“芯片荒”倒逼汽車產業革命

本刊記者 / 宋亮

汽車芯片正在不斷升級，從汽車的配件之一，變成汽車的主要部件。汽車芯片在價格上漲的同時，也替代了大量其他更昂貴的配件，如發動機、變速箱，整車價格不應該因芯片漲價而上漲。

包括自動駕駛在內，更多的智能化應用，正在成為新車型的特點。這對汽車芯片的要求越來越高。汽車芯片，正在成為一個新的產業部門，就像電腦芯片、手機芯片一樣，將走出與傳統的汽車配件孑然不同的產業發展軌跡。

在提升性能的同時，一輛汽車所裝配的芯片數量也在增加。芯片要和芯片對話才能發揮其功能。以后，汽車上安裝的芯片會越來越多。

所以，即使馬來西亞的芯片工廠恢復到最大產能，即使中國臺灣和中國內地開設更多的芯片工廠，未來若干年內，恐怕汽車芯片的主旋律依然是提升性能和開拓更多專業領域，就摩爾定律來說，主要將會表現為性能的倍增，而不是價格的倍減。價格回落這種情況，或許要等到一些年后才能發生。

2021年9月初，在美國的汽車芯片大宗交易中出現了漲價十倍的現象。一些輿論認為，這是因為自2020年12月起,汽車芯片產能下降，而全球汽車生產復蘇，導致芯片價格漲勢不止。這或許只是事實的一部分。今后，擺在無數車企面前的主要矛盾，將不是芯片的產能和價格，而是汽車車型不斷創新的大環境中，新型汽車對芯片的需求量更大、品質要求更高。這種情況在相當長時間里將使得芯片需求壓力不會緩解，反而可能產生出一個個新的產業子部門，并且細化、分化。

一家有遠見的公司的選擇可以佐證這一點：這就是為什么華為在手機業務被打壓之后，選擇轉向汽車自動駕駛。

華為為何進軍自動駕駛

到2021年8月，華為受到美國的打壓已經有兩年多了。

一開始，華為只是被限制購買美國芯片。隨后，美國的制裁不斷升級，只要是產品中含有美國技術，不管生產和交易是不是發生在美國，只要是跟美國打交道的企業，都不能為華為及華為的關聯公司提供芯片、部件和設備。

這個措施幾乎完全切斷了華為的芯片供應，讓華為面臨死局。華為供應鏈上的企業也受到牽連。華為受打壓事件發生之后，我國開始對芯片產業大規模投入。在2020年8月，國務院印發《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策》中明確提到，中國芯片自給率要在2025年要達到70%。

極狐阿爾法S華為HI版汽車，其華為自動駕駛的AI水平完全超越其主要競爭對手waymo、mobileye、英偉達，乃至特斯拉。

在當時，估算這個數據時，主要還是以手機等常用設備為目標范圍。在那之后，產業格局風云突變。以華為自身為例，手機業務依然存在，但是新的業務突破口已經被定位在手機業務之外。

汽車自動駕駛，就是華為的一個重要的新業務領域。以華為的格局和風格，選擇進入這個領域，這個領域一定足夠大，回報足夠高，華為自身占比一定要足夠大。

2021年4月，有自媒體發布了在上海車展上展出的極狐阿爾法S華為HI版汽車的一段行駛視頻。在華為自動駕駛系統控制下，其在復雜的城市路況中自動行駛，完全不需要駕駛員介入，應付自如。很明顯，這并不是輔助駕駛，而是真正的自動駕駛。

從這段視頻來看，華為自動駕駛的AI水平完全超越其主要競爭對手waymo、mobileye、英偉達，乃至特斯拉。汽車AI的主要任務是自動駕駛、數據融合、路徑規劃、圖像以及語義識別。顯然，華為強大的芯片研發能力，在汽車的AI芯片上又取得了重大的突破。華為自動駕駛的進步，反映出當代汽車芯片的發展現狀。

傳統的燃油汽車只需要幾十個芯片，就能全覆蓋一輛整車的生產和制造。但在新能源汽車帶來的智能化和電動化風潮面前，汽車的構造設計主旨已變：芯片需求從幾十個上百個，快速上升到以千為單位。一輛傳統燃油汽車約有70個左右的的電子控制單元——ECU，而新能源汽車ECU數量現在已經達到350個以上，業內預測今后將迅速超過1000。2010年全球芯片供應的統計顯示，用于汽車部件用途的只有3%；2020年的統計則顯示，有13%的芯片產能是面向汽車產業部門采購市場，這個市場的需求數量僅排在手機和計算機之后。汽車的價值，在未來將不再由傳統技術決定，發動機、變速箱、底盤等傳統燃油車部件將退出歷史舞臺。今后的新能源汽車的價值，將由芯片、單片機（MCU）、傳感器，以及更多的各類半導體原件來決定。這決定了今后二手車的估值方式將類似于手機、電腦等電子產品，過時的二手產品殘值將非常低。

