刘卫红

摘 要：随着汽车电子技术的进步，汽车智能化程度正大幅提高。车联网、自动驾驶、新能源汽车等新技术对智能汽车功能应用和芯片的需求迅速扩大，国内芯片市场需求猛增，但是国内汽车芯片研发水平满足不了市场需求，中国汽车芯片严重依赖进口。本文立足于汽车芯片产业整体情况，着重分析了传感、通信、导航、处理、控制等智能汽车关键芯片技术的发展现状和趋势， 指明智能汽车芯片发展方向，并提出了一些具体对策，为我国智能制造背景下汽车产业转型升级、智能汽车芯片技术产业发展提供策略建议。

关键词：智能汽车;芯片;产业转型;对策

一、引言

集成电路 （IC） 产业是信息技术产业的核心， 是国家重要的基础性、先导性和战略性产业， IC技术也是当前智能制造亟需突破的关键共性技术。从千亿基金扶持计划到《中国制造2025》， 中国IC产业面臨前所未有的发展机遇。目前全球IC产业进入深度调整的转折期， 传统个人电脑业务进一步萎缩， 智能终端市场增速放缓， 智能汽车等新兴应用成为驱动IC发展的重要力量。智能汽车是车联网、自动驾驶、新能源技术融合的综合系统， 集环境感知、智能决策、控制执行等功能于一体， 集中运用了传感、通信、导航、处理、控制以及新能源等技术。多功能的实现需要借助多种类多数量的芯片， 一辆燃油车大概有800-1000颗芯片，而一辆新能源车会有1500-2000颗芯片。

二、汽车芯片产业整体情况

（一）产业规模

汽车芯片引领全球半导体芯片市场增长。据ICVTank数据显示，2019年全球汽车芯片市场规模达465亿美元，同比增长11%。受全球新冠疫情的影响，在汽车销量下滑冲击下，2020年全球汽车芯片市场规模有小幅下滑，预计规模为460亿美元。

IHSMarkit预测，2026年汽车芯片收入将增长到676亿美元。

2010年以来增速一直优于同期全球芯片市场的表现。与消费类电子、工业电子和军事/民用航空电子等领域相比， 汽车电子是半导体芯片市场成长最快应用领域[1]。汽车芯片产业发展态势相对强劲和平稳， 一方面由于汽车日益增加的智能化、网联化功能， 平均每辆汽车的芯片成本达到350美元， 另一方面是汽车芯片产品研发设计与量产供货周期较长， 汽车产业对芯片需求相比其他产业较为稳定。

我国汽车芯片严重依赖进口， 据统计，2020年我国自主汽车芯片产业规模约占全球的4.5%，90%以上的汽车芯片依赖进口。汽车芯片目前是跨国企业占据市场主导，例如，自动驾驶芯片主要被英伟达和英特尔垄断，智能座舱芯片，主要来自高通、英伟达、恩智浦等企业[2]。国内汽车芯片产业规模小、技术水平低， 发展严重滞后于整车产业。

与此同时，目前我国汽车芯片需求仍然持续增长， 汽车产量和汽车半导体成分是两个主要因素。2021年我国汽车产量超2600万辆， 全球占比稳步升高。汽车半导体成分方面， IHS数据显示， 我国目前每辆汽车半导体成分约为235美元， 远低于日本、美国、欧洲水平。随着国内汽车产量的增长， 汽车智能化网联化功能的增加以及新能源汽车的普及， 我国汽车芯片需求仍将持续增长。

（二）产业特征

汽车芯片产业有两个主要特征， 一是与汽车电子产业链上下游间耦合程度高， 二是产业呈现集成器件制造 （IDM：Integrated Device Manufacturers） 集中化发展态势。

汽车芯片与汽车电子产业链上下游间耦合度高。整车是汽车电子零部件的终端， 整车的竞争力主要取决于汽车电子零部件。虽然汽车核心技术更多掌握在上游汽车芯片厂商手中， 但是汽车芯片技术落地需要中下游汽车电子厂商、整车厂的支持。汽车芯片需要通过严苛的车规级认证标准 （可靠性标准AEC-Q100， 质量管理标准ISO/TS 16949和功能安全标准ISO 26262） 方能打入整车厂供应链。高安全与可靠性标准、十年以上的供货周期、与中下游零部件厂商和整车厂长久的合作关系是目前汽车芯片形成垄断的主要原因。

