去年末的汽車芯片短缺扼住了汽車行業(yè)的咽喉，這場行業(yè)性的供應(yīng)短缺再次讓人們見識了汽車芯片的重要性，有關(guān)部門也對此高度重視。
春節(jié)前，工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)一司、電子信息司與主要汽車芯片供應(yīng)企業(yè)代表進行了座談交流。工信部裝備工業(yè)一司、電子信息司建議汽車芯片供應(yīng)企業(yè)高度重視中國市場，加大產(chǎn)能調(diào)配力度，提升流通環(huán)節(jié)效率，與上下游企業(yè)加強協(xié)同，努力緩解汽車芯片供應(yīng)緊張問題，為中國汽車產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)健康發(fā)展提供有力支撐。
相對于對消費級電子芯片的理解，人們似乎對汽車芯片的“殺傷力”存有疑惑。汽車芯片是車規(guī)級芯片的通俗叫法，在現(xiàn)代化的汽車產(chǎn)品上，汽車芯片相當(dāng)于“大腦”。
“隨著傳統(tǒng)汽車向新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，所搭載的芯片越來越多，對智能性的要求也在提高，此前需靠駕駛員判斷的東西現(xiàn)在慢慢交給芯片，這樣汽車對芯片的使用量就會越來越多，并且對芯片的算力要求也會越來越高?！敝袊嚬I(yè)協(xié)會副總工程師許海東表示。
等級僅次于軍工級，汽車芯片種類繁多
受制于去年末全球汽車芯片供應(yīng)緊張，不少大牌車企不得已采取減少，甚至停產(chǎn)的措施來應(yīng)對，包括大眾汽車、福特汽車、通用汽車、本田汽車、斯巴魯、日產(chǎn)汽車等在內(nèi)的全球汽車廠商都出現(xiàn)了被迫減產(chǎn)的情況。市場機構(gòu)IHS Markit預(yù)測，2021年第一季度，汽車產(chǎn)量將比最初預(yù)期的少約67.2萬輛；美國伯恩斯坦研究公司預(yù)測稱，由于2021年全球范圍內(nèi)汽車芯片短缺，預(yù)計今年將造成多達450萬輛汽車產(chǎn)量的減少，相當(dāng)于全球汽車產(chǎn)量的近5%。
很多人對芯片重要性的認識或來源于消費級電子產(chǎn)品，一枚小芯片就能實現(xiàn)強大的功能。如今的汽車功能越來越強大，越來越智能，都可以歸因于汽車芯片的應(yīng)用。
從整個芯片行業(yè)的等級劃分來看，分別有軍工級、車規(guī)級、工業(yè)級和消費級，其中車規(guī)級芯片對于可靠性、一致性和穩(wěn)定性要求更高，僅次于軍工級。
“車規(guī)級芯片與消費級芯片有很大不同，車規(guī)級芯片需要面臨更惡劣的環(huán)境，要求可靠性更高，車規(guī)級芯片的要求更為嚴(yán)格?！痹S海東表示，“因此對芯片廠家的汽車芯片生產(chǎn)線要求也更為嚴(yán)格，車規(guī)級芯片的生產(chǎn)線可以改造生產(chǎn)其他芯片，但生產(chǎn)其他芯片的生產(chǎn)線無法輕易改造生產(chǎn)車規(guī)級芯片?！?/p>
從分類上來看，汽車芯片大致分為以下幾類，一是負責(zé)算力的控制芯片，也就是處理器和控制器芯片，如發(fā)動機、底盤和車身控制，以及中控、輔助駕駛（ADAS）和自動駕駛系統(tǒng)等；二是負責(zé)功率轉(zhuǎn)換的IGBT功率芯片，一般應(yīng)用于電動車的電源和接口；三是傳感器芯片，主要用于各種雷達、氣囊、胎壓監(jiān)測。汽車芯片也可以分為主控芯片、功能芯片、功率芯片和傳感器芯片。