在手機、電腦這個領域，華為是真正的老玩家、大玩家。現在的情況是，汽車正在變得電腦化、手機化，所以不是華為轉向了汽車領域，而是汽車在演化的過程中，闖進了華為的傳統地盤。

目前美國對華為的制裁，主要集中在最新、最小的納米制程上，隨著摩爾定律的推進，這個數字正在接近1納米極限及以下的新規格，或將引發新的原材料技術革命。目前，汽車上的芯片大多數還在16nm到65nm范圍內，最新的情況是有廠家在研制7納米制程的汽車主控芯片。但不管怎么說，汽車芯片在算力和納米制程上的要求還是比手機要低一些的，受到美國政策打壓的程度也還不高。

美國白宮在當地時間8月27日表示，并未改變特朗普政府期間實施的限制向中國華為公司出售商品和技術的政策。美國商務部發言人表示：“拜登政府并未放松或調整此前的政策，包括2019年和2020年將華為及其附屬公司列入實體清單所實施的監管限制，也并未調整特朗普政府制定的執行這些限制的政策。”按照之前特朗普政府對華為及其子公司的芯片升級禁令，是允許華為采購車用芯片的。這使得本屆美國政府可以在不放寬前任限制令的條件下，批準美國芯片供應商的許可證申請，讓美國芯片制造廠商能夠正常合法地向華為公司出售汽車零部件的芯片。根據媒體公開報道，這種較低技術要求的芯片，在中國本土也可以生產。或許這才是華為獲得一絲縫隙的原因。這種政策上的縫隙，使得華為得到了一個機會，這個機會不僅意味著能獲得更多汽車芯片，還讓華為得以利用自身優勢，在汽車電子化的過程中，獲得全面領先地位。到2021年年底，華為和北汽合作的極狐阿爾法S將會有1000輛正式面市，這批車的部分主要車機芯片還是在使用儲備的存貨。根據華為內部規劃，2022年面市的5000輛極狐阿爾法S將會有部分采用國產替代芯片，至2023年，將會完全使用國產芯片。對華為來說，當下，車規級單片機芯片已可以進行國產替代；在OLED屏幕驅動芯片上，由中芯國際為華為代工的28nm工藝產品已經進入量產，用于汽車的28nm工藝芯片量產并不會有太大的困難，14nm芯片工藝也在逐漸成熟。

極狐阿爾法S華為HI版汽車，其華為自動駕駛的AI水平完全超越其主要競爭對手waymo、mobileye、英偉達，乃至特斯拉。

今后的汽車需要安裝數以千計的芯片。隨著汽車智能化的提升，這個數字會不斷提高。

華為的優勢是車聯網。在C-V2X以及5G通訊方面，華為的優勢巨大。目前，美國已提出放棄DSRC并轉向C-V2X，這使得我國提出并主推的智能車聯網標準，已經成為了全球車聯網的唯一的國際標準。華為一直注重在制定標準的過程中主動、深度參與。現在，在汽車通訊領域里，屬于華為的時代來了。

這種變化的邏輯根源在于，從前，汽車芯片主要是為汽車輔助功能系統服務的，幫助汽車音響、空調更加便利化并控制成本和更加美觀。現在，全球主要國家和地區，以及全球主要汽車生產廠商，都已經陸續發布了停止研發燃油車發動機和停止生產燃油車的時間表。在新能源汽車上，發動機、變速箱等原有的汽車主要部件已經不存在，芯片主宰了汽車的主要功能系統，包括DC模塊、電機控制系統、電池管理系統、高壓電路等多個主系統。傳統燃油汽車的單片機（MCU）大概占23%，功率半導體占13%；在新能源汽車上，功率半導體的比例大幅上升，已經到了55%，且保持上升趨勢。這就是汽車芯片發展的明確路徑。

然而芯片并不是一切。芯片的運作，尤其是芯片相互之間的協同運作，最重要的是軟件體系。在汽車芯片和汽車操作系統這兩件事上，等待華為開發并且爆發出統治力的空間都很大很大。

一輛汽車將需要8000個芯片

目前，一輛普通汽車上通常安裝有50到150個芯片。芯片在汽車上的應用越來越多，包括駕駛輔助系統和導航控制系統。最大的變化來自于汽車產品整體的智能化趨勢，和新能源汽車的替代趨勢。

