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汽車半導體,國產替代極限突圍

時間:2022-6-23 11:49:00
摘要: 集成電路是高度國際化的產業,目前全球產業鏈分工基本形成,美國對外加征關稅等一系列舉措,幹涉了國際集成電路產業的正常秩序,打亂了正常的國際分工體系,在一定程度上降低了資源配置效率和產業發展速度。同時,由于美國限制中國半導體企業在美投資及開展業務,導致國内半導

中美貿易摩擦,尤其是美國對中國的技術封鎖、對部分商品增收關稅等操作。

集成電路是高度國際化的產業,目前全球產業鏈分工基本形成,美國對外加征關稅等一系列舉措,幹涉了國際集成電路產業的正常秩序,打亂了正常的國際分工體系,在一定程度上降低了資源配置效率和產業發展速度。同時,由于美國限制中國半導體企業在美投資及開展業務,導致國内半導體產業向高端技術領域的直接投資和技術受讓形成實質障礙。

疫情時代下全球半導體產業面臨的機會與挑戰。

全球政府為了防堵疫情蔓延也祭出各種封鎖措施,導致半導體廠產能供應不及,引發全球芯片短缺,從而引爆2021年半導體市場大幅成長,此外半導體產業鏈環環相扣,一旦產業鏈上遊任何一個環節出現問題,将導致下遊整條產業鏈欠缺即時調整的彈性而因此停擺,使我國半導體全球化發展态勢受到了極大的挑戰。

由于近期新冠疫情和貿易摩擦影響半導體供應鏈穩定性,半導體工廠開工率和產出量下降,使需求端收緊。對全產業鏈缺貨漲價潮“一環接一環”,導致供應極其緊張、缺貨成為新常态、設備交貨延期的消息接連不斷。由于汽車的產業鏈很長,汽車芯片短缺,會形成蝴蝶效應,不僅影響上下遊產業鏈,而且會對其他行業造成擠壓,導致汽車成為影響最大的一波產業。

缺芯問題正如同一把達摩克利斯之劍,懸于汽車行業上空,無論國内外皆面臨汽車芯片荒的困境。為了避免貿易戰風險,推動國產替代進程,從而實現自主可控,就變得尤為重要。在這個進程中,也有很大一批優質企業湧現出來,遍布汽車芯片各個領域。

強芯穩鏈,汽車布局正當時

車規級芯片供應短缺問題,也在加速倒逼我國汽車產業鏈的發展變革。多家車企已經加入到了汽車芯片國產化的技術“保衛戰”之中,當前,提高車規級芯片國產化率、實現進口替代,已經成為國家產業重要戰略方向,加快實現車規級芯片自主可控時不我待。

MCU、功率半導體、CMOS傳感器、車用存儲等領域有望成為國内企業追趕甚至趕超國外企業的重要突破口。

1. 主控MCU

随着智能化提升不斷提升,對算力有着更高的要求,推動主控芯片高速增長。自動駕駛芯片一方面需要滿足更高的安全等級,同時随着自動駕駛幾倍的提升,需要更高的算力支持, 其中具有代表性的就是具有思考、運算、控制工作的MCU。

國内車規級 MCU廠商包括兆易創新、比亞迪半導體、芯旺微電子、傑發科技(四維圖新子公司)、賽騰微電子等。產品主要集中在車身域,包括汽車窗、車燈、雨刮器等。

兆易創新:2022年3月17日接受機構調研時表示,從2022年至今MCU仍缺貨,今年會發布首顆M33内核的車規MCU。其存儲芯片38nm SPI NAND Flash——GD5F全系列已于2022年2月宣布通過AEC-Q100車規級認證。

芯旺微電子:KF8A/KF32A系列車規級MCU已量產,和部分車企達成合作。其核心產品車規級MCU通過AEC-Q100品質認證,已實現汽車前裝市場批量商用,廣泛覆蓋車身控制、汽車電源與電機、汽車照明和智能座艙等場景。

比亞迪半導體:現擁有雙核觸控MCU、EMC增強型觸控MCU、工業三合一MCU以及電池管理MCU。自2018年成功推出第一代8位車規級MCU芯片後,其MCU產品裝車量在2020年已超500萬支。

傑發科技:2022年3月10日,傑發科技首款功能安全MCU –AC7840x提前回片,并成功啟動點亮。

賽騰微:成立以來陸續推出兩大系列、多款通過AEC—Q100标準認證的車規級MCU,成功應用于汽車LED動态流水燈、車載無線充電發射器以及車窗玻璃升降器等汽車電子零部件中,并批量供貨給多家知名汽車廠商。截至2019年10月,賽騰微車身控制MCU已累計出貨100萬顆,裝車10余萬輛。

2.功率半導體

相較于燃油汽車,電動車新增功率器件的需求主要有三個方面:逆變器中的IGBT模塊;OBC、DC/DC中的高壓MOSFET;輔助電器中的IGBT分立器件。功率半導體是新能源汽車價值量提升最多的部分,需求端主要為IGBT、MOSFET及多個IGBT集成的IPM模塊等產品。

