車企到底缺的什么芯？一文讀懂車載芯片那些事兒

世無常貴

車企缺芯危機沸沸揚揚已持續(xù)一年多，何時能夠過去？業(yè)界各家仍眾說紛紜。但車企到底缺什么芯片？為什么缺芯？車載芯片又到底有哪些分類？在缺芯危機嚴重的2021年，車載芯片行業(yè)又發(fā)生了什么？《回望2021》特別策劃今天聚焦芯片，帶你讀懂所有車載芯片那些事兒。

文丨智駕網(wǎng) 黃華丹

2022已過去一月有余，而車企缺芯的困境還遠未打破。

這場困擾全球車市多時的危機到底何時能徹底解決？

德國英飛凌汽車半導體業(yè)務單元負責人表示，預計在2022年底前都不會恢復正常，到2023年應該能解決短缺問題。

同樣，在特斯拉第四季度財報發(fā)布后的電話會議上，馬斯克也表示，預計在2022年至2023年能解決芯片短缺問題。

2022也許仍會異常艱難，但至少，希望已在眼前。

業(yè)界普遍認為缺芯是由于疫情和供應鏈問題，以及半導體供應商無法提升產(chǎn)能導致。

但行業(yè)分析公司IC Insights認為，除了疫情與供應鏈問題，短缺的真正原因在于2021年汽車芯片的需求激增。

在產(chǎn)能端，根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，與2020年相比，2021年半導體供應商面向汽車行業(yè)的出貨量增加了30%，已遠高于去年全球半導體出貨總量22%的增幅。

這一方面源于2021年車市終于結束逆增長，銷量開始上揚。

另一方面則是由于當前汽車大部分創(chuàng)新基于微電子技術（半導體），尤其是電動化和自動駕駛前裝落地的加速，行業(yè)對芯片的需求量大大增加。

——01——

車企最缺什么芯？

車載芯片種類繁多。那么，這兩年鬧得沸沸揚揚的缺芯浪潮中，車企最缺的到底是什么芯？

在回答這個問題之前，我們先認識一個新名詞：MCU。

MCU全稱Micro Control Unit，即微控制器，又名單片機。通俗來看即可以理解成一個微型計算機。

MCU是把中央處理器的頻率與規(guī)格做適當縮減，并將內(nèi)存、運算器、計時器、接口等整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制。

隨著汽車智能化加速，整車將會搭載更多功能，大量執(zhí)行元件需要MCU來控制。

從防抱死制動系統(tǒng)、四輪驅(qū)動系統(tǒng)、電控自動變速器、主動懸架系統(tǒng)，到現(xiàn)在逐漸延伸到車身各類安全、網(wǎng)絡、 娛樂控制系統(tǒng)等領域。

如今，一輛傳統(tǒng)燃油車需要使用幾十至數(shù)百顆MCU，新能源汽車的使用量更是翻倍。

如此大用量的MCU芯片，便是這兩年車企缺芯的主角。

而且，對MCU的需求還在不斷增加。

據(jù)IC Insights預測，全球車規(guī)級MCU市場規(guī)模有望從2020年的65億美元增長至2023年的88億美元。

而從格局來看，車用MCU市場集中在幾家頭部企業(yè)中。

2020年全球車用MCU市場份額占比前五名分別為瑞薩、恩智浦（NXP）、英飛凌、德州儀器和微芯，占比合計達87%。

在延續(xù)兩年的缺芯危機面前，頭部企業(yè)們正迅速作出反應擴大產(chǎn)能。

英飛凌在2021年投資16億歐元建成的12英寸（300mm）晶圓廠已正式投入使用。

英飛凌目前擁有兩座用于生產(chǎn)功率半導體器件的大型300毫米薄晶圓工廠，分別位于德累斯頓和菲拉赫。

晶圓代工霸主臺積電則將營收的年復合增長率預期從10%至15%提高到15%至20%。

此外，臺積電還計劃在美國亞利桑那州（5nm）、日本（22/28nm）、臺灣高雄（7/28nm）和新竹（2nm）興建新晶圓廠，同時會將原有的南京工廠進行擴建，而位于德國和臺灣臺中（2nm）的新建計劃也正在評估中。

