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今年汽車有多缺芯？5月24日，全球汽車咨詢機構AutoForecast Solutions發布了一份北美各車企和車型減產評估報告。其中，底特律三巨頭——通用、福特和Stellantis（包括菲亞特克萊斯勒）“穩”居前三，受到重創。

不止如此，作為全球高端汽車品牌標桿，奔馳、寶馬、奧迪前段時間也紛紛針對缺芯做出反應：

奧迪對經銷商發布通知稱，受全球疫情影響，奧迪遙控鑰匙芯片產能不足，自2021年7月5日起，部分國產奧迪車型在交付時，僅提供一把遙控鑰匙和一把機械鑰匙齒，受影響車輛可通過新裝備號“SOP”識別。待到產能恢復后，奧迪會及時發布通知，由經銷商為用戶交付第二把遙控鑰匙。

寶馬則選擇了更為簡單粗暴的減配。在5月份，寶馬表示由于全球芯片短缺，旗下多款車型同時迎來配置調整，主要取消了標配的手機無線充電/Wi-Fi熱點/數字鑰匙等，價格降幅為0-5千元不等，此外未被提及的部分寶馬車型車鑰匙從金屬材質變為塑料材質，一腳踢功能也被移除，涉及的車型包括3系、5系，X3、X4、X5以及X6等車型，其中不乏國內市場的主力車型。

奔馳為了提升芯片緊缺情況下的交付效率，采取了先交付減配車型，后加裝配置的舉措。例如不少奔馳E級車主4月份訂的車需要拖到7月才能提車，并且通訊模塊也要等到芯片問題解決后再進行加裝，對于車主的補償方案則是贈送2A+2B保養。

在全球缺芯的大背景下，國際造車巨頭產能不斷減少，國內乘用車市場銷量也在不斷下滑。根據中國汽車工業協會公布的乘用車最新銷量數據顯示，7月乘用車共銷售115.1萬輛，環比下降1.1%，同比下降7%。值得一提的是，7月份中國品牌乘用車共銷售72萬輛，環比增長4.1%，同比增長22.2%，占乘用車銷售總量的46.4%，比上年同期提升11.1個百分點，實現了逆勢增長。

盡管我國自主品牌汽車發展有趁勢崛起的趨勢，但汽車芯片仍然幾乎完全依賴進口。在2021中國汽車論壇上，我國國家新能源汽車技術創新中心總經理原誠寅指出，目前我國在車用芯片領域的進口占比達到90%，其中，汽車運行過程中最為關鍵的系統芯片，其生產技藝幾乎100%被海外廠家掌握。值得一提的是，由于缺芯問題不斷加劇，我國企業也在加緊入局汽車芯片生產。

國產汽車芯片企業迎來機遇期

自上世紀70年代中期，汽車發動機系統率先采用芯片以后，芯片在汽車電子領域的應用不斷拓展。

尤其是隨著汽車從最初的機械產品逐漸轉變為電子產品，自動駕駛對車輛的感知精度、控制精度和響應速度提出了更高的要求，這就需要更多的傳感器（激光雷達、攝像頭、毫米波雷達等）、更強大的處理器（自動駕駛主控芯片）和更精確的執行機構（線控系統）。

按照尺寸分類，目前行業應用的晶圓主要有6英寸、8英寸和12英寸三種，其中8英寸和12英寸的應用量最大。關于晶圓尺寸的演變，比較公認的說法是：1980年代是4英寸硅片占主流，1990年代是6英寸占主流，2000年代是8英寸占主流，2008年之后是以12英寸為主流的市場。

2008年以后，隨著移動互聯網爆發，芯片上下游企業都在大力投資更為先進的12英寸晶圓，并開始逐漸淘汰8英寸晶圓產線。根據國際半導體產業協會SEMI的統計，截至2019年，12英寸晶圓硅片已經占到了晶圓全部出貨量的67%。

然而，8英寸晶圓恰好是汽車功能芯片的對口技術，隨著汽車對芯片需求量增加，從去年開始，產業鏈又開始重新加大8英寸晶圓產能投入。

圖：汽車半導體主要部件，平安**研究所

事實上，在傳統燃油車中，每輛車都要使用幾十至數百顆芯片。伴隨著新能源汽車和自動駕駛的快速發展，汽車芯片的占比正大幅度提高。在廣泛的應用中，汽車半導體主要分為三大類：主控芯片、功能芯片和其他器件。其中，主控芯片主要包括自動駕駛芯片和智能座艙芯片，是汽車智能化的核心；功能芯片則包括功率半導體、MCU和傳感器，這些芯片可更好地實現汽車中特定的功能。

根據Wind數據顯示，目前，國內汽車行業中車用芯片自研率僅占10%，90%汽車芯片都依賴進口。在全球汽車半導體銷售額中，只有不到3%來自中國企業，歐洲企業約占37%，美國企業約占30%，日本企業約占25%。

