中电科刘伦才：面向“新四化”的汽车芯片发展思考
时间: 2023-12-13 22:00
来源: 2023芯片大会
作者: editor
2023年12月5日-6日，由中国汽车工业协会和中国电子科技集团有限公司共同主办的“2023全球汽车芯片创新大会暨第二届中国汽车芯片高峰论坛”在无锡举办。本届芯片大会以“共享中国机遇•共谋创新发展•共赢产业未来”为主题，设置了“1场高层峰会、1场主旨论坛、4场主题论坛”共6场会议。其中，在12月6日上午举办的“主旨论坛”上，中电科汽车芯片技术发展研究中心主任刘伦才发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
尊敬的各位领导、专家和来宾，很高兴有机会在这里和大家探讨汽车芯片的话题，分享汽车“新四化”趋势加速演进背景下，我对汽车芯片发展的思考，希望我的演讲能够起到“抛砖引玉”的作用，给大家提供一些参考。
我的演讲分为三个部分，分别是“汽车芯片产业面临深刻变革”、“新四化”带来芯片新需求”、“汽车芯片的发展机会与思考”。
第一部分：“汽车芯片产业面临深刻变革”
新能源汽车是本轮能源变革的关键产业，中国电动车产业及产业链发展迅速。全球电动车比例预计到2026年将比2022年增长260%，国产电动车占全球接近50%，相应产业链也逐步在中国聚集，国内在清洁能源的高投入也会督促电动汽车高速发展，进一步凸显了芯片的重要性。
国际汽车芯片供应紧张态势有所缓解，2022年汽车芯片11%的增速明显高于半导体行业平均增速，这得益于中国市场的强劲需求，使供需关系在紧张状态中达到基本平衡水平。
在供需状况方面，不同类型芯片供需情况分化、松紧情况不一。以汽车和工业应用芯片为代表，模拟芯片、高端MCU应用占比40%以上，供应目前仍然不平衡，主要是由于汽车和工业领域质量要求高、周期长、行业门槛高、IDM模式企业供应为主导等原因，优势企业的垄断形势依然存在。
汽车电子电气化架构演变，推进芯片功能和性能的转变。硬件架构从“传统分布式”朝着“跨域融合”、“以车辆为中心的”“集中式、轻量精简、可拓展”的方向转变，逐渐形成以电动化、网联化、智能化和共享化为特征的“新四化”演进趋势，芯片规格和形态均面临新的机会和挑战。
汽车“新四化”的提出加速了芯片需求，汽车内半导体数量大幅提升。电动化需要功率半导体，智能化依托传感和计算，而信息互联和多域融合将推进汽车网联化和共享化。汽车用芯片数量也从传统燃油车的数百颗提高到新能源车的约1500颗，单车芯片价值超过1000美元，实现了芯片的量价齐升。
就汽车智能化不断提升而言，“感知”层面，毫米波、激光、超声、卫星导航、加速度计、陀螺、车联网推动汽车感的维度和空间不断提升；“决策”层面，人工智能算法框架和高算力AI芯片推动汽车智能决策与自主化能力不断强化；“执行”层面，EPS、ESC、IPC、电机驱动作为智能决策信息的执行器，实现从感知到执行的闭环控制。
第二部分：“新四化”带来芯片新需求
在汽车电动化时代，功率半导体支撑“三电”系统转型升级。电动车半导体含量约为燃油车的两倍，智能车半导体含量为传统汽车的3-5倍，而SiC则是典型的新能源汽车对于半导体的全新需求。传统动力系统向电机和电控系统转换的过程中，功率半导体的比例从21%提升至55%，“三电”系统更加关注效率、功率密度和成本，电源系统包含低压12V、48V和高压400V、800V的多种电压体系，芯片含量不断提升。
中国电科在 SiC 功率器件方面，拥有从设计、制造、封装、测试全流程能力，覆盖750V-1200V SiC MOSFET车规级器件，累计销量超2000万颗，配套新能源车超过300万辆，200V～1700V Si功率FRED器件全覆盖，一年来供货超过6500万只，荣获车企颁发的“优秀供应商”称号。
在汽车智能化方面，智能传感器与多传感器信息融合支撑感知，未来L5级智能驾驶系统的传感器将达到30颗以上，智能化程度与传感器数量成正相关，并配合计算平台、算法和执行，全车智能化程度不断增强。
中国电科的惯性器件，已实现百万级上车，安全气囊用加速度传感器实现量产，压力芯片订单超过300万颗，获得车企颁发的“优秀供应商”称号。
网联化方面，智能计算算力提升推动了智能座舱和自动驾驶高速发展,并将进一步融合云计算，无论是自动驾驶还是智能座舱领域，功能集中已然成为行业发展的必然趋势。
在“新四化”的推动下，汽车芯片的制造工艺呈现显著的多样化特性。晶圆尺寸覆盖4～12吋，材料覆盖Si、SiC、GaN，半导体器件类型覆盖光电、信号处理、传感、功率驱动，特征尺寸覆盖6μm～5nm，工艺类型覆盖BJT、CMOS、BiCMOS、BCD、MEMS、CIS、GaAs、SiC、IGBT，处理的信号范围覆盖kHz～77GHz，封装形式有2D、2.5D、3D。