從車規(guī)級芯片的要求來看，需要適應(yīng)-40℃到-150℃的極端溫度，高振動、多粉塵、有電磁干擾，濕度要適應(yīng)0%-100%，一般車規(guī)級芯片的設(shè)計壽命為15年或20萬公里。從架構(gòu)方面來看，車規(guī)級芯片需要有獨立的安全島設(shè)計，在關(guān)鍵模塊、計算模塊、總線、內(nèi)存等，都有ECC、CRC的數(shù)據(jù)校對，為車規(guī)級芯片提供功能安全。
一般來看，一款車規(guī)級芯片需要2-3年的時間完成車規(guī)認證并進入整車廠供應(yīng)鏈，一旦進入后，一般擁有5-10年的供貨周期。
汽車芯片相當(dāng)于汽車大腦，高端車型要裝150多種芯片
從1908年第一輛福特T型車下線走出車間，人們形成了對傳統(tǒng)汽車的固有認知：“四把椅子+四個輪子+發(fā)動機”。這樣的認知一直持續(xù)到1977年。通用汽車在1977年首次在汽車上搭載電子控制單元（ECU），實現(xiàn)了速度、油箱、里程和發(fā)動機等信息的顯示。
隨后的時間里，車規(guī)級芯片在汽車中的重要性不斷提高，一輛車不僅可以更快地完成從始發(fā)地到目的地的駕駛，還具有娛樂、導(dǎo)航等輔助功能。而二十多年前，汽車開始進入電控時代，如今一輛普通汽車至少安裝40種芯片，高端車型則需安裝150種以上。據(jù)悉，上個世紀(jì)70年代，汽車電子元件的成本占比大約為5%左右，2005年汽車電子元件的成本比例大概增長至15%左右，而2019年一輛新車的芯片成本平均為329美元。
在電控汽車時代，芯片早已成為汽車的“決策大腦”以及“遍布全車的神經(jīng)系統(tǒng)”。舉例來講 ，在純機械發(fā)動機時代，發(fā)動機的進排氣時機、氣門開閉時長完全由凸輪軸和凸輪決定，當(dāng)發(fā)動機被制造出來，其進排氣也就固定了。而當(dāng)發(fā)動機進入電控時代，通過電腦智能調(diào)節(jié)氣門開閉時機和時長，有意將進氣門延遲關(guān)閉，排氣門提前開啟，讓進排氣更加充分，提升性能；如果缺少芯片，最直觀的表現(xiàn)就是油耗和排放控制的缺失。
此次扼住車企咽喉的是應(yīng)用于ESP（電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)）中的MCU（微控制單元）和ECU中的MCU，需要用8英寸晶圓打造。ESP是汽車主要安全系統(tǒng)的一部分，是ABS防抱死系統(tǒng)的延伸，上個世紀(jì)80年代，ABS還是豪華車的配置，而隨著ESP的量產(chǎn)推廣，它已成為汽車最基礎(chǔ)的安全配置；ECU則是涵蓋了諸如調(diào)整車窗、座椅、燈光等功能，在如今的中高端車型上，這兩類芯片必不可少。
實際上 ，在新能源汽車和自動駕駛的雙重驅(qū)動下，車規(guī)級芯片正在顛覆傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，隨著ADAS、自動駕駛技術(shù)的成熟，需要大量的圖像數(shù)據(jù)、雷達數(shù)據(jù)處理，汽車廠商對芯片的算力要求也在提高?！半S著傳統(tǒng)汽車向新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展，所搭載的芯片越來越多，對智能性的要求也在提高，此前需靠駕駛員判斷的東西現(xiàn)在慢慢交給芯片，這樣汽車對芯片的使用量就會越來越多，并且對芯片的算力要求也會越來越高?！痹S海東表示。
實際上，在業(yè)內(nèi)看來，當(dāng)汽車進入電控時代以及向電氣化轉(zhuǎn)型，汽車與芯片就已經(jīng)密不可分；而此次芯片危機的爆發(fā)，或也意味著行業(yè)革新正在進行。