ECU再到MCU再到中央控制平台,整车企业在重新思考电子电气架构的改革,整个产业要联动起来,思考在软件发挥重要作用的智能汽车领域,汽车架构应如何适应这些需求。
徐健认为,这其中有3个问题需要重点考虑。
首先是如何让软件更好地迭代、优化,适应消费者的需求;其次是如何在供应链的管理过程中提高集成度,降低供应链管理的复杂程度,这是整个行业面临的更大的课题和挑战。徐健认为,整个产业链要协同规划,而不是仅考虑各自产品有多少集成和优化的空间。再次是发挥协同攻关、协同创新的优势,整车企业针对未知领域的创新要给予支持,从原来的成本导向向价值创造导向转变,营造新型整零协同关系。
对芯片产业链而言,“每个主体发挥各自的作用,承担各自的责任才能够实现芯片自由。”臧真波介绍说,汽车芯片产业链上下游企业一共包含五类主体:芯片设计公司、晶圆厂、封测厂、零部件公司(Tier1)和主机厂。
作为芯片设计公司,要在实现芯片自由中发挥应有的作用,臧真波认为,第一是必须掌握核心技术,包括正向研发和先进的芯片工艺;第二是有成熟的车规级芯片供应链,能与国际、国内的晶圆厂联合开发满足车规级的芯片;第三是进行全系列产品布局,由于整车上用到的芯片种类涉及几十甚至上百种,只能制作几种简单芯片无法满足整车需求。第四是品质管控能力,不仅能造出来,还要保证品质可靠。
对于晶圆厂和封测厂,要解决车规级芯片产能和车规级品质管控的问题。由于芯片是需要不断试错和迭代才能成熟的行业,需要零部件公司和主机厂使用本土厂商的芯片,帮助本土芯片厂商不断升级迭代产品。同时也需要零部件公司、整车厂商和设计公司加强沟通,把系统和性能需求反馈给芯片设计公司,面向未来更长时间合作开发产品,才能解决持续发展的问题。
构建汽车芯片供应链新生态,增强产业链的安全性、稳定性,充分发挥中国优势资源,实现跨产业跨行业的联动发展,这些目标的实现更离不开顶层设计的引导与支持。
杨旭东透露,下一步工信部将继续指导企业加强汽车芯片的技术攻关,推动汽车芯片生产线制造能力提升,指导车规级检测认证能力建设,加强优秀汽车芯片方案的应用推广,用好重大设备保险补偿机制,发挥商业保险的积极性,建立完善的汽车芯片批量上市应用的工作机制。
作为汽车行业的主管部门之一,工信部自2020年下半年汽车行业出现缺芯问题以来,在促进汽车与芯片行业供需对接、优化生产计划、调配资源促进针对性技术攻关等方面做了大量工作。
杨旭东希望,汽车行业能进一步关注和支持相关的芯片企业和创新产品,加强多元化供应链建设,为提升汽车芯片技术能力提供强大的应用支持。“链主还是汽车企业,汽车行业要进一步发挥主动性。”
对于芯片行业,杨旭东指出,国内相应的汽车芯片企业要抢抓机遇。“机遇能不能抓住,能不能稳定下来,对芯片企业是一个考验,芯片企业需要加强对汽车领域关键半导体的梳理和研究,选择汽车产业需求最为迫切、技术基础较好的产品加大研发,加快产品化,配合汽车行业车规级认证。”
此外,杨旭东还提出,研究机构、行业协会、联盟、高校及平台性机构等要充分发挥公共服务的作用,加强产业研究和关键技术的研发,培育跨行业的复合型人才,搭建汽车行业和芯片行业沟通的桥梁,促进产业发展,提供公共技术和服务保障。
在当前合作大于竞争的时代,实现“芯片自由”最根本的还是要加强战略协同,共建供应链新生态。协同创新,联合研发,打通断点,突破难点,整个产业链正在共同努力。
注:本文首发于《汽车纵横》杂志2021年11月刊
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