IGBT不僅是國產功率半導體企業的布局重心,也是車廠與半導體大廠強強聯手的破局點。

據悉,5月10日,車用芯片大廠安森美車用IGBT訂單已滿且不再接單,雖然不排除有部分客戶重復下單的可能,但其2022年-2023年產能已全部售罄。可見IGBT需求暴漲,國内企業機會空前,紛紛鉚足力量進擊功率半導體。

中車時代半導體擁有國内首條、全球第二條8英寸IGBT芯片線,全系列高可靠性IGBT產品已全面解決軌核心器件受制于人的局面,基本解決了特高壓輸電工程關鍵器件國產化的問題,并正在解決我國新能源汽車核心器件自主化的問題。

比亞迪半導體從F3DM采用的IGBT 1.0芯片,大規模配置于e6、K9等新能源車型上的IGBT 2.5芯片模塊,到去年推出的IGBT 4.0芯片,比亞迪的IGBT芯片已經研發了超過十年,成為國内首個貫通新能源汽車IGBT芯片設計、晶圓制造、模塊封裝、仿真測試以及整車測試等全產業鏈企業。成功緩解了我國車規級IGBT芯片市場一直被外企“卡脖子”的局面。

斯達半導體是國内唯一進入全球前十的IGBT模塊廠商。相較于比亞迪半導體的IGBT技術從1.0叠代到4.0(相當于國際第五代),斯達半導的IGBT技術已經發展到了第六代,基于第六代 Trench Field Stop 技術的IGBT芯片及配套的快恢復二極管芯片已在新能源汽車行業實現應用。

華潤微:功率IC迎來大年的背景下,華潤微IGBT產品已進入整車應用并拓展了工業領域的頭部客戶。同時,華潤微自主研發的平面型1200V SiC MOSFET進入風險量產階段;自主研發的第一代650V矽基氮化镓D-mode器件樣品靜态參數達到國外對标水平,進入轉量產階段;自主研發的第一代650V矽基氮化镓E-mode器件性能達标,器件封裝開發完成。

3.CMOS圖像傳感器

智能傳感器是汽車傳感器的重要增長點。其細分品類眾多,車載攝像頭、雷達(毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達)主流產品。其中,車載攝像頭是發展最成熟的類別。

車載攝像頭是ADAS系統的主要視覺傳感器,ADAS的普及為其帶來巨大市場空間。攝像頭數量的上漲,也帶動内部視覺傳感器芯片的供不應求。視覺傳感器芯片,主要包括2類:CMOS圖像傳感器(CIS)和圖像信号處理芯片(ISP)。其中,CIS中的CMOS芯片供應較為緊張,主要由于其擴產壁壘高,但需求增長快。

國内廠商的大部分產品處于中低端水平,較少開發出并量產應用于汽車等領域的高端CMOS傳感器芯片產品。國内CMOS芯片廠商的大部分產品用于中低端手機、平板、通訊、遊戲機、監視器等領域,僅有比亞迪等少數廠商能夠開發出應用于汽車等領域的高像素CMOS傳感器芯片產品,并成功量產。近年來,國内廠商韋爾股份和思特威等企業開始發力。

韋爾股份主要通過子公司豪威科技布局CMOS業務,目前與眾多國内外車企建立了合作關系,產品覆蓋從VGA到800萬像素區間,能滿足產品應用領域從傳統的倒車雷達影像、行車記錄儀擴展到電子後視鏡、360度全景成像、高級駕駛輔助系統(ADAS)、駕駛員監控(DMS)等領域。

思特威相繼發布多款車規級CMOS傳感器瓜分市場。還推出了AI高階成像系列、SL超星光級系列、GS全局快門系列、IoT系列、CS消費類系列等多系列產品匹配更多的應用場景。以自主創新的CMOS圖像傳感器技術助力國產替代的快速發展。

4.存儲芯片

未來智能汽車,尤其是無人駕駛,将不僅僅是交通工具,更是信息匯總、數據中心和傳輸中心,對于數據和處理能力的要求也會越來越高。預計汽車存儲系統随着智能化水平提升容量和性能将實現快速增長,汽車将成為存儲器步入千億美金市場的核心因素。

汽車智能化,對兩類存儲芯片的需求增量最大:DRAM和NAND。其中,DRAM,是目前“缺芯”危機中告缺的品類。在汽車存儲芯片方面,國内的北京君正、兆易創新產品均已導入車用市場。

北京君正收購北京矽成後進入車載存儲芯片領域,已與博世汽車、大陸集團等下遊車企達成緊密合作。現在已研發并在全球大規模銷售工業級RAM芯片的企業,具備成熟的車規級芯片研發平台,生產流程中的所有環節均已通過ISO/TS16949認證,且所有產品均達到或超過AEC-Q100。

兆易創新推出内存最高容量為2GB的NOR Flash GD25系列產品,該系列產品通過了AEC-Q100認證,是國内唯一實現全國產化的車規級閃存芯片,主要面向汽車、工業應用領域,具有随機存儲、可靠性強、讀取速度快、可執行代碼等特性。同時,該芯片的數據保存能力可達20年,編程/擦除周期達100000次,能為汽車和工業應用提供穩定、高效的數據讀寫能力。
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