“芯片荒”倒逼汽车产业革命

本刊记者 / 宋亮

汽车芯片正在不断升级，从汽车的配件之一，变成汽车的主要部件。汽车芯片在价格上涨的同时，也替代了大量其他更昂贵的配件，如发动机、变速箱，整车价格不应该因芯片涨价而上涨。

包括自动驾驶在内，更多的智能化应用，正在成为新车型的特点。这对汽车芯片的要求越来越高。汽车芯片，正在成为一个新的产业部门，就像电脑芯片、手机芯片一样，将走出与传统的汽车配件孑然不同的产业发展轨迹。

在提升性能的同时，一辆汽车所装配的芯片数量也在增加。芯片要和芯片对话才能发挥其功能。以后，汽车上安装的芯片会越来越多。

所以，即使马来西亚的芯片工厂恢复到最大产能，即使中国台湾和中国内地开设更多的芯片工厂，未来若干年内，恐怕汽车芯片的主旋律依然是提升性能和开拓更多专业领域，就摩尔定律来说，主要将会表现为性能的倍增，而不是价格的倍减。价格回落这种情况，或许要等到一些年后才能发生。

2021年9月初，在美国的汽车芯片大宗交易中出现了涨价十倍的现象。一些舆论认为，这是因为自2020年12月起,汽车芯片产能下降，而全球汽车生产复苏，导致芯片价格涨势不止。这或许只是事实的一部分。今后，摆在无数车企面前的主要矛盾，将不是芯片的产能和价格，而是汽车车型不断创新的大环境中，新型汽车对芯片的需求量更大、品质要求更高。这种情况在相当长时间里将使得芯片需求压力不会缓解，反而可能产生出一个个新的产业子部门，并且细化、分化。

一家有远见的公司的选择可以佐证这一点：这就是为什么华为在手机业务被打压之后，选择转向汽车自动驾驶。

华为为何进军自动驾驶

到2021年8月，华为受到美国的打压已经有两年多了。

一开始，华为只是被限制购买美国芯片。随后，美国的制裁不断升级，只要是产品中含有美国技术，不管生产和交易是不是发生在美国，只要是跟美国打交道的企业，都不能为华为及华为的关联公司提供芯片、部件和设备。

这个措施几乎完全切断了华为的芯片供应，让华为面临死局。华为供应链上的企业也受到牵连。华为受打压事件发生之后，我国开始对芯片产业大规模投入。在2020年8月，国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》中明确提到，中国芯片自给率要在2025年要达到70%。

极狐阿尔法S华为HI版汽车，其华为自动驾驶的AI水平完全超越其主要竞争对手waymo、mobileye、英伟达，乃至特斯拉。

在当时，估算这个数据时，主要还是以手机等常用设备为目标范围。在那之后，产业格局风云突变。以华为自身为例，手机业务依然存在，但是新的业务突破口已经被定位在手机业务之外。

汽车自动驾驶，就是华为的一个重要的新业务领域。以华为的格局和风格，选择进入这个领域，这个领域一定足够大，回报足够高，华为自身占比一定要足够大。

2021年4月，有自媒体发布了在上海车展上展出的极狐阿尔法S华为HI版汽车的一段行驶视频。在华为自动驾驶系统控制下，其在复杂的城市路况中自动行驶，完全不需要驾驶员介入，应付自如。很明显，这并不是辅助驾驶，而是真正的自动驾驶。

从这段视频来看，华为自动驾驶的AI水平完全超越其主要竞争对手waymo、mobileye、英伟达，乃至特斯拉。汽车AI的主要任务是自动驾驶、数据融合、路径规划、图像以及语义识别。显然，华为强大的芯片研发能力，在汽车的AI芯片上又取得了重大的突破。华为自动驾驶的进步，反映出当代汽车芯片的发展现状。

传统的燃油汽车只需要几十个芯片，就能全覆盖一辆整车的生产和制造。但在新能源汽车带来的智能化和电动化风潮面前，汽车的构造设计主旨已变：芯片需求从几十个上百个，快速上升到以千为单位。一辆传统燃油汽车约有70个左右的的电子控制单元——ECU，而新能源汽车ECU数量现在已经达到350个以上，业内预测今后将迅速超过1000。2010年全球芯片供应的统计显示，用于汽车部件用途的只有3%；2020年的统计则显示，有13%的芯片产能是面向汽车产业部门采购市场，这个市场的需求数量仅排在手机和计算机之后。汽车的价值，在未来将不再由传统技术决定，发动机、变速箱、底盘等传统燃油车部件将退出历史舞台。今后的新能源汽车的价值，将由芯片、单片机（MCU）、传感器，以及更多的各类半导体原件来决定。这决定了今后二手车的估值方式将类似于手机、电脑等电子产品，过时的二手产品残值将非常低。