不過，目前在汽車半導體的各個領域，國內都已經涌現出一批優秀企業，并正伴隨市場的快速發展，成為業內亮眼的新星。

主控芯片：智能化核心

主控芯片是汽車智能化的核心，主要包含自動駕駛芯片和智能座艙芯片兩大類，均具備強大的算力和低功耗，可在滿足大量數據計算的同時，降低功耗以實現電動車較好的續航里程。

自動駕駛芯片

自動駕駛芯片，即自動駕駛域控制器，是一輛汽車實現ADAS功能的關鍵，其核心性能指標是算力和能效比。在智能化快速發展之前，沒有專門的自動駕駛芯片，相關的功能由ABS、ESP的ECU負責，或者由整車VCU進行決策。隨著智能化水平的不斷提高，自動駕駛芯片也得到快速發展。

在芯片種類方面，自動駕駛芯片主要包括通用芯片(如CPU、DSP和GPU等)和專用芯片(如FPGA和ASIC等)。其中，通用芯片可進行多項不同類型的計算，適用于不同的算法或需要持續改進的自動駕駛算法，因此在目前階段應用較為廣泛；而與CPU相比，GPU具有更多的計算單元，更加適合于做簡單的重復計算，因此在做圖像處理時更具優勢。專用芯片中，FPGA屬于半定制化芯片，在邏輯計算中更具有優勢，同時具有低功耗的特點。

一般而言，自動輔助駕駛系統會通過激光雷達、攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達等傳感器采集車輛和環境信息，然后依據信息分析結果替代人類作出駕駛決策，精準實現類似加速、制動和轉向等駕駛動作。因此，自動輔助駕駛的級別越高，需要采集的信息精度越高、數據量就越多，就越依賴更高的算力支撐。

自動駕駛芯片主要的算力單位為TOPS，1 TOPS代表處理器每秒鐘可進行一萬億次操作。通常，業內認為實現L2級自動輔助駕駛需要的算力在10 TOPS以下，L3級需要30-60 TOPS，L4級需要超過300 TOPS，L5級需要超過1000 TOPS甚至4000+ TOPS。

目前，第三方自動駕駛芯片主要以英偉達、mobileye為主，國內諸如地平線、黑芝麻等也已嶄露頭角。

智能座艙芯片

近年來，隨著整車電子電氣化程度日益提高、架構向集中式進化，使得傳統的機械式儀表難以支撐更加智能和便捷的人車交互功能，集成了液晶儀表、抬頭顯示儀、中控屏幕和后座娛樂的多屏融合智能駕駛艙就成了用戶的優選。而基于車聯網等的智能座艙，無疑可以為用戶帶來更智能化、高效、安全的交互體驗。

基于AI技術，數字座艙能夠實現駕駛員識別、疲勞駕駛監測等功能。例如，當駕駛員靠近汽車時，車載攝像頭能夠自動識別車主信息。在駕駛員上車后，座艙也能夠自動調節更合適的座椅位置、空調溫度、音樂曲目等。同時，車輛內的AI語音助手也能幫助駕駛員解放雙手，還能夠自動識別車內不同位置用戶提出的語音需求，比如只打開提出需求的用戶那一側的車窗，做到精準服務。

未來，智能座艙所代表的“車載信息娛樂系統+流媒體后視鏡+抬頭顯示系統+全液晶儀表+車聯網系統+車內乘員監控系統”等融合體驗，也更依賴于芯片所代表的計算能力的提升。

圖：WEY摩卡座艙圖

目前，高通是智能座艙芯片的主力軍。截至2021年1月，全球已有超過20家領先的汽車制造商采用第3代驍龍汽車數字座艙平臺。與此同時，國內也有一批企業快速崛起。

5月28日，南京芯馳半導體科技有限公司SemiDrive對外發布9系列X9、V9、G9三大汽車芯片產品，提供針對汽車的協同一體化解決方案，包括智能座艙、智能駕駛、中央網關三大應用。不久之后，華為海思也與比亞迪簽訂合作協議，首款產品是應用在汽車數字座艙領域的麒麟710A。以這款麒麟芯片為起點，海思自研芯片正式開始獨立探索在汽車數字座艙領域的應用落地。

功能芯片：跟隨行業快速增長

功能芯片主要包括功率半導體、MCU和傳感器，這些芯片可更好地實現汽車中特定的功能。在電動智能化趨勢下，汽車對于功能芯片的需求不但在MCU和毫米波雷達等方面有數量上的提升，也有IGBT、激光雷達等新增部件的產生，會為汽車帶來全新的功能和體驗。

MCU

MCU(Micro Controller Unit)中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)，是汽車電子控制器ECU的核心部件，是指隨著大規模集成電路的出現及其發展，將計算機的CPU、RAM、ROM、定時數器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制，可實現終端控制的功能，平均每輛車上搭載有超過70個MCU。