汽车芯片产业呈现IDM集中化发展态势。全球前25大汽车芯片厂商有23家采用IDM模式 （除迈来芯和英伟达） 。汽车芯片偏重安全性， 对温度、质量、使用寿命和可靠性要求较高， 行业标准严苛， 其专用工艺通常难以外包， 分工模式难以替代。同时国际巨头兼并重组正在加速， 汽车芯片产业集中度进一步提高。汽车芯片厂商通过并购形成规模效应降低运营成本 （如微芯收购Atmel改变MCU市场竞争格局） ， 迅速获取技术和产品实现互补 （如恩智浦并购飞思卡尔增强处理和控制芯片技术能力） 。汽车芯片的强大需求也促使高通、英特尔等传统芯片巨头加快布局。高通2016年10月宣布以470亿美元收购全球最大汽车芯片制造商恩智浦， 这是半导体史上规模最大的并购案例， 奠定高通在汽车电子领域的地位。

三、智能汽车关键芯片技术

目前， 对智能汽车的研究主要致力于提高汽车的互联互通、安全性和能效。车联网和自动驾驶正在加速传感、通信、导航、处理、控制等汽车芯片在通讯娱乐系统和高级驾驶辅助系统 （ADAS） 中的广泛应用。此外， 面对环境保护以及石化燃料不可再生的压力， 新能源将是汽车产业发展的趋势， 电源管理芯片和功率器件技术将直接影响汽车的行驶性能， 续航能力和安全系数。

智能汽车主要通过环境感知、定位测绘、认知规划和控制执行等模块实现智能化。环境感知主要采用摄像头以及超声波、毫米波、激光雷达等多种传感器技术。定位测绘采用V2X通信和导航芯片进行定位和地图构建。认知规划的核心是算法和处理芯片。控制执行主要采用电源管理芯片和功率器件技术提高电气化程度。下面重点分析传感、通信、导航、处理、控制芯片技术产业发展趋势。

（一）传感器技术

汽车电子创新应用带动传感器技术发展和融合。自适应巡航、车道保持、自动泊车、高速领航等汽车电子的创新发展对传感器的需求十分巨大， 推动摄像头以及超声波、激光、毫米波雷达等传感器技术产业的发展。摄像头主要应用于单目、立体、环视等， 成本适中， 但受视野范围影响;超声波受天气影响大， 探测距离短， 多用于倒车保护;毫米波雷达具有体积小、分辨率高和穿透烟雾的能力强等优点， 但探测距离受波长制约， 无法感知行人， 探测精度低;激光雷达探测范围广， 探测精度高， 但在雨雪雾天气下性能较差， 价格昂贵。不同传感器相互协作和补充， 未来的趋势将是多传感器技术的融合。

汽车传感器产业集中度高， 我国与国外差距较大。目前全球汽车传感器90%市场份额被博世，大陆、德尔福、电装等厂商垄断， Velodyne、Quanergy和Ibeo在激光雷达技术上优势显著。我国汽车传感器整体技术水平较低， 普遍存在准确度低、分解能力差、信号精度不高、抗干扰性弱等问题。近年来， 一些传统军工传感器厂商开始进入民用市场， 纳雷科技、厦门意行、沈阳承泰、行易道等企业的毫米波雷达技术逐渐成熟， 北科天绘、中海达、巨星科技、大族激光正逐步进入激光雷达行业。我国汽车传感器与国外同类产品相比， 技术水平相差较大， 高端产品严重依赖进口， 厂商缺乏与整车厂和科研机构的合作。

（二）通信芯片

车联网推动汽车通信芯片向5G演进， LTE-V技术后发优势显著。随着汽车通信娱乐和高质量视频传输需求的提升， 汽车通信芯片开始向5G演进。目前车联网V2X通信技术有DSRC与LTE-V两大路线：DSRC发展较早技术较成熟， 缺点是路边设施投入大， 技术演进不明;LTE-V包括集中式和分布式两种技术， 可共用4G网络覆盖不同应用场景， 信道宽， 同步性好， 缺点是标准未定， 市场验证不足。不同技术阵营的芯片厂商相互竞争。恩智浦主推DSRC技术， 目前已量产有V2V和V2I功能的Road LINK芯片组并向德尔福供货。高通主推LTE-V和5G标准， 目前已推出千兆级调制解调器， 在470亿美元收购恩智浦后， 高通成为车联网通信芯片技术的龙头。