未來，一輛普通汽車或許會需要5000個芯片，一臺功能更加豐富的新能源汽車，甚至有可能需要8000個芯片。

戴維（David W. Price）博士和杰伊（Jay Rathert）是KLA-Tencor公司的資深總監。道格拉斯（Douglas Sutherland）是KLA-Tencor公司的首席科學家。過去15年來，他們幾位與世界上50多家主要的汽車芯片制造商保持合作, 幫助這些汽車芯片廠商優化芯片工藝，包括提升汽車可靠性、優化傳統芯片廠成本、降低生產和使用風險，以及制定先進工藝技術生產和投放市場的整體戰略。

這幾位專家在其發布的行業報告中指出：20世紀50年代，汽車制造中所采用的電子產品還不到制造總成本的1%。如今，電子產品的成本已經可以達到總成本的35%，并且預計到2030年將增加到50%。汽車行業電子產品的快速增長主要由以下四個方面驅動：

1. 系統監測和控制（電子燃油噴射、油電混合動力等）

2. 安全系統（防抱死制動，安全氣囊等）

3. 高級駕駛輔助系統（車道偏離警告、停車輔助、盲點監控、自適應巡航控制等）

4. 行車便利（衛星導航、信息娛樂等）

舉個簡單的例子。以前的汽車中控臺上，密密麻麻布置著一個個功能按鈕，每個按鈕都對應一項功能，如開關收音機、控制空調等。而現在很多自動化程度較高的汽車，已經用一個大屏幕，代替了絕大部分功能按鍵，把這些功能整合起來的，是大屏幕后面的主控芯片。這塊芯片通過線路連接到汽車的各部分，這些部分也大都安裝有專門的芯片，來完成主控芯片給出的操作指令。這些部件本身早在多年前就已經轉向實現電子化、智能化，比如自動導航、燃油噴射系統的操控、空調可以獨立完成溫度控制和開啟關閉、收音機可以獨立完成網絡搜索、收音機頻段搜索和內容播放以及調節音量和關閉等功能。

今后，汽車各部件的智能化程度會越來越高。將來的汽車不僅是一部可以進行人機對話的設備，這個設備內部的各個部件也是可以和主控芯片進行對話的。這些都需要芯片。

今后，半導體部件將越來越成為汽車用電子產品總成的核心，今后的汽車可能需要8000個芯片。

按照戴維和杰伊等專家的說法，今后，半導體部件將越來越成為汽車用電子產品總成的核心，今后的汽車可能需要8000個芯片。由于自動駕駛汽車逐漸成為全社會的共同選擇，這個數字還會增加。無人駕駛汽車上安裝更多的傳感器，也就需要更多的電子子系統來支持其運轉和協同工作。所有的傳感器、雷達和人工智能部分，都需要穩定、高性能的芯片。

目前世界上的汽車和輕型卡車的年產量是8800多萬輛。今后，這些汽車中的每一輛，都需要安裝數千個芯片。這意味著汽車行業今后對芯片的需求將不遜色于手機產業。

與手機相比，汽車芯片最大的區別在于，其安裝的數千個芯片每一個都要確保萬無一失，不能發生質量問題。汽車芯片的可靠性事關生死，在行駛中出現的任何故障，都可能導致重大事故。其保修或產品召回將變得十分昂貴,汽車制造商的品牌形象將與芯片質量緊密聯系在一起。

按照一輛普通的小轎車中安裝有5000個芯片計算，汽車廠商每天生產2.5萬輛汽車，即使是百萬分之一的芯片故障率，也會導致每天超過125輛汽車因為芯片質量出現可靠性問題。這是完全不能接受的。

所以現在的汽車芯片緊缺，在很大程度上是芯片行業在改進性能的同時，還面臨了工藝可靠性的瓶頸。只有徹底解決這個問題，才能同時解決產量產能、價格和性能升級問題。

在攻關階段，成本上升導致的價格上升是可以預期的。2019年平均每輛車電子芯片價值約600美元到700美元；現在，業內預估到2024年，車機芯片價格有望超過800美元、甚至突破1000美元。

技術縱深是長期影響因素

據媒體報道：進入2021年8月后，通用汽車宣布因受全球芯片短缺影響，關停負責生產雪佛蘭Bolt EV和Bolt EUV的工廠；豐田也因受零部件供應不足影響，在9月削減40%的汽車產量。此前，大眾也傳出類似消息。全球三大主要汽車廠商都面臨芯片荒，可見問題已經很嚴重了。