在手机、电脑这个领域，华为是真正的老玩家、大玩家。现在的情况是，汽车正在变得电脑化、手机化，所以不是华为转向了汽车领域，而是汽车在演化的过程中，闯进了华为的传统地盘。

目前美国对华为的制裁，主要集中在最新、最小的纳米制程上，随着摩尔定律的推进，这个数字正在接近1纳米极限及以下的新规格，或将引发新的原材料技术革命。目前，汽车上的芯片大多数还在16nm到65nm范围内，最新的情况是有厂家在研制7纳米制程的汽车主控芯片。但不管怎么说，汽车芯片在算力和纳米制程上的要求还是比手机要低一些的，受到美国政策打压的程度也还不高。

美国白宫在当地时间8月27日表示，并未改变特朗普政府期间实施的限制向中国华为公司出售商品和技术的政策。美国商务部发言人表示：“拜登政府并未放松或调整此前的政策，包括2019年和2020年将华为及其附属公司列入实体清单所实施的监管限制，也并未调整特朗普政府制定的执行这些限制的政策。”按照之前特朗普政府对华为及其子公司的芯片升级禁令，是允许华为采购车用芯片的。这使得本届美国政府可以在不放宽前任限制令的条件下，批准美国芯片供应商的许可证申请，让美国芯片制造厂商能够正常合法地向华为公司出售汽车零部件的芯片。根据媒体公开报道，这种较低技术要求的芯片，在中国本土也可以生产。或许这才是华为获得一丝缝隙的原因。这种政策上的缝隙，使得华为得到了一个机会，这个机会不仅意味着能获得更多汽车芯片，还让华为得以利用自身优势，在汽车电子化的过程中，获得全面领先地位。到2021年年底，华为和北汽合作的极狐阿尔法S将会有1000辆正式面市，这批车的部分主要车机芯片还是在使用储备的存货。根据华为内部规划，2022年面市的5000辆极狐阿尔法S将会有部分采用国产替代芯片，至2023年，将会完全使用国产芯片。对华为来说，当下，车规级单片机芯片已可以进行国产替代；在OLED屏幕驱动芯片上，由中芯国际为华为代工的28nm工艺产品已经进入量产，用于汽车的28nm工艺芯片量产并不会有太大的困难，14nm芯片工艺也在逐渐成熟。

极狐阿尔法S华为HI版汽车，其华为自动驾驶的AI水平完全超越其主要竞争对手waymo、mobileye、英伟达，乃至特斯拉。

今后的汽车需要安装数以千计的芯片。随着汽车智能化的提升，这个数字会不断提高。

华为的优势是车联网。在C-V2X以及5G通讯方面，华为的优势巨大。目前，美国已提出放弃DSRC并转向C-V2X，这使得我国提出并主推的智能车联网标准，已经成为了全球车联网的唯一的国际标准。华为一直注重在制定标准的过程中主动、深度参与。现在，在汽车通讯领域里，属于华为的时代来了。

这种变化的逻辑根源在于，从前，汽车芯片主要是为汽车辅助功能系统服务的，帮助汽车音响、空调更加便利化并控制成本和更加美观。现在，全球主要国家和地区，以及全球主要汽车生产厂商，都已经陆续发布了停止研发燃油车发动机和停止生产燃油车的时间表。在新能源汽车上，发动机、变速箱等原有的汽车主要部件已经不存在，芯片主宰了汽车的主要功能系统，包括DC模块、电机控制系统、电池管理系统、高压电路等多个主系统。传统燃油汽车的单片机（MCU）大概占23%，功率半导体占13%；在新能源汽车上，功率半导体的比例大幅上升，已经到了55%，且保持上升趋势。这就是汽车芯片发展的明确路径。

然而芯片并不是一切。芯片的运作，尤其是芯片相互之间的协同运作，最重要的是软件体系。在汽车芯片和汽车操作系统这两件事上，等待华为开发并且爆发出统治力的空间都很大很大。

一辆汽车将需要8000个芯片

目前，一辆普通汽车上通常安装有50到150个芯片。芯片在汽车上的应用越来越多，包括驾驶辅助系统和导航控制系统。最大的变化来自于汽车产品整体的智能化趋势，和新能源汽车的替代趋势。

