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车规级芯片蓄势突围

来源:中国电子报  作者:陈炳欣  投稿时间:2022-03-14

由于多种因素影响,去年以来全球范围内芯片供应出现短缺,许多行业均受到困扰,汽车产业尤为严重。今年两会上,多位代表委员呼吁完善车规级芯片产业布局,稳定汽车芯片供应链。那么,何为车规级芯片?国内企业如何发展车规级芯片?

车规级芯片受关注,市场需求不断增长

与消费级、工业级产品相比,车规级芯片稳定性要求高、研发周期长、技术门槛高、资金投入大,因此,发展车规级芯片面临的挑战也更多。2021年出现的汽车芯片供应短缺,一度使得部分汽车企业不得不“停产待芯”,这也暴露出我国在车规级芯片上发展不足的问题。

这些问题引起今年两会期间多位代表委员的重视。全国人大代表、上汽集团董事长陈虹建议,应着眼“产业链补链强链”,推进车规级、大算力芯片的本土化,支持国内汽车芯片产业链协同发展。全国人大代表、小康集团董事长张兴海认为,当前,提高车规级芯片本土化率已经成为国家产业重要战略方向。

从全球市场供应情况来看,目前为止汽车缺芯的局面尚未完全逆转。AutoForecast Solutions数据显示,截至2月13日,今年全球汽车市场由于芯片短缺造成累计减产量约为52.74万辆。创道投资咨询总经理步日欣指出,汽车芯片市场规模较大,产业链条复杂,短期内难以完全达到供需平衡。2022年汽车芯片的供应短缺现象还会存在,但主要体现在结构性缺货。据了解,按功能分,汽车芯片可分为MCU、AI芯片、功率芯片、模拟芯片、传感器、存储器等多种类型芯片。赛迪顾问集成电路中心高级咨询顾问池宪念表示,2022年,MCU、AI芯片、功率芯片这三大类型车规级芯片可能会继续呈现供不应求的局面。在此情况下,发展车规级芯片成为稳定汽车供应链,推进高端芯片产业发展的重要策略。与此同时,车规级芯片的未来市场也被广泛看好。德勤公司预测,2025年全球芯片行业市场规模将达6300亿美元,其中新能源汽车正成为拉动芯片行业增长的重要驱动力,未来5年,汽车芯片复合增长率约10%,增速位居第一。

汽车向新四化发展,车规级芯片更趋严格

一般而言,芯片分为消费级、工业级与车规级等不同等级。与消费级、工业级芯片产品相比,车规级对芯片的稳定性、安全性方面要求最高。具体来说,车规级芯片在环境要求、抗振动冲击、可靠性、一致性等方面都有着更严格的要求。以温度为例,一般民用产品的温度要求是0℃~70℃,发动机周边器件的温度要求为-40℃~150℃,乘客舱为-40℃~85℃。在抗振动冲击方面,由于汽车在运动环境中工作,很多产品会遭遇更多的振动和冲击,因此抗冲击要求要求会比一般消费类产品高很多。随着汽车向智能化、电动化、网联化、共享化方向发展,其对芯片的要求更加宽泛和严格。

中国电子技术标准化研究院研究员陈大为在此前演讲中总结了车规级芯片的几个特点:一是高可靠性,具体到车用体现为应对室外环境及EMC的要求严苛;二是高安全性,即实现复杂电路下的功能安全;三是零缺陷率,需要实现更高的批次一致性,同时具备10~15年的长期供货能力。

芯驰科技副总裁徐超也指出,高可靠车规芯片至少有6个设计维度要考量,包括性能、功耗、价格、可靠、安全、长效。一颗车规芯片,从设计到上市,需要2~3年的时间,2~3年之中车型不断升级和迭代。一辆车的整个生命周期更是需要10年之久。如何把芯片供到5~10年,同时支撑这个车5~10年供应售后的保障,是考验芯片供应商的一个重要课题。

近年来,我国在车规级芯片方面取得一定进展。比亚迪通过旗下子公司比亚迪半导体的自主研发,在车规级MOSFET和IGBT方面取得进步,深沟槽型SiC功率模组在真车实验中的性能表现优于国外供应商的产品。华为自研的5G基带芯片巴龙、AI芯片昇腾以及CPU芯片鲲鹏开始在车用领域发挥作用。吉利旗下芯擎科技自主研发出7nm车规级SoC芯片“龍鹰一号”,采用7nm工艺,集成88亿个晶体管,将于2022年第三季度实现量产。闻泰科技全资子公司安世半导体完成对英国新港晶圆厂(Newport Wafer Fab) 的收购,扩大车用半导体的制造能力。

然而,从总体上看,我国车规级芯片的发展仍然不足,与国际先进水平相比还有很长一段路要走。

加强标准化工作,牵引汽车芯片发展

标准是经济活动和社会发展的技术支撑,是国家基础性制度的重要方面。发展车规级芯片离不开相关行业标准的推进与规范。陈虹在提案中就建议通过政策引导,多方协同建立车规级芯片统一的技术规范和标准,并成立第三方检测认证平台。陈大为则指出,从发展现状来看,我国国产汽车芯片的高可靠芯片设计能力依然不足。由于国内芯片业的发展历程较短,且以消费类芯片占比居多,高可靠设计能力有待进一步提升。而我国车规芯片的系列标准仍旧缺乏,特别是缺少车规芯片的基础准入标准。因此,加强国产汽车芯片标准化工作将是未来发展的重要方向之一。

事实上,国际标准组织就非常善于综合运用政策、标准、认证等手段,牵引产业的发展。这一点值得我国借鉴。比如国际标准化组织(ISO)就在IEC 61508的基础上专门针对汽车电子电器系统制定车用安全标准《ISO 26262道路车辆功能安全》,该标准涵盖车规芯片包括需求规划、设计、实施、集成、验证、确认和配置的整体开发过程。为实现汽车芯片的稳步发展,我国也需要对产业链各阶段制订标准,进行规范,包括围绕设计、生产流片、封装测试、建立检验、应用验证来分别制定相应的标准,从而引领指导国内汽车芯片的良性发展。

加强标准工作的同时,车规级芯片的发展也需要产业各环节各企业的协同推进。产业界应当认识到,车规级芯片标准化工作的推进与行业发展程度是密切相关的,两者相互促进。标准化工作应当关注行业发展进程,与行业的发展相互配合,在满足行业需求的同时,引领行业的发展。(通讯员:任凌雨)

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