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如何破局車規級芯片?
來源:中國電子報
車規級芯片受關注，市場需求不斷增長
與消費級、工業級產品相比，車規級芯片穩定性要求高、研發周期長、技術門檻高、資金投入大，因此，發展車規級芯片面臨的挑戰也更多。2021年出現的汽車芯片供應短缺，一度使得部分汽車企業不得不“停產待芯”，這也暴露出我國在車規級芯片上發展不足的問題。
這些問題引起今年兩會期間多位代表委員的重視。全國人大代表、上汽集團董事長陳虹建議，應著眼“產業鏈補鏈強鏈”，推進車規級、大算力芯片的本土化，支持國內汽車芯片產業鏈協同發展。全國人大代表、小康集團董事長張興海認為，當前，提高車規級芯片本土化率已經成為國家產業重要戰略方向。
從全球市場供應情況來看，目前為止汽車缺芯的局面尚未完全逆轉。AutoForecastSolutions數據顯示，截至2月13日，今年全球汽車市場由于芯片短缺造成累計減產量約為52.74萬輛。創道投資咨詢總經理步日欣指出，汽車芯片市場規模較大，產業鏈條復雜，短期內難以完全達到供需平衡。2022年汽車芯片的供應短缺現象還會存在，但主要體現在結構性缺貨。據了解，按功能分，汽車芯片可分為MCU、AI芯片、功率芯片、模擬芯片、傳感器、存儲器等多種類型芯片。賽迪顧問集成電路中心高級咨詢顧問池憲念表示，2022年，MCU、AI芯片、功率芯片這三大類型車規級芯片可能會繼續呈現供不應求的局面。在此情況下，發展車規級芯片成為穩定汽車供應鏈，推進高端芯片產業發展的重要策略。與此同時，車規級芯片的未來市場也被廣泛看好。德勤公司預測，2025年全球芯片行業市場規模將達6300億美元，其中新能源汽車正成為拉動芯片行業增長的重要驅動力，未來5年，汽車芯片復合增長率約10%，增速位居第一。
汽車向新四化發展，車規級芯片更趨嚴格
一般而言，芯片分為消費級、工業級與車規級等不同等級。與消費級、工業級芯片產品相比，車規級對芯片的穩定性、安全性方面要求最高。具體來說，車規級芯片在環境要求、抗振動沖擊、可靠性、一致性等方面都有著更嚴格的要求。以溫度為例，一般民用產品的溫度要求是0℃～70℃，發動機周邊器件的溫度要求為-40℃～150℃，乘客艙為-40℃～85℃。在抗振動沖擊方面，由于汽車在運動環境中工作，很多產品會遭遇更多的振動和沖擊，因此抗沖擊要求要求會比一般消費類產品高很多。隨著汽車向智能化、電動化、網聯化、共享化方向發展，其對芯片的要求更加寬泛和嚴格。
中國電子技術標準化研究院研究員陳大為在此前演講中總結了車規級芯片的幾個特點：一是高可靠性，具體到車用體現為應對室外環境及EMC的要求嚴苛;二是高安全性，即實現復雜電路下的功能安全;三是零缺陷率，需要實現更高的批次一致性，同時具備10~15年的長期供貨能力。
芯馳科技副總裁徐超也指出，高可靠車規芯片至少有6個設計維度要考量，包括性能、功耗、價格、可靠、安全、長效。一顆車規芯片，從設計到上市，需要2~3年的時間，2~3年之中車型不斷升級和迭代。一輛車的整個生命周期更是需要10年之久。如何把芯片供到5~10年，同時支撐這個車5~10年供應售后的保障，是考驗芯片供應商的一個重要課題。
近年來，我國在車規級芯片方面取得一定進展。比亞迪通過旗下子公司比亞迪半導體的自主研發，在車規級MOSFET和IGBT方面取得進步，深溝槽型SiC功率模組在真車實驗中的性能表現優于國外供應商的產品。華為自研的5G基帶芯片巴龍、AI芯片昇騰以及CPU芯片鯤鵬開始在車用領域發揮作用。吉利旗下芯擎科技自主研發出7nm車規級SoC芯片“龍鷹一號”，采用7nm工藝，集成88億個晶體管，將于2022年第三季度實現量產。聞泰科技全資子公司安世半導體完成對英國新港晶圓廠(NewportWaferFab)的收購，擴大車用半導體的制造能力。
然而，從總體上看，我國車規級芯片的發展仍然不足，與國際先進水平相比還有很長一段路要走。
加強標準化工作，牽引汽車芯片發展
標準是經濟活動和社會發展的技術支撐，是國家基礎性制度的重要方面。發展車規級芯片離不開相關行業標準的推進與規范。陳虹在提案中就建議通過政策引導，多方協同建立車規級芯片統一的技術規范和標準，并成立第三方檢測認證平臺。陳大為則指出，從發展現狀來看，我國國產汽車芯片的高可靠芯片設計能力依然不足。由于國內芯片業的發展歷程較短，且以消費類芯片占比居多，高可靠設計能力有待進一步提升。而我國車規芯片的系列標準仍舊缺乏，特別是缺少車規芯片的基礎準入標準。因此，加強國產汽車芯片標準化工作將是未來發展的重要方向之一。
事實上，國際標準組織就非常善于綜合運用政策、標準、認證等手段，牽引產業的發展。這一點值得我國借鑒。比如國際標準化組織(ISO)就在IEC61508的基礎上專門針對汽車電子電器系統制定車用安全標準《ISO26262道路車輛功能安全》，該標準涵蓋車規芯片包括需求規劃、設計、實施、集成、驗證、確認和配置的整體開發過程。為實現汽車芯片的穩步發展，我國也需要對產業鏈各階段制訂標準，進行規范，包括圍繞設計、生產流片、封裝測試、建立檢驗、應用驗證來分別制定相應的標準，從而引領指導國內汽車芯片的良性發展。
加強標準工作的同時，車規級芯片的發展也需要產業各環節各企業的協同推進。產業界應當認識到，車規級芯片標準化工作的推進與行業發展程度是密切相關的，兩者相互促進。標準化工作應當關注行業發展進程，與行業的發展相互配合，在滿足行業需求的同時，引領行業的發展。