中国电科拥有5吋、6吋、 8吋芯片工艺线9条，产品涉及模拟类、功率类、新型传感器类芯片，多条工艺线均已通过了IATF16949的认证。已有100余款芯片量产销售，3类7款产品入围《汽车电子创新产品目录（2022）》、4类8款产品入围《长三角汽车电子芯片产品手册》，持续提升影响力。同时布局6大类汽车电子系统，年销量达600万套，以汽车电子系统应用牵引汽车芯片上车应用。
第三部分：汽车芯片的发展机会与思考
汽车芯片联合定义推动芯片和零部件研发新模式。针对通用芯片，统型优化，IDM模式为主研发；专用芯片方面深入贯彻“V-model”研发模式，探索敏捷研发模式，与主机厂紧密写作，与用户联合梳理应用工况，做到功能替代为主、原位替代为辅、面向体系定义为终极目标，成为“全场景”芯片产品与技术方案提供者。
动力系统升级引发功率材料和器件新选择。第三代半导体在车上已批量化应用，800V高压平台将迎来规模上车，抓住中国巨大的新能源汽车市场机遇，第三代半导体发展大有可为。
成熟工艺与先进架构的融合可以有力推进系统集成产品的新形态。除车用AI芯片和座舱SoC外，车规级芯片一般采用28nm以上成熟工艺，72%的车载芯片工艺特征尺寸在90nm及以上，而国内SOI BCD、高性能SiGe等特色工艺差距显著，加强特色工艺投入和IDM模式建设非常紧迫。IP复用、Chiplet集成将推动汽车芯片敏捷开发和架构变革。特色工艺与Chiplet技术融合也许是汽车芯片技术发展的新技术方向。
市场导向与政策匹配联合打造供应新能力。封闭的系统难以推动产业的高效发展，汽车芯片产业链建设需要开放合作，需要市场导向牵引芯片产品体系建设，呼吁政策引导下的车厂对Tier1和Tier2正向牵引，促进芯片-零部件同步开发，摆脱“芯片质量不高-车企不敢批量使用-芯片改进提升慢”的低水平循环,逐步进入“车企给机会-芯片强能力-装车快迭代-规模降成本”的良性循环之中。加大创新联合体建设，联合引进和培养人才，互动加强系统应用-芯片定义-同步研发协同，联合打造高质量汽车芯片产业链。
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2023年12月5日-6日，由中国汽车工业协会和中国电子科技集团有限公司共同主办的“2023全球汽车芯片创新大会暨第二届中国汽车芯片高峰论坛”在无锡举办。本届芯片大会以“共享中国机遇•共谋创新发展•共赢产业未来”为主题，设置了“1场高层峰会、1场主旨论坛、4场主题论坛”共6场会议。其中，在12月6日上午举办的“主旨论坛”上，中电科汽车芯片技术发展研究中心主任刘伦才发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
尊敬的各位领导、专家和来宾，很高兴有机会在这里和大家探讨汽车芯片的话题，分享汽车“新四化”趋势加速演进背景下，我对汽车芯片发展的思考，希望我的演讲能够起到“抛砖引玉”的作用，给大家提供一些参考。
我的演讲分为三个部分，分别是“汽车芯片产业面临深刻变革”、“新四化”带来芯片新需求”、“汽车芯片的发展机会与思考”。
第一部分：“汽车芯片产业面临深刻变革”
新能源汽车是本轮能源变革的关键产业，中国电动车产业及产业链发展迅速。全球电动车比例预计到2026年将比2022年增长260%，国产电动车占全球接近50%，相应产业链也逐步在中国聚集，国内在清洁能源的高投入也会督促电动汽车高速发展，进一步凸显了芯片的重要性。
国际汽车芯片供应紧张态势有所缓解，2022年汽车芯片11%的增速明显高于半导体行业平均增速，这得益于中国市场的强劲需求，使供需关系在紧张状态中达到基本平衡水平。
在供需状况方面，不同类型芯片供需情况分化、松紧情况不一。以汽车和工业应用芯片为代表，模拟芯片、高端MCU应用占比40%以上，供应目前仍然不平衡，主要是由于汽车和工业领域质量要求高、周期长、行业门槛高、IDM模式企业供应为主导等原因，优势企业的垄断形势依然存在。
汽车电子电气化架构演变，推进芯片功能和性能的转变。硬件架构从“传统分布式”朝着“跨域融合”、“以车辆为中心的”“集中式、轻量精简、可拓展”的方向转变，逐渐形成以电动化、网联化、智能化和共享化为特征的“新四化”演进趋势，芯片规格和形态均面临新的机会和挑战。
