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大众也要下场造芯!车企自研芯片有几分把握?
2023-05-05 来源:网络整理
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关键词: 芯片 半导体 新能源

近年来,随着汽车的智能化对于芯片的需求越来越大,再加上疫情期间严重的汽车芯片短缺,推动了越多的新能源汽车厂商纷纷开启了自研芯片之路。



大众汽车成立芯片研发团队

据外媒techcrunch报道,大众汽车的软件部门Cariad正在加强其美国技术中心的研发能力,聘请了多位半导体专家,其中就包括该公司的新任首席执行官斯科特·亚纳 (Scott Runner)。

报道称,Runner 拥有30年的半导体行业从业经验,曾在高通等公司建立硬件和半导体团队,他出任Cariad公司CEO标志着Cariad和大众推动在建立更强大的半导体能力。



据知情人士透露,Cariad 最近还聘请了来自特斯拉和苹果的顶级半导体专家,他们已加入了该公司位于美国圣克拉拉的办事处。

过去几年来,全球半导体短缺严重打击了汽车行业,因此 Cariad 以及大众希望以更合理的价格确保其供应是非常有必要的。电动汽车比燃油汽车需要用到更多的芯片,如今大多数新型电动汽车——包括大众的 ID.4——也承诺提供自动驾驶功能和需要高性能计算的高科技信息娱乐系统。

Cariad 高级副总裁 Klaus Hofmockel 告诉 TechCrunch:“我们参与半导体规范和开发的原因在于确保我们平台的性能、供应链的安全以及在整个集团内实现更高的成本效益。”

根据 Hofmockel 的说法,目前Cariad在美国已经有大约 250 名员工,该公司将继续建立其在半导体开发、测试和分析方面的内部专业知识。

“最终,我们的目标是与半导体制造商在平等的基础上共同创造和设计未来的汽车芯片,”他说。

Cariad 还希望通过在行业内建立长期合作伙伴关系,成为半导体价值链的一部分。该公司已经与高通和ST Microelectronics合作,为 Cariad 的软件平台提供片上系统,该平台旨在实现辅助和自动驾驶功能。


芯片对智能汽车来说有多重要?

实际上,在“智能汽车”这个概念出现之前,芯片就已经是汽车生产的“刚需”。早在1968年,大众就已经将ECU运用到汽车上。

那时的汽车芯片,主要用来控制动力系统,例如发动机进气量、喷油量、节气门开闭时间等,通过电子化手段对发动机工况实现精准控制,从而提高其动力水平和燃油效率。

后期,随着汽车电子设备的增加,汽车芯片的职责便延伸到车辆内外的各个部件,大到动力总成、空调系统、车窗大灯,小到仪表盘、雨刮器、电动后备箱等等,都需要芯片去进行调度。

据德勤数据统计,2012年汽车智能化技术尚未普及时,平均每台燃油车就已经需要438颗芯片,每台新能源车则需要567颗。

尽管需求量很大,但因为早期的汽车芯片只负责一些基本的功能,无法左右一款车型的核心竞争力,所以车企也没有对芯片引起足够的重视。

但近年来,随着汽车“新四化”浪潮席卷而来,汽车产业对于芯片,尤其是自动驾驶芯片和智能车机芯片的需求,开始呈指数级增长。

另外,新能源车对于芯片的需求量也远高于燃油车,一方面是“电动化”通常跟“智能化”高度相关,另一方面则是三电系统本身也需要更多的芯片。而近年来新能源车销量的爆发,无疑进一步加剧了全球芯片的供应短缺。

德勤预估,2022年燃油车平均搭载芯片量将达到934个,而新能源车则为1459个,是十年前需求量的2-3倍。

除了需求量的增加,芯片对于汽车产品竞争力的影响也愈发明显,甚至能直接决定其核心竞争力。

例如从2021年开始,我们就不断看到各大车企关于智能化的军备竞赛,其中很重要的一部分就是芯片。

就以自动驾驶芯片来说,从最开始的博世,到现在主流的Mobileye EyeQ4、英伟达Xavier、地平线征程3,再到代表未来趋势的英伟达Orin,短短几年间,单颗芯片的算力已经翻了上百倍。

尽管以当下自动驾驶算法的复杂程度来看,还远远用不到这么大的算力,但随着OTA技术的普及,有些车企还是会在硬件上未雨绸缪,毕竟这直接关系到其自动驾驶能力的上限。

而关于智能汽车的另一大重要组成部分,也就是智能座舱,同样离不开高算力芯片的支持。

随着人工智能技术的发展,智能座舱的定义已经不仅局限于车机系统。随着电子架构的完善和芯片算力的提高,车机将与车辆硬件深度融合,包括屏幕、空调、车门车窗、摄像头、麦克风、灯光、座椅等等。

