芯荒荒，汽车芯片路在何方

杰哥-IC男奋斗史

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本文1987字，预计阅读6分钟。
从2021年初开始，全球汽车行业都面临芯片供应短缺的问题，到目前为止情况并没有改善，反而愈演愈烈。国内多家芯片设计公司都对外发布了车规级别的产品，例如地平线的征程系列、杰发科技的MCU系列、北京君正的存储芯片以及闻泰科技的电源管理芯片等。
但是目前国内主流的车企还是以采购国外大厂的芯片为主，如英飞凌、恩智浦、瑞萨电子、意法半导体和德州仪器等，很少有车企愿意采购国内公司发布的汽车芯片。到目前为止，汽车芯片的国产化率还不到5%[1]。
汽车芯片有什么特殊之处？汽车芯片为什么会突然短缺？国内车企为什么不愿意采购国内芯片企业的产品？汽车芯片未来有哪些发展趋势？杰哥将会在这篇文章中为大家一一解答。

1 汽车芯片的特殊之处
a研发周期长，投入大，回报慢
消费类芯片从研发到量产，一般需要一年半时间，而汽车芯片至少需要两年以上，车厂从导入测试到大规模量产还需要三到四年时间。也就是说汽车芯片从投入研发到获得回报至少需要5年时间。
汽车芯片设计阶段就需要遵循特定的design rule，可靠性测试项目比消费类芯片更多更复杂，晶圆生产与封装测试都需要专门的产线，研发与生产的投入都要比消费类芯片大很多。
b工作环境相对恶劣
汽车芯片的工作温度范围比较宽，根据不同的安装位置有不同的需求。例如发动机舱需要-40℃～150℃，车身控制需要-40℃-125℃，而常规消费类芯片和只需要0℃～70℃。
另外汽车芯片在其它环境下的要求，比如湿度、发霉、粉尘、盐碱自然环境（海边，雪水，雨水等）、电磁辐射以及有害气体侵蚀等，都要高于消费类芯片。
c对可靠性要求非常高，需要做到零DPPM
一款消费类芯片的DPPM(defect parts per million) 通常大于100，而汽车芯片则要求DPPM小于1，也就是说一百万颗芯片里边一颗失效芯片也不能有。当然这个零失效率还必须建立在相对恶劣的工作环境下。
这个要求其实很好理解，汽车上一颗失效芯片很可能对应一起交通事故，很可能也会造成生命财产损失。这对车厂和用户来说都是没法接受的。所以说做汽车芯片需要承担更大的责任。
d生命周期长，供货周期长
一般汽车的设计寿命都在15年50万公里左右，汽车芯片的生命周期也要求达到15年以上，供货周期可能长达30年。这对汽车芯片企业在供应链配置及管理方面提出了很高的要求，即供应链要可靠且稳定，能全生命周期支持整车厂处理任何突发情况。
e客户稳定性高
汽车芯片在导入到车厂的过程中需要完成大量试验检测与认证，从开始导入到实现整车大规模量产需要3年以上时间。在这个过程中车厂需要投入大量的资金与人力。
这也是为什么车厂一旦导入了某家芯片企业的产品后基本都会持续采购10年以上，期间不会轻易更换供应商。像车企这样有粘性的客户，是大多数芯片设计企业都梦寐以求的。

2 汽车芯片短缺的原因分析
从下游应用市场来看，芯片可以细分为汽车、工业、通讯、数据处理以及消费电子5个领域。预计从2020到2025年，汽车芯片是增长最快的市场，年平均增长率可以达到10.3%，而全球芯片市场的年平均增长率约为7.5%[2]。

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汽车电动化和智能化是促成汽车芯片市场快速增长的主要原因。传统燃油车单车芯片使用量是几百颗数量级，而新能源智能汽车的单车芯片使用量会达到1500颗甚至2000颗。汽车电动化智能化之后，汽车芯片的需求量会增加50%以上[3]。
2020年受疫情影响汽车厂商错误判断了市场需求，降低了对新车需求量的预测，减少了汽车零部件的订单，相应的汽车零部件厂商也减少了汽车芯片的订单。同期，疫情激发了消费类电子产品的需求，汽车零部件厂商下调的汽车芯片订单几乎全部被消费电子类需求所吸收。因此汽车芯片供给侧产能减少。
然而2021年开始，全球新能源汽车市场需求量激增，相应的汽车芯片需求量也急剧上升。因此，本轮芯片短缺的主要原因是疫情环境下汽车芯片市场需求与供给不匹配。由于芯片生产线从建立到规模化生产的周期在1-2年左右，本轮芯片短缺预计将持续到2022年第二季度。
3
国内主流车厂为什么不愿意采购国产汽车芯片？
主要原因就是担心国产汽车芯片的可靠性不过关。杰哥从同事那里听到过一个关于长城汽车的真实案例，可以很好地解答这个问题。
长城汽车曾经导入过一家国内知名芯片公司的车规级芯片。由于汽车芯片的高可靠性要求，长城汽车安排专门的可靠性工程师审核了这款芯片的所有可靠性实验报告，还包括国内TOP3第三方实验室的认证报告，所有实验全部通过且数据记录完整。长城汽车这边的工程师没有发现任何问题。但是芯片一上整车测试，失效率超过10%。
就这失效率，换成谁也不敢用啊！杰哥前面讲过，汽车芯片要求0 DPPM，这都10万 DPPM了！消费类芯片做成这样也没人敢用，更何况是汽车。最后长城汽车只能被迫更换了进口芯片。
另外一个案例是杰哥自己经历的。由于杰哥目前所在的AI芯片公司也在进军汽车芯片领域，特意邀请国内TOP3的第三方检测机构技术副总过来讲解汽车芯片的可靠性认证流程。
杰哥记得这个副总说的最多的，就是他今年已经受邀参加了国内多家车企的技术研讨会，所有的车企都对国产芯片表示担忧，没人愿意做小白鼠，毕竟出了问题责任很大。
未完待续…...
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