日本芯片制造商瑞薩電子也表示，到 2023 年將其汽車和電子產(chǎn)品關鍵部件的供應能力提高 50% 以上。

回到國內(nèi)市場，中國MCU市場也是海外龍頭獨大。7大海外龍頭企業(yè)占據(jù)了約70%的市場份額，國產(chǎn)化率低。對本土企業(yè)來說，替代市場潛力巨大。

在市場大熱風口下，國內(nèi)半導體企業(yè)紛紛入局汽車MCU。

其中風頭無兩的當屬今年1月27日剛剛在創(chuàng)業(yè)板完成IPO過會的比亞迪半導體。不出意外，比亞迪半導體將成為國內(nèi)首家車載芯片上市公司。

比亞迪半導體最初只是比亞迪集團內(nèi)部的一個事業(yè)部，2004年成立比亞迪微電子。其在MCU領域已有多年建樹，從工業(yè)級MCU，一路發(fā)展到車規(guī)級8位MCU芯片、車規(guī)級32位MCU芯片等產(chǎn)品及業(yè)務。

2020年正式拆分出來，剛獨立便被100多家VC/PE爭搶，估值猛漲到300億元，僅用2年就即將實現(xiàn)IPO，這一速度堪稱神速。

四維圖新在MCU領域同樣有所布局。其旗下全資子公司杰發(fā)科技（Autochips）專注于汽車電子芯片，是國內(nèi)首款量產(chǎn)車規(guī)級MCU的制造商。

▲Autochips 32位車規(guī)級MCU-AC7801x

此外，芯旺微電子（ChipOn），琪埔維（Chipways）等公司也已推出車規(guī)級MCU產(chǎn)品，紫光國微、中穎電子、兆易創(chuàng)新、北京君正、凌鷗創(chuàng)芯（晶豐明源并購）、芯海科技等國內(nèi)設計企業(yè)也正加碼車規(guī)級MCU的研發(fā)和認證。

傳統(tǒng)企業(yè)擴大產(chǎn)能，新玩家強勢入局。解決全球車企缺芯問題，這是牽動整個行業(yè)的命題。

——02——

車載芯片到底有哪些？

從數(shù)據(jù)處理能力來看，除了本質(zhì)為控制指令運算的MCU，車載芯片還包括算力相對較強的主CPU和以智能運算為主的AI芯片（也有將CPU歸于和MCU同類的，此處不作展開）。

AI芯片對算力的要求最高。

廣義上講，能運算AI算法的芯片都叫AI芯片。但狹義上一般將AI芯片定義為“專門針對AI算法做了特殊加速設計的芯片”。

目前通用的CPU、GPU、FPGA等都能執(zhí)行AI算法，只是執(zhí)行效率差異較大。

FPGA意為現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array），是在可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的半導體器件。與為特定設計任務定制制造的專用集成電路(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)相比，F(xiàn)PGA 可以在制造后重新編程以滿足所需的應用或功能要求。

同時，也有部分芯片企業(yè)開始設計專門用于AI算法的ASIC芯片，比如谷歌TPU、地平線BPU等。

在智能駕駛產(chǎn)業(yè)應用沒有大規(guī)模興起和批量投放之前，使用GPU、FPGA等已有的通用芯片可以避免專門研發(fā)定制芯片（ASIC）的高投入和高風險。

但由于這類通用芯片設計初衷并非專門針對深度學習，因而存在性能不足、功耗過高等方面的問題。

專門定制的ASIC可以有效解決這些問題，但因其成本與風險過高，目前市場還并不成熟。

自動駕駛芯片常被稱為AI芯片，算力以TOPS（每秒萬億次）為單位。而智能駕駛座艙芯片算力要求比自動駕駛芯片相對略低。

而從芯片結構形式上來看，隨著汽車智能化的不斷深入和自動駕駛級別的提升，傳統(tǒng)的CPU早已無法滿足智能汽車的算力需求。

集成了AI加速器的SoC異構芯片應運而生。

SoC（System on Chip）一般稱為系統(tǒng)級芯片，也稱為片上系統(tǒng)，即將能夠完成某項功能的一整個系統(tǒng)集成在一塊芯片上。SoC常由CPU+GPU+DSP+NPU+各種外設接口、存儲類型等電子元件組成。