当多种感知硬件需要协同工作,多种交互方式同时出现时,智能座舱芯片的性能就至关重要了。




芯片标准的紧迫性

汽车领域在经历了这两年的缺芯之后,芯片问题已经到了新的转折点,市场需求得到了足够的重视,车企也计划下场开始自研,相关机构在政策层面进行引导。

汽车芯片标准的制定就显得迫在眉睫且至关重要。

传统燃油车需要的芯片较少,大约在500-600颗左右。但是,一台新能源汽车需要的芯片,高达2000多颗,是燃油车的4倍。而且随着电动化和智能化的深度发展,需要的芯片可能还会更多,同时对性能要求也越来越高,特别是智能化方面,对算力要求很高。

而中国新能源汽车发展如火如荼。根据中汽协销量数据显示,10月产销分别完成76.2万辆和71.4万辆,环比实现微增,分别为0.9%和0.8%;同比分别增长87.6%和81.7%;市场占有率达到28.5%,增长了1.4个百分点;1~10月,新能源汽车产销分别完成548.5万辆和528万辆,同比均增长1.1倍,市场占有率达到24%,增长了0.5个百分点。

中国新能源汽车市场和企业的蓬勃发展使得对芯片的需求量将达到一个前所未有的高度。而且由于新功能的增加,导致部分芯片类型也有了新的变化,比如芯片功能集成度更高,比如在三电方面,就有功率、控制、电源、通信、驱动和模拟等需求,智能网联的发展也增加了对计算、安全、无线通信、存储芯片和传感器的需求。

目前国内汽车芯片企业起步较晚,尚未拥有健全的汽车芯片标准体系,业内上下游厂商普遍借鉴国际标准。这已经成为中国新能源汽车市场的短板。

目前,很多新能源汽车品牌已经开始自研芯片,蔚来第三季度财报已经证实了其正在自研芯片。小鹏汽车在中美两地同时开启芯片研发项目,吉利汽车和长城汽车也已开始自研芯片。

可以预见的是,芯片市场将迎来一轮快速发展。为避免无序重复研发,为提升国产车载芯片的综合竞争力、加速产业进程发展提供指导,建立芯片行业标准就非常有必要。


车企自研芯片成功性有多高?

一般来讲,现在一般车企自己下场做芯片,主要是两个方向,一个是大算力芯片(一般只搞芯片设计,特斯拉就自己搞了),一个是功率芯片/模块。那么车企自己做芯片能否达到自己想要的目的呢?


1、大算力芯片

大算力芯片什么最重要,性能及功耗,和这两者关系最直接的就是工艺节点,工艺节点越先进,单位芯片面积的算力越大,单位算力的功耗越小,单位算力的价格就越低,说到先进工艺节点,最大的特点就是贵,车企要造出有竞争力的大算力芯片,少说也需要小几百人,小几年时间,小几十亿资金,才能搞出一款和Nvidia, 高通或者地平线可以比较的高算力芯片,况且Nvidia和高通最多每膈18个月左右,就会推出使用新工艺节点(更先进)的新产品,算力更大,功耗更小。

回到汽车高算力芯片,假设车企每两年开发一代,每代平均研发成本是20亿,假设这个车企每年能销售1百万辆车(每辆都用一颗这个高算力芯片),那么,每颗芯片所摊的研发费用为1000元(这还不包括量产芯片的成本),而XX的8155芯片价格在80-100美元(不是准确的比较,仅仅是概念的比较),也就是说,如果每年没有100万辆以上的车用自己自研的高算力芯片,自研芯片的成本劣势是非常明显的;成本没有优势,那么自研芯片能否变成自己的独门绝技?

难,也没必要,我们车企凭什么相信,我们自己建立的团队,就能比做了半辈子的专业公司更好?另外,如果我们确实有独门绝技?完全可以放在软件上;那么能保供吗?假设车企每年120万(这个数字仅仅为了好算)辆车用120万块高算力芯片,每个月就是10万,如果每张12吋晶圆为500颗芯片,每个月仅仅200张晶圆的需求,在TSMC就是产量最小的客户之一,在封测厂也是,在Fab和封测产能供不应求时,你能指望Fab和封测厂保你吗?

当然,也有人会说,如果我买了美国公司的高算力芯片,美国限制不给卖怎么办,这个确实可能,但也可以买国内专业公司的呀,但有一点,所有的高算力芯片,全世界只有台积电和三星可以流片,被卡脖子的可能性还在,自己仅仅设计,解决不了这个问题。当然,保密问题,在高算力芯片上,买还是自己设计,本质上没什么区别。


2、功率芯片

车企自己设计或者设计+制造(IDM)功率芯片,一般来讲,肯定比专业公司贵,至少在自己的车及自己的功率芯片在支持年产销200万俩车之前,先说纯设计,车企自己设计,在华虹或其他功率Fab代工,由于自己的量比专业功率芯片公司小得多,代工费至少贵20-30%,和国际国内的大的IDM,成本就没法比,如果车企自己单独做功率IDM,先别说需要多长时间的学习曲线,需要交多少学费,量不大,成本做不下来,量大了,卖给谁?