未来，一辆普通汽车或许会需要5000个芯片，一台功能更加丰富的新能源汽车，甚至有可能需要8000个芯片。

戴维（David W. Price）博士和杰伊（Jay Rathert）是KLA-Tencor公司的资深总监。道格拉斯（Douglas Sutherland）是KLA-Tencor公司的首席科学家。过去15年来，他们几位与世界上50多家主要的汽车芯片制造商保持合作, 帮助这些汽车芯片厂商优化芯片工艺，包括提升汽车可靠性、优化传统芯片厂成本、降低生产和使用风险，以及制定先进工艺技术生产和投放市场的整体战略。

这几位专家在其发布的行业报告中指出：20世纪50年代，汽车制造中所采用的电子产品还不到制造总成本的1%。如今，电子产品的成本已经可以达到总成本的35%，并且预计到2030年将增加到50%。汽车行业电子产品的快速增长主要由以下四个方面驱动：

1. 系统监测和控制（电子燃油喷射、油电混合动力等）

2. 安全系统（防抱死制动，安全气囊等）

3. 高级驾驶辅助系统（车道偏离警告、停车辅助、盲点监控、自适应巡航控制等）

4. 行车便利（卫星导航、信息娱乐等）

举个简单的例子。以前的汽车中控台上，密密麻麻布置着一个个功能按钮，每个按钮都对应一项功能，如开关收音机、控制空调等。而现在很多自动化程度较高的汽车，已经用一个大屏幕，代替了绝大部分功能按键，把这些功能整合起来的，是大屏幕后面的主控芯片。这块芯片通过线路连接到汽车的各部分，这些部分也大都安装有专门的芯片，来完成主控芯片给出的操作指令。这些部件本身早在多年前就已经转向实现电子化、智能化，比如自动导航、燃油喷射系统的操控、空调可以独立完成温度控制和开启关闭、收音机可以独立完成网络搜索、收音机频段搜索和内容播放以及调节音量和关闭等功能。

今后，汽车各部件的智能化程度会越来越高。将来的汽车不仅是一部可以进行人机对话的设备，这个设备内部的各个部件也是可以和主控芯片进行对话的。这些都需要芯片。

今后，半导体部件将越来越成为汽车用电子产品总成的核心，今后的汽车可能需要8000个芯片。

按照戴维和杰伊等专家的说法，今后，半导体部件将越来越成为汽车用电子产品总成的核心，今后的汽车可能需要8000个芯片。由于自动驾驶汽车逐渐成为全社会的共同选择，这个数字还会增加。无人驾驶汽车上安装更多的传感器，也就需要更多的电子子系统来支持其运转和协同工作。所有的传感器、雷达和人工智能部分，都需要稳定、高性能的芯片。

目前世界上的汽车和轻型卡车的年产量是8800多万辆。今后，这些汽车中的每一辆，都需要安装数千个芯片。这意味着汽车行业今后对芯片的需求将不逊色于手机产业。

与手机相比，汽车芯片最大的区别在于，其安装的数千个芯片每一个都要确保万无一失，不能发生质量问题。汽车芯片的可靠性事关生死，在行驶中出现的任何故障，都可能导致重大事故。其保修或产品召回将变得十分昂贵,汽车制造商的品牌形象将与芯片质量紧密联系在一起。

按照一辆普通的小轿车中安装有5000个芯片计算，汽车厂商每天生产2.5万辆汽车，即使是百万分之一的芯片故障率，也会导致每天超过125辆汽车因为芯片质量出现可靠性问题。这是完全不能接受的。

所以现在的汽车芯片紧缺，在很大程度上是芯片行业在改进性能的同时，还面临了工艺可靠性的瓶颈。只有彻底解决这个问题，才能同时解决产量产能、价格和性能升级问题。

在攻关阶段，成本上升导致的价格上升是可以预期的。2019年平均每辆车电子芯片价值约600美元到700美元；现在，业内预估到2024年，车机芯片价格有望超过800美元、甚至突破1000美元。

技术纵深是长期影响因素

据媒体报道：进入2021年8月后，通用汽车宣布因受全球芯片短缺影响，关停负责生产雪佛兰Bolt EV和Bolt EUV的工厂；丰田也因受零部件供应不足影响，在9月削减40%的汽车产量。此前，大众也传出类似消息。全球三大主要汽车厂商都面临芯片荒，可见问题已经很严重了。