自動駕駛芯片和智能座艙芯片一般均為SoC系統(tǒng)級芯片。

與MCU相比，SoC芯片系統(tǒng)復雜度更高，集成功能更豐富，支持運行多任務復雜系統(tǒng)。

MCU則是把CPU的頻率和規(guī)格做了縮減，復雜度較低。

MCU是芯片級，用于控制指令計算。SoC是系統(tǒng)級，用于智能運算。

——03——

為整車提供大腦的自動駕駛AI芯片

隨著自動駕駛級別從L0到L5的提升，對為其提供大腦的芯片的算力要求也在不斷攀升。

實現(xiàn)L4及以上級別的自動駕駛到底需要多少算力？一般認為，L4需要的AI算力>100TOPS，L5需要的AI算力則高達500-1000TOPS。

但業(yè)界并沒有明確的定論。現(xiàn)有產(chǎn)品中，有Mobileye的176TOPS即可支持L4/L5級別自動駕駛，也有英偉達大手筆祭出1000TOPS算力冗余的方案。

而算力上的比拼，顯然已成為各家AI芯片廠商間無言的默契。

后來居上的英偉達依靠強大的技術實力，在高級別自動駕駛領域遙遙領先，是目前當之無愧的自動駕駛芯片王者。

2021年4月12日，英偉達在GTC大會上推出面向自動駕駛汽車的新一代AI處理器NVIDIA DRIVEAtlan，單顆SoC算力達到驚人的1000TOPS，比大多數(shù)L4級自動駕駛車輛整車的算力還要強，它將用于多家汽車制造商的2025年車型上。

▲ NVIDIA DRIVEAtlan

英偉達此前的NVIDIA DRIVE Orin SoC便可提供254 TOPS的算力，可完整覆蓋ADAS到L5級自動駕駛的需求。

NVIDIA DRIVE AGX Xavier則可為L2+級和L3級自動駕駛提供30 TOPS的運算。其核心是 NVIDIA首次生產(chǎn)的車規(guī)級Xavier系統(tǒng)級芯片。

Orin與Xavier是當下車企搭載的主流。

即將量產(chǎn)上市的蔚來ET7，智己L7，威馬M7，小鵬P5等車型均選擇了Orin X。

面對英偉達的壓力，Mobileye在2022 CES上推出三款全新芯片，分別為EyeQ 6L，EyeQ 6H和EyeQ Ultra。

EyeQ Ultra一共有64核的加速器，5納米制程工藝。同時支持176 TOPS的8 bit深度學習運算。跟競爭對手的數(shù)字相比，176并不大，但Mobileye CEO Shashua教授認為關鍵的不僅是算力，還有效率。

從Mobileye的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來看，176TOPS大概是10顆EyeQ 5芯片算力的總和。而Mobileye有使用8顆EyeQ 5驅(qū)動的Robotaxi。

由此可知，相當于10顆EyeQ 5集成的單芯片EyeQ Ultra完全能夠支持RobotTaxi所需的算力。而其價格只需要幾百美金，且整個系統(tǒng)能耗非常低，不到10W。

EyeQ 6H和EyeQ 6L的算力大概分別為45TOPS和5TOPS，相比于前代產(chǎn)品在算力大幅提升的情況下功耗增加卻非常有限。

可以看出，Mobileye的亮點在于保證算力充分的前提下盡可能降低能耗與成本。

對于需要上車量產(chǎn)的芯片來說，能耗與成本也是算力之外非常重要的指標。

此外，除了英偉達與Mobileye，2022年初，自動駕駛芯片賽道又殺入新的重量級玩家。

同樣在2022 CES上，美國芯片公司安霸推出基于5納米制程的AI域控制器芯片CV3系列，其AI等效算力達到500eTOPS（eTOPS中的e就代表equivalent（等效）），可用于L2+至L4級自動駕駛。