很多業內人士將此歸因于東南亞疫情。

今年6月，被稱為全球芯片“中轉站”的馬來西亞就實施了嚴格的全國封鎖政策，其重要的芯片封測環節大量停工，半導體供應鏈也一度受到影響。

今年6月，被稱為全球芯片“中轉站”的馬來西亞就實施了嚴格的全國封鎖政策，其重要的芯片封測環節大量停工，半導體供應鏈也一度受到影響。馬來西亞是很多半導體企業的供應商和工廠的所在地，為歐洲的意法、英飛凌等半導體制造商，以及豐田汽車、福特汽車等主要汽車制造商提供服務。這種短缺不僅包括汽車，也包括了工業機械。有媒體報道稱，馬來西亞某芯片工廠有3000名員工感染新冠病毒，20人因病死亡。2021年8月17月，博世中國副總裁徐大全發布信息稱，受馬來西亞疫情影響，某半導體芯片供應商位于馬來西亞麻坡的工廠被當地政府關閉至8月21日，導致8月后將無法供貨。與此同時，越南胡志明市自8月23日起提高防疫措施的強度，禁止民眾出門，直到9月15日。而英特爾、三星等企業均在越南設有芯片制造企業或代工廠。

芯片制造商羅姆（ROHM）預測，芯片荒將延續到明年年底。

與技術進步和產業升級這些因素相比，盡管影響以年計，導致芯片價格波動的疫情因素仍然可以被看作短期因素。針對這種短期變動，我國的國家市場監督管理總局已經發文要求，針對汽車芯片市場哄抬炒作、價格高企等突出問題，根據價格監測和舉報線索，將對涉嫌哄抬價格的汽車芯片經銷企業立案調查。市場監管總局表示，下一步將持續關注芯片等重要商品市場價格秩序，進一步加大監管執法力度，嚴厲查處囤積居奇、哄抬價格、串通漲價等違法行為。

影響汽車芯片需求的長期因素，還是要歸結到科技進步的代際更迭上。人類使用內燃機已超過百年，進入信息化社會已有數十年。在全球主要國家都已經簽署了保護環境的巴黎氣候協定之后，全球主要汽車生產廠商停產內燃機汽車已經有了相當明確并且緊迫的時間表。汽車產業不可能固守化石燃料，拒絕進入電氣化和信息化時代。屬于芯片汽車的時代必將到來，眼下對汽車芯片的炒作只能是暫時的，而行業性的需求增長將是長久的。

2021年4月30日，工信部發布了第343批《道路機動車輛生產企業及產品公告》，零跑汽車在公告中作為被許可的整車生產企業發布。作為技術人出身的零跑科技創始人、董事長兼CEO朱江明，隨即發出“三年內在自動駕駛技術領域趕超特斯拉”的呼聲。與許多造車新勢力企業不一樣的是，零跑是布局完整汽車研發全產業鏈的少數派廠商，從三電、芯片到工業配件都有涉足。在《新程序員·新數據庫時代&軟件定義汽車》中，零跑汽車創始人朱江明表示：在2017年、2018年前后，車載芯片比較成熟的品牌只有Mobileye，但Mobileye是打包式銷售，把算力和算法進行打包，然后將一個結果輸出給你。這一模式造成的結果就是，對國內汽車廠商來說，Mobileye的水平就代表了你的水平，沒有任何更改的可能。

影響汽車芯片需求的長期因素，還是要歸結到科技進步的代差更迭上。

在這種局面下，朱江明的團隊用兩年的時間完成了自有芯片的研發。朱還表示：汽車芯片的生產有3個特點，這些特點也決定了汽車芯片今后獨有的發展規律：

產能消耗大。一款新能源汽車需要的芯片數量相當于5輛傳統車的芯片安裝量。目前全球新能源汽車的實際數量約400萬輛，如果折算成傳統燃油車的需求量，相當于2000萬輛之多。這直接引發了芯片近期的短缺漲價。

安全要求高。由于車規級芯片的安全認證等各個方面周期較長，原本生產其他類型芯片的廠家轉產車用芯片一時之間難以完成認證。所以至少在今后2 到3年的時間里，從新能源到燃油汽車，都會處于缺芯片的狀態。

行業制高點被外國廠商占據。高通、英偉達兩家芯片廠商都已經建立技術縱深，其專門做ADAS（高級駕駛輔助系統）的團隊已經設計出可滿足高端自動駕駛的芯片，但采取的市場策略是從低端的L2級別芯片開始逐步投放市場。中國企業在輔助駕駛層面的芯片研究，會面臨他們的降維打擊，只有花大力氣直接攻占技術高地，才能避免低端產品推出即被扼殺的被動局面。