我们凭什么有信心自己做的功率芯片性价比要比已经做了半辈子的IDM做的好?是的,也许再过三年五年,十年八年,性价比能赶上国际国内专业公司,但有几个车企能烧这么多钱,能烧这么多年的钱?和高算力芯片同理,自己设计功率芯片也不能保供,你的量比专业公司的量小十倍甚至更多,Fab代工厂在产能紧张时凭什么保你?当然,自己设计功率芯片也不能带来差异化的核心竞争力,还好,这一点,大家看的很明白,除过BYD外,好像全球还没有车企自己搞功率芯片。


3、功率模块

相比于搞高算力的高难度高成本,搞功率芯片的高挑战,一些车企认为功率模块相对于芯片,相对容易,投资及研发费用也会低很多,这几年,车企搞功率模块的很多,有和X车合资的(至少合资的另一方是专业公司,会好很多),有自己独资的,此起彼伏,不亦乐乎。

1) 能掌握核心技术,形成差异化竞争吗?难!模块技术掌握的好,可以成品率高,可靠性好,但形不成车的差异化,况且,半导体制造技术的提高,一定是一靠研发,二靠规模,三靠科学的总结提高,一个车企自己的模块公司,需要很长时间,很大量,很多学费,才能做到专业IDM或专业模块公司的平均水平。

2) 能降低成本吗?不能,在产品供不应求时,价格是由供需关系决定的,一般情况下,缺的的是芯片而不是模块,如果因为模块的其他材料(比如AMB,DTS等)缺乏导致模块供不应求,原材料厂会保大的专业公司还是会保小的车企的模块厂?谁会拿到原材料更低的价钱也是一目了然。在产品普遍供大于求时,成本就是规模,规模就是成本,谁规模大,谁的成本就低!

3) 能帮助保供吗?不能,如果缺芯片,芯片公司会根据车企的市场地位及订单分配产能,和车企有没有自己的模块厂没有关系;如果缺模块封装产能,车企的模块厂也应该缺产能,谁有能力更快的增加产能,也是个一目了然的问题,设备厂,原材料厂,一定愿意把有限的设备,材料,卖给更有市场地位的客户(模块公司)。

4) 能保密吗?能,一点点,模块产品公司需要的主要是电压电流的要求,车企车型的信息完全不用提供,说句很俗的话,如果一个竞争对手仅仅想知道对方的在研车型的最大功率,母线电压有无数个办法。



车企到底要不要自己做功率模块,这里边有个很大的悖论,模块的技术含量大还是不大,如果大,车企自己能做好吗?搞上几个有经验的人就能搞好吗?怎么才能竞争得过专业的IDM或者模块公司?到底需要多少人,多少钱,多长时间才能不输给专业公司?如果技术含量不大,用最低的价钱买最好的产品服务不好吗?


自研不是“万能药”

据研究公司Gartner预测:到2025年,全球前10名车企中,将有一半开始设计自己的芯片。自研芯片,或许将在未来几年成为一大趋势。

不过,自研虽然听起来美好,但却会面临诸多现实困难。

提起自研芯片的车企,特斯拉无疑是最具代表性的。然而即使垂直整合能力强如特斯拉,其也只是自研自动驾驶芯片,并非所有芯片。智能汽车上的芯片种类繁多,车企不可能自研解决一切,只能是通过自研在一定程度上缓解供应短缺。

国内车企同样如此,包括比亚迪、吉利、上汽等传统车企,以及蔚来、小鹏、零跑等新势力车企,虽然也纷纷走上了自研芯片的道路,但也只是自研其中某一种芯片。

例如比亚迪的功率半导体芯片,蔚来和零跑的自动驾驶芯片,吉利的智能座舱芯片等。当全球性大规模缺芯荒来临的时候,国内车企的供应链抗风险能力依旧比较脆弱。

相关数据显示,国内的车用芯片自研率仅有10%。

也就是说,90%的车规级芯片依旧依赖进口。其中,英飞凌、恩智、瑞萨、德州仪器、意法半导体等国外企业,掌握着全球绝大部分车规级芯片的供应。

而且,车企自研芯片,还要面临巨大的风险。

曾有业内人士曾表示“半导体行业门槛极高,前期投入太大,不是一般企业可以负担”。

根据著名的摩尔定律,集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。这意味着,半导体注定是一个寡头垄断性质的行业,新入局者想要后来居上,难于登天。

而且,即使我们掌握了芯片的设计能力,也很难将其大规模量产。



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