相比上一代CV2，CV3的AI性能提升了42倍，增幅驚人。

電動卡車廠商Rivian、自動駕駛技術公司Motional和電動汽車制造商Arrival等均有采用基于安霸CV2的方案。

而采用“全鏈路”路線的特斯拉也自研了FSD（Full Self Driving）芯片。

FSD芯片的設計和規(guī)劃始于2016年，當時，特斯拉聲稱沒有找到適合他們的其他解決方案。FSD芯片目前已經(jīng)應用于Model 3之上。

國內(nèi)市場上，地平線、黑芝麻智能、芯馳科技等企業(yè)也紛紛推出了得到市場廣泛認可的自動駕駛芯片產(chǎn)品。

征程5是地平線第三代車規(guī)級產(chǎn)品，等效算力達128TOPS。可同時適用于高算力需求的自動駕駛和智能座艙平臺。

早在2017年，地平線便已經(jīng)獲得了英特爾近億美元的投資。

華山二號A1000 Pro是黑芝麻智能旗下最新一代大算力車規(guī)級自動駕駛計算芯片，2021年4月發(fā)布，并于同年7月流片成功，為目前性能最強的國產(chǎn)車規(guī)級自動駕駛芯片。

黑芝麻智能此前便已推出華山A1000，擁有8核CPU，算力從58TOPS（INT8）-116TOPS（INT4）。華山A1000L為其簡配版，6核CPU，算力16TOPS。

單顆A1000L適用于ADAS輔助駕駛，單顆A1000適用于L2+自動駕駛，四顆A1000則可支持L4及以上的自動駕駛需求。

而2018年才成立的芯馳科技則推出了V9系列自動駕駛芯片。

2021年4月的上海車展期間，芯馳科技推出最新一代的V9T自動駕駛芯片，采用了兩組完全獨立的四核Cortex-A55應用處理器集群，既可以獨立運行來提供更高的性能，也可以互為冗余備份來提升安全性。

作為消費電子領域當之無愧的龍頭，華為決心要將其技術積累遷移至汽車領域，自然也不甘在自動駕駛上落后。

基于其為北汽ARCFOX阿爾法Ｓ定制的MDC Pro 610平臺，華為打造出最新的面向所有車企客戶的平臺化標準化產(chǎn)品MDC 810，算力可達400+TOPS。

華為號稱其為已經(jīng)量產(chǎn)的最大算力智能駕駛平臺。據(jù)稱該平臺使用的是昇騰系列芯片昇騰610，但華為一直沒有正式公布。

零跑汽車則走了和特斯拉一樣的自研路線，與安全領域巨頭大華合作推出凌芯01。采用28nm制程工藝，運算能力4.2Tops，功耗4 W，搭載于零跑C11，已經(jīng)量產(chǎn)上市。

零跑對凌芯01的定義是中國首款擁有完全自主知識產(chǎn)權的車規(guī)級AI智能駕駛芯片。

2019年初創(chuàng)成立的超星未來也于2021年5月在國際智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術年會上發(fā)布新一代高級別自動駕駛車載計算平臺NOVA30P，使用了高性能處理芯片和功能安全ASIL-D等級MCU的異構硬件方案。

此外，云端智能芯片生產(chǎn)商寒武紀日前也在投資者互動平臺表示，其子公司行歌科技正在設計、研發(fā)面向高等級智能駕駛應用場景的車載智能芯片。

隨著智能汽車的發(fā)展，AI芯片潛力巨大。

據(jù)東吳證券研究所測算，AI芯片單車價值將會從2019年的100美元提升到2025年的1000+美元。

我國汽車AI芯片市場規(guī)模也將從2019年的9億美元提升到2025年的91億美元，復合增速達46.4%；到2030年將達177億美元，十年復合增速28.1%。