我国大唐等企业通过参与LTE-V标准制定积极布局汽车通信芯片。大唐联芯2016年推出业界首款芯片级LTE-V预商用产品。目前， 国内汽车通信芯片主要面临产业、技术和发展模式三种层面的挑战。产业层面， 通信芯片厂商与整车厂、零部件厂商之间未形成完整的产业链。技术层面， 国内企业技术积累不足， 技术标准滞后且不统一， 关键技术研发滞后。发展模式上， 车企各自为政相互封闭， 汽车通信芯片很难实现规模效应。

（三）导航芯片

导航芯片向单芯片化、多模化发展， 与无线、传感等技术融合创新。集成射频和基带的单芯片可以提高导航产品的性能和可靠性， 降低体积、功耗和成本， 多模导航芯片可提高导航定位精度和抗干扰能力。此外导航芯片还与无线、传感芯片广泛集成， 不仅降低功耗和成本， 还可改善定位速度， 提升用户体验。ABI数据显示， 高通、博通 （已被Avago收购） 、u-blox、联发科和意法半导体五家企业约占导航芯片市场份额的90%， 其中高通和博通处于第一梯队， 两家公司分别提供定位技术平台Izat和HULA， 在各种应用场景下实现精准定位。

国产导航芯片已掌握核心技术自主知识产权， 部分产品通过车规级可靠性认证。和芯星通的蜂鸟UC220芯片采用完全自主知识产权技术， 兼容多模导航系统， 是国内首个符合AEC-Q100测试验证的车载芯片。北伽导航的航芯一号是国内首颗40 nm工艺射频基带一体化的So C芯片， 集成度高成本低。我国导航芯片发展目前仍面临北斗芯片技术优势未见发挥， 应用市场发展不均衡等挑战。一方面北斗双向通信成本高便携难， 而单向通信成本优势不明显。另一方面北斗导航基带、射频芯片主要应用于移动终端， 车载市场占比较低。

（四）处理芯片

自动驾驶推动处理芯片计算和安全性能不断提升， 异构计算和人工智能技术日趋成熟。处理芯片是汽车信息通信、管理和控制的核心。在自动驾驶最高级别下， 处理芯片需要实时处理360度传感和高精度环境数据， 达到最为严格的车规安全等级。Mobileye处理芯片从Eye Q1发展到Eye Q4， 计算性能提高384倍， 安全等级不断提升。目前异构多核并行处理和人工智能等技术应用有助于提升汽车处理芯片性能。恩智浦S32V芯片和德州仪器TDA2x/3x处理器均采用异构多核技术加速处理传感器的数据融合。而基于人工智能的机器视觉技术目前在自动驾驶领域发展迅速， 面向通用计算的GPU已成为加速并行应用的重要手段， 目前英伟达、AMD等公司都在不断推进对GPU大规模并行架構的支持。

国内算法类公司在ADAS和泊车算法方面竞争力较强， 有望实现处理芯片本土化。Momenta，智驾科技，纵目等公司机器视觉算法技术可基本实现量产。黑芝麻智能的大算力芯片解决方案也有望量产落地。国内在智能汽车研发产业链中， 主要集中于顶层控制算法的设计， 黑芝麻和芯驰在智能驾驶和驾舱方面芯片开发能力将填补国内核心芯片技术空心化的空白。

（五）控制芯片

智能汽车多样化应用需求推动控制芯片 （MCU） 的数据宽度、计算能力、接口能力、安全性能不断提升。数据宽度方面， 随着工艺技术的进步和汽车电子功能的扩展， 32位MCU被大量应用于动力传动、车身控制等领域， 约占60%市场份额;计算能力方面， MCU近十年计算性能提升20倍;接口能力方面， 汽车电子新的功能应用如启停、燃油直喷等， 要求MCU有更多接口支持不同通信方式如以太网、CAN等;安全性能方面， MCU通常采用硬件安全模块不断提升汽车安全性。汽车MCU市场目前主要为欧美日厂商垄断， 前五家供应商瑞萨、恩智浦、德州仪器、意法半导体、英飞凌市场占比达到85%。