很多业内人士将此归因于东南亚疫情。

今年6月，被称为全球芯片“中转站”的马来西亚就实施了严格的全国封锁政策，其重要的芯片封测环节大量停工，半导体供应链也一度受到影响。

今年6月，被称为全球芯片“中转站”的马来西亚就实施了严格的全国封锁政策，其重要的芯片封测环节大量停工，半导体供应链也一度受到影响。马来西亚是很多半导体企业的供应商和工厂的所在地，为欧洲的意法、英飞凌等半导体制造商，以及丰田汽车、福特汽车等主要汽车制造商提供服务。这种短缺不仅包括汽车，也包括了工业机械。有媒体报道称，马来西亚某芯片工厂有3000名员工感染新冠病毒，20人因病死亡。2021年8月17月，博世中国副总裁徐大全发布信息称，受马来西亚疫情影响，某半导体芯片供应商位于马来西亚麻坡的工厂被当地政府关闭至8月21日，导致8月后将无法供货。与此同时，越南胡志明市自8月23日起提高防疫措施的强度，禁止民众出门，直到9月15日。而英特尔、三星等企业均在越南设有芯片制造企业或代工厂。

芯片制造商罗姆（ROHM）预测，芯片荒将延续到明年年底。

与技术进步和产业升级这些因素相比，尽管影响以年计，导致芯片价格波动的疫情因素仍然可以被看作短期因素。针对这种短期变动，我国的国家市场监督管理总局已经发文要求，针对汽车芯片市场哄抬炒作、价格高企等突出问题，根据价格监测和举报线索，将对涉嫌哄抬价格的汽车芯片经销企业立案调查。市场监管总局表示，下一步将持续关注芯片等重要商品市场价格秩序，进一步加大监管执法力度，严厉查处囤积居奇、哄抬价格、串通涨价等违法行为。

影响汽车芯片需求的长期因素，还是要归结到科技进步的代际更迭上。人类使用内燃机已超过百年，进入信息化社会已有数十年。在全球主要国家都已经签署了保护环境的巴黎气候协定之后，全球主要汽车生产厂商停产内燃机汽车已经有了相当明确并且紧迫的时间表。汽车产业不可能固守化石燃料，拒绝进入电气化和信息化时代。属于芯片汽车的时代必将到来，眼下对汽车芯片的炒作只能是暂时的，而行业性的需求增长将是长久的。

2021年4月30日，工信部发布了第343批《道路机动车辆生产企业及产品公告》，零跑汽车在公告中作为被许可的整车生产企业发布。作为技术人出身的零跑科技创始人、董事长兼CEO朱江明，随即发出“三年内在自动驾驶技术领域赶超特斯拉”的呼声。与许多造车新势力企业不一样的是，零跑是布局完整汽车研发全产业链的少数派厂商，从三电、芯片到工业配件都有涉足。在《新程序员·新数据库时代&软件定义汽车》中，零跑汽车创始人朱江明表示：在2017年、2018年前后，车载芯片比较成熟的品牌只有Mobileye，但Mobileye是打包式销售，把算力和算法进行打包，然后将一个结果输出给你。这一模式造成的结果就是，对国内汽车厂商来说，Mobileye的水平就代表了你的水平，没有任何更改的可能。

影响汽车芯片需求的长期因素，还是要归结到科技进步的代差更迭上。

在这种局面下，朱江明的团队用两年的时间完成了自有芯片的研发。朱还表示：汽车芯片的生产有3个特点，这些特点也决定了汽车芯片今后独有的发展规律：

产能消耗大。一款新能源汽车需要的芯片数量相当于5辆传统车的芯片安装量。目前全球新能源汽车的实际数量约400万辆，如果折算成传统燃油车的需求量，相当于2000万辆之多。这直接引发了芯片近期的短缺涨价。

安全要求高。由于车规级芯片的安全认证等各个方面周期较长，原本生产其他类型芯片的厂家转产车用芯片一时之间难以完成认证。所以至少在今后2 到3年的时间里，从新能源到燃油汽车，都会处于缺芯片的状态。

行业制高点被外国厂商占据。高通、英伟达两家芯片厂商都已经建立技术纵深，其专门做ADAS（高级驾驶辅助系统）的团队已经设计出可满足高端自动驾驶的芯片，但采取的市场策略是从低端的L2级别芯片开始逐步投放市场。中国企业在辅助驾驶层面的芯片研究，会面临他们的降维打击，只有花大力气直接攻占技术高地，才能避免低端产品推出即被扼杀的被动局面。