——04——

為車機提供大腦的智能座艙SoC

智能座艙芯片是車載芯片中另一類復雜度較高的SoC芯片。

智能座艙SoC主要負責座艙內(nèi)海量數(shù)據(jù)的運算處理工作。

而隨著智能座艙快速發(fā)展，座艙SoC不僅需要處理來自儀表、座艙屏、AR-HUD 等多屏場景需求，還需要執(zhí)行語音識別、車輛控制等操作，智能汽車對座艙SoC的性能、算力需求也在持續(xù)攀升。

高通是智能座艙芯片領域絕對的霸主，目前市面主流的智能駕駛艙車機芯片基本都出自于高通。

高通已量產(chǎn)的SA8155P芯片AI算力約8TOPS，其第四代座艙SoC集成的NPU算力高達30TOPS，是目前已發(fā)布的AI算力最高的座艙SoC產(chǎn)品，計劃2023年投產(chǎn)。

WEY摩卡、小鵬p5、蔚來et7、威馬w6與零跑C11等車型都不約而同采用了高通最新的8155處理器。

而一向不按常理出牌的特斯拉則從2021年11月開始將其性能版ModelY的座艙SoC從IntelA3950換成了AMD Ryzen。

據(jù)悉，相比于高通8155處理器，AMD Ryzen的CPU性能強2倍，GPU性能強大約1.5倍。

業(yè)界普遍期待，特斯拉的此次升級是否會改變智能座艙芯片一家獨大的局面，掀起智能座艙芯片新一輪的“軍備競賽”。

此外，三星、瑞薩、恩智浦、德州儀器等傳統(tǒng)車載SoC廠商也均有智能座艙SoC產(chǎn)品推出。

如2021年7月，瑞薩推出全新系列產(chǎn)品R-Car Gen3e，涵蓋六款新品，計劃2022年量產(chǎn)。

2021年11月，三星發(fā)布了全新面向中高端智能座艙系統(tǒng)的Exynos Auto V7，已應用于大眾汽車的車載電腦ICAS3.1上。

而國內(nèi)市場上，華為海思基于手機處理器麒麟990開發(fā)的麒麟990A，采用8核CPU，具有3.5TOPS算力，并支持5G網(wǎng)絡。

芯馳科技的X9U智能座艙SoC，CPU總算力達到100KDMIPS，AI計算性能1.2TOPS。

X9U僅通過一顆芯片就能支持多達10個獨立全高清顯示屏，包含前排儀表、中控屏、HUD及多個娛樂屏，實現(xiàn)多屏共享和互動。

聯(lián)發(fā)科技的AutusI20（MT2712）是一種高性能六核信息娛樂解決方案，具有靈活的接口，支持多種顯示器，包含四顆ARM Cortex-A35處理器和兩顆Cortex-A72處理器。

此外，吉利旗下芯擎科技于2021年12月首度公開發(fā)布新一代7納米車規(guī)級智能座艙多媒體芯片“龍鷹一號”，其AI算力達到約8TOPS。

作為國內(nèi)唯一由臺積電代工生產(chǎn)的7納米芯片，龍鷹一號是目前市面上極少數(shù)采用7納米制程的高端智能座艙芯片。

芯擎科技由億咖通與安謀中國合資成立。

除了以上談及的MCU芯片，自動駕駛AI芯片和智能座艙SoC，車載半導體還包括IGBT，MOSFET等功率半導體器件。

比亞迪半導體在IGBT模塊的表現(xiàn)尤為突出，2019年、2020年連續(xù)兩年中，比亞迪半導體在新能源乘用車電機驅(qū)動廠商中全球排名第二，國內(nèi)廠商排名第一，市場占有率達到19%，僅次于英飛凌。

——05——

并購與投資，買買買完善業(yè)務

總體而言，目前車載芯片的市場仍處于被少數(shù)幾家巨頭壟斷的局面。但隨著行業(yè)的發(fā)展，多家新興企業(yè)正在崛起，資本與技術紛紛入局。

2021年多家初創(chuàng)企業(yè)獲得新一輪融資。而傳統(tǒng)芯片廠商在競爭壓力下也開始尋求鞏固自己的護城河。除了進一步開發(fā)新產(chǎn)品，通過并購完善技術與業(yè)務也是各大廠商普遍采用的模式。