MCU最早由Intel提出，歷經了4位、8位、16位、32位和64位的發展歷程，目前汽車應用主要以8位和32位為主，其中8位主要應用在簡單和低速處理速度的ECU中，而32位可處理需要大量信息的功能，此外，8位MCU具有低成本和低功耗的優點，因此目前市場份額仍較高。

與消費級和工業級MCU相比，車規級MCU壁壘較高，主要體現在工作的環境溫度、良品率要求和工作壽命要求等方面。而MCU本身具有較高的技術壁壘、生產工藝壁壘和成本控制的壁壘，新進入者具有較大的難度。

不過，隨著汽車配置越來越豐富，在增加對MCU進行計算和執行控制需求的同時，隨著域控制器的發展，MCU承擔的計算功能將有所減弱，將主要用于進行執行相關的控制。因此，MCU的需求量會有所提升，但壁壘有所降低。在MCU領域，國內廠商主要包括士蘭微、兆易創新等。

IGBT

IGBT(絕緣柵雙極型晶體管），是由BJT(雙極結型晶體三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型-電壓驅動式-功率半導體器件，其具有自關斷的特征。簡單講，是一個非通即斷的開關，IGBT沒有放大電壓的功能，導通時可以看做導線，斷開時當做開路。IGBT融合了BJT和MOSFET的兩種器件的優點，如驅動功率小和飽和壓降低等。

IGBT模塊在電動汽車中發揮著至關重要的作用，是電動汽車及充電樁等設備的核心技術部件。由于車輛行駛過程中容易受到較大的震動和沖擊，新能源汽車對IGBT強度要求較高。此外，由于汽車頻繁啟停會引起 IGBT 結溫上升，也因此對散熱提出了更高的要求。

IGBT主要應用于新能源汽車的電動控制系統、車載空調控制系統和充電樁中。據介紹，IGBT模塊占電動汽車成本將近10%，占充電樁成本約20%。

目前，英飛凌在IGBT芯片和模組的市占率最高，在IPM封裝領域，日本三菱的市占率最高。國內自主企業中，比亞迪具有較強的技術優勢，有望成為行業的龍頭企業。比亞迪半導體目前是中國唯一擁有IGBT完整產業鏈的車企，其采用的是IDM的模式，鏈條包括IGBT芯片設計、晶圓制造、模塊封裝等部分，還有仿真測試以及整車測試。

除了比亞迪半導體，國內廠商斯達半導、士蘭微、中車電氣也陸續入局IGBT領域。

傳感器

據平安**介紹，汽車傳感器可分為車輛狀態傳感器和環境感知類傳感器。車輛狀傳感器是傳統的感知器件，應用在動力(發動機溫度傳感器、進氣傳感器、曲軸位置傳感器等)、底盤(TPMS傳感器、ESP加速度傳感器等)和車身(雨量傳感器、溫度傳感器等)中；環境感知類傳感器是自動駕駛中新增的傳感器，主要有激光雷達、毫米波雷達、攝像頭等。

從感知原理來看，車輛狀態傳感器可分為磁傳感器、MEMS傳感器、化學類傳感器和溫度傳感器。在新能源汽車中，傳統動力傳動系統的傳感器數量正逐漸減少，新增主要為電流和溫度兩大類傳感器。

使用激光雷達的車輛在進行自動駕駛測試

與之相比，環境感知類傳感器近些年發展迅猛，其中毫米波雷達、攝像頭和超聲波雷達均已發展成熟。目前，毫米波雷達已經從24GHz發展至77GHz，甚至具有4D成像的高性能產品，可實現障礙檢測、遠距離探測、路徑規劃等功能。激光雷達則可分為面向無人駕駛出租車和面向乘用車兩大類，處于大規模應用的前期。

寫在最后

疫情對經濟格局產生的深遠影響已經成為共識。無疑，當下的國產自主汽車品牌迎來發展關鍵機遇。同時，對于汽車而言，芯片將在未來發展過程中扮演越來越重要的角色，這也就意味著國產汽車芯片企業將有更為蓬勃的發展動力。事實上，我國自主芯片綜合性能已經在一些領域不輸國外巨頭，相信隨著時間的發展，其也將成為全球汽車芯片領域不容忽視的關鍵力量。

參考資料：

1.《從瓦特到比特：汽車半導體揚帆起航》，平安**

2.《2021年全球車企“缺芯”停產、減產最新情況跟蹤》，感知芯視界

3.《車企缺芯有多難？奧迪交車只配一把鑰匙，寶馬多款新車減配》，懂車

4.《比亞迪半導體分拆上市，擺脫母公司依賴是關鍵》，財經十一人

5.《什么是汽車芯片？一文科普》，賽博汽車

6.《自動駕駛搶奪的又一高地：智能座艙芯片》，傳感器專家網