汽车“新四化”的提出加速了芯片需求，汽车内半导体数量大幅提升。电动化需要功率半导体，智能化依托传感和计算，而信息互联和多域融合将推进汽车网联化和共享化。汽车用芯片数量也从传统燃油车的数百颗提高到新能源车的约1500颗，单车芯片价值超过1000美元，实现了芯片的量价齐升。
就汽车智能化不断提升而言，“感知”层面，毫米波、激光、超声、卫星导航、加速度计、陀螺、车联网推动汽车感的维度和空间不断提升；“决策”层面，人工智能算法框架和高算力AI芯片推动汽车智能决策与自主化能力不断强化；“执行”层面，EPS、ESC、IPC、电机驱动作为智能决策信息的执行器，实现从感知到执行的闭环控制。
第二部分：“新四化”带来芯片新需求
在汽车电动化时代，功率半导体支撑“三电”系统转型升级。电动车半导体含量约为燃油车的两倍，智能车半导体含量为传统汽车的3-5倍，而SiC则是典型的新能源汽车对于半导体的全新需求。传统动力系统向电机和电控系统转换的过程中，功率半导体的比例从21%提升至55%，“三电”系统更加关注效率、功率密度和成本，电源系统包含低压12V、48V和高压400V、800V的多种电压体系，芯片含量不断提升。
中国电科在 SiC 功率器件方面，拥有从设计、制造、封装、测试全流程能力，覆盖750V-1200V SiC MOSFET车规级器件，累计销量超2000万颗，配套新能源车超过300万辆，200V～1700V Si功率FRED器件全覆盖，一年来供货超过6500万只，荣获车企颁发的“优秀供应商”称号。
在汽车智能化方面，智能传感器与多传感器信息融合支撑感知，未来L5级智能驾驶系统的传感器将达到30颗以上，智能化程度与传感器数量成正相关，并配合计算平台、算法和执行，全车智能化程度不断增强。
中国电科的惯性器件，已实现百万级上车，安全气囊用加速度传感器实现量产，压力芯片订单超过300万颗，获得车企颁发的“优秀供应商”称号。
网联化方面，智能计算算力提升推动了智能座舱和自动驾驶高速发展,并将进一步融合云计算，无论是自动驾驶还是智能座舱领域，功能集中已然成为行业发展的必然趋势。
在“新四化”的推动下，汽车芯片的制造工艺呈现显著的多样化特性。晶圆尺寸覆盖4～12吋，材料覆盖Si、SiC、GaN，半导体器件类型覆盖光电、信号处理、传感、功率驱动，特征尺寸覆盖6μm～5nm，工艺类型覆盖BJT、CMOS、BiCMOS、BCD、MEMS、CIS、GaAs、SiC、IGBT，处理的信号范围覆盖kHz～77GHz，封装形式有2D、2.5D、3D。
中国电科拥有5吋、6吋、 8吋芯片工艺线9条，产品涉及模拟类、功率类、新型传感器类芯片，多条工艺线均已通过了IATF16949的认证。已有100余款芯片量产销售，3类7款产品入围《汽车电子创新产品目录（2022）》、4类8款产品入围《长三角汽车电子芯片产品手册》，持续提升影响力。同时布局6大类汽车电子系统，年销量达600万套，以汽车电子系统应用牵引汽车芯片上车应用。
第三部分：汽车芯片的发展机会与思考
汽车芯片联合定义推动芯片和零部件研发新模式。针对通用芯片，统型优化，IDM模式为主研发；专用芯片方面深入贯彻“V-model”研发模式，探索敏捷研发模式，与主机厂紧密写作，与用户联合梳理应用工况，做到功能替代为主、原位替代为辅、面向体系定义为终极目标，成为“全场景”芯片产品与技术方案提供者。
动力系统升级引发功率材料和器件新选择。第三代半导体在车上已批量化应用，800V高压平台将迎来规模上车，抓住中国巨大的新能源汽车市场机遇，第三代半导体发展大有可为。
成熟工艺与先进架构的融合可以有力推进系统集成产品的新形态。除车用AI芯片和座舱SoC外，车规级芯片一般采用28nm以上成熟工艺，72%的车载芯片工艺特征尺寸在90nm及以上，而国内SOI BCD、高性能SiGe等特色工艺差距显著，加强特色工艺投入和IDM模式建设非常紧迫。IP复用、Chiplet集成将推动汽车芯片敏捷开发和架构变革。特色工艺与Chiplet技术融合也许是汽车芯片技术发展的新技术方向。
市场导向与政策匹配联合打造供应新能力。封闭的系统难以推动产业的高效发展，汽车芯片产业链建设需要开放合作，需要市场导向牵引芯片产品体系建设，呼吁政策引导下的车厂对Tier1和Tier2正向牵引，促进芯片-零部件同步开发，摆脱“芯片质量不高-车企不敢批量使用-芯片改进提升慢”的低水平循环,逐步进入“车企给机会-芯片强能力-装车快迭代-规模降成本”的良性循环之中。加大创新联合体建设，联合引进和培养人才，互动加强系统应用-芯片定义-同步研发协同，联合打造高质量汽车芯片产业链。
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