比如沸沸揚揚延續(xù)了一年多的英偉達收購ARM案。

就在剛剛過去的2022年2月7日，英偉達正式宣布放棄收購ARM。

英偉達宣布要以400億美元的價格收購ARM還是2020年9月的事。

眾所周知，英偉達在GPU和AI芯片領域是王者一般的存在。而ARM是全球最大的半導體知識產(chǎn)權（IP）提供商。兩者的結合勢必會影響整個產(chǎn)業(yè)鏈的格局。

因而，這場收購案一公布，便遭到各行業(yè)巨頭乃至各國監(jiān)管機構的一致反對。

2021年12月2日，美國聯(lián)邦貿(mào)易委員會（FTC）發(fā)布聲明，表示將于2022年8月9日正式對英偉達收購ARM提起行政訴訟。

2月7日，英偉達正式宣布放棄收購ARM。為此，英偉達還將損失已預付給軟銀的12.5億美元。

無獨有偶，2018年，高通擬收購荷蘭芯片巨頭恩智浦，最終也以相似的理由不得不宣布放棄。

但失敗并沒有阻止巨頭們的并購之路。

就在1月28日，中國國家市場監(jiān)督管理總局剛剛宣布，有條件地批準美國芯片企業(yè)AMD以350億美元收購FPGA制造商賽靈思 (Xilinx) 的計劃。

此前，該交易已獲得包括歐盟、英國、美國在內(nèi)的諸多國家和經(jīng)濟體市場監(jiān)管機構的批準。

成立于1984年的賽靈思，和Altera并稱為FPGA雙雄，是FPGA、可編程SoC及ACAP的發(fā)明者。2015年，Altera已被AMD的老對手英特爾以167億美元收購。

此外，繼2021年年初傳出消息后，今年1月又有外媒報道，三星擬收購英飛凌或恩智浦。

三星電子目前是全球最大的存儲芯片制造商，也是僅次于臺積電的全球第二大芯片代工商。外媒分析認為其會并購汽車半導體領域的公司，以增強在這一領域的實力。

半導體巨頭們砸錢買買買，初創(chuàng)企業(yè)則忙著吸引投資。

2021年6月，地平線完成C7輪融資，融資金額高達15億美元，投資機構包括韋豪創(chuàng)芯、京東方等，投后估值高達50億美元。

2021年7月，芯馳科技宣布完成近10億元B輪融資，除多家基金與投融資公司外，寧德時代也通過晨道資本重倉加注。

黑芝麻智能則在2021年9月完成由小米長江產(chǎn)業(yè)基金領投的數(shù)億美元戰(zhàn)略輪和C輪融資后，又于2022年1月完成C+輪融資，投資方為博世集團旗下博原資本。

車載芯片行業(yè)的2021年既是艱難的，又是充滿生機的。

缺芯的車企不得不停工、減產(chǎn)，而芯片廠商則卯足了勁擴大產(chǎn)能，新玩家也紛紛入局。

政策層面，2月8日，歐盟委員會官網(wǎng)正式發(fā)布《歐洲芯片法案》。根據(jù)法案，歐盟將投入超過430億歐元公共和私有資金，支持芯片生產(chǎn)、試點項目和初創(chuàng)企業(yè)。

同時，英特爾也于2月8日宣布，將設立一項 10 億美元新基金，用于扶持早期階段的初創(chuàng)公司和成熟公司，為代工生態(tài)系統(tǒng)構建顛覆性技術。

缺芯危機到底何時能夠過去？

業(yè)界有如英飛凌、特斯拉這樣的相對樂觀者，認為2022至2023年就能解決。但據(jù)財聯(lián)社消息，英特爾CEO日前表示，芯片供應緊張情況仍會持續(xù)2023年全年，2025-2030年供應形勢才會有所好轉(zhuǎn)。

無論這場危機何時能真正結束，我們相信，在市場需求的正面刺激下，行業(yè)將以最快速度向前發(fā)展，未來的格局必將有所改變。

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