目前国产汽车MCU主要面临两方面挑战。一是国产32位MCU严重缺失， 市场规模较小， 自身优势不明显， 产品差异性不足。二是国产MCU可靠和安全性不足， 无法面向汽车领域应用。

四、我国智能汽车芯片发展方向和策略建议

整体上看， 我国汽车芯片市场庞大， 目前国内正在大力推进集成电路国产化， 发展前景广阔， 但是由于研发能力和产业链基础薄弱， 汽车芯片严重依赖进口， 加上国际并购整合风起云涌， 地域竞争加剧， 发展壁垒亟待突破。车联网、智能驾驶、新能源汽车为国内芯片发展提供充足空间。

我国智能汽车芯片的发展需要从技术、政策和产业上共同推进。

技术方面， 要积极投入芯片研发， 提升可靠安全性能。提前布局V2X车载通信芯片， 着力突破32位MCU和ADAS处理器， 提高导航芯片的精度和可靠性， 提升汽车电源管理芯片制造能力， 加强传感器和功率器件的技术研发。对于智能驾驶大算力车规芯片，其架构所需的关键技术涉及到先进封装，大型异构，安全机制，核心IP，隔离技术，多芯片高速、低延时互联架构技术等都亟待需要突破解决。

政策方面， 要贯彻国家扶持推进政策， 引进消化吸收创新。通过重大专项和政策补贴引导智能汽车芯片技术研发， 调动国内芯片企业研发积极性。通过投资基金和产业资本和科创板推动国产芯片的持续投入， 同时培育自主芯片龙头企业。值得强调的是半导体芯片是高投入集约化发展模式的产业，但国内目前还存在低水平重复建设，各地针对芯片项目纷纷追热点招揽争抢，导致资金、人才等创新资源分散，不利于形成合力进行高水平、规模化的国产替代，需要通過顶层设计进行科学有效的统筹和布局。

产业方面， 一方面要加强产业整合联动， 实现协同创新模式。要紧密结合整车和零部件企业开发芯片技术， 整合国内设计—制造—封测各环节优势企业采用虚拟IDM模式聚焦汽车芯片发展， 产学研联动推动汽车芯片技术创新。另一方面要增强国内汽车芯片产业链供应链自主可控能力。汽车芯片产业链的供应安全不能简单的依靠国际企业，更需要按照自主可控的思路，将核心技术掌握在自己手里，部分技术跟可以信赖的合作伙伴共享共用，这样产业发展才能有稳定的保障[3]。国内品牌车企，尤其新能源车企，应从战略前瞻的角度出发，敢于采用国产汽车芯片、主动推进供应链替代进程，对性能可对标国际品牌的本土产品给予上车试用或量产准入。同时大力发展能适配国产自研芯片和保障本土供应的中间件、操作系统等软件工具，建设软硬结合的本土产业生态。

五、结语

汽车制造业是我国经济发展的第二大支柱产业，对工业发展做出了巨大贡献，在电动化、网联化、智能化的发展趋势下，汽车正从单纯的交通工具向移动智能终端、储能空间和数字空间转变，对关键芯片的需求越来越大。但是我国汽车芯片目前还是重度依赖于外国进口，这对我国汽车行业的智能发展造成了严重的限制。为了解决我国汽车行业芯片卡脖子问题，中国涌现了一批以黑芝麻，芯驰，地平线为代表的研发企业自主创新研发汽车芯片，并取得了一些突破性的进展。因此虽然国内汽车芯片企业的水平尚与国际水平存在差距，但是相信在政府和企业的通力合作下，依托于前景广阔的中国芯片市场，我国汽车芯片企业一定能逐步克服困难，创造出高水平的“中国芯”。

参考文献：

[1]汽车产业应用成为IC市场成长最快领域.http：//blog.sina.com

[2]张颖.突破缺芯困境 需大力发展汽车芯片产业链[J].汽车与配件，2021，（10）：4.

[3]刘通.芯片自由：把关键技术掌握在自己手中[J].汽车纵横，2021，（07）：86-91.