从燃油车到智能电动车，千亿级规模的车载半导体市场正冉冉升起。尤其是在智能电动汽车时代，得车“芯”者得天下，汽车芯片成为各路诸侯必争之地。
近日，由中国汽车工业协会和中国电子科技集团有限公司（简称“中国电科”）共同主办的“2023全世界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“全世界汽车芯片创新成果”主题论坛上，来自芯片领域的多位专家和企业高层，分别围绕着功率器件、传感器、MCU、SoC等细致划分领域的新产品和新技术，和汽车芯片测试评估和高可靠封装解决方案等热点话题进行了交流和探讨。
当前，汽车向电动化、网联化、智能化方向发展的速度加快，汽车中芯片的使用数量以及性能指标要求成倍增长，汽车芯片在现代汽车中的重要性逐步提升，汽车芯片产业慢慢的变成了支撑汽车工业发展的核心产业。是德科技（中国）有限公司解决方案工程师颜振龙分享了一组来自McKinsey的数据，预计到2025年，国内汽车半导体行业规模将达到180亿美元；到2030年将达到290亿美元。对比来看，2019-2030年国内外汽车半导体复合增速分别为13.8%和7.8%，国内汽车半导体增速明显高于国外。相应地，国内汽车半导体在全球半导体市场中所占的份额也将从2019年的27%提升至2030年的40%。
从燃油车到智能电动车，千亿级规模的车载半导体市场正冉冉升起。尤其是在智能电动汽车时代，得车“芯”者得天下，汽车芯片成为各路诸侯必争之地。基于此，颜振龙认为，这块巨大的蛋糕吸引行业进入了群雄逐鹿的博弈时代，集聚效应将引来更多金凤凰，同时在“缺芯”事件催化下，进口替代趋势将加速，从而推动国内车载半导体增速大幅度提升。颜振龙将汽车芯片形象地划分为五大功能，分别是汽车的大脑、眼睛、心脏、神经网络和记忆网络。其中，主控芯片是汽车的“大脑”，所以也是兵家必争之地，主要包含无人驾驶芯片和智能座舱芯片，需具备强大的算力和低功耗，在满足大量数据计算的同时，降低功耗以实现电动车较好的续航能力。传感芯片是汽车的“眼睛”，大多数都用在探测、感受外界的信号，并将探知的信息转变为电信号或其他所需形式传递给别的设备。具体包含CIS、MEMS、电流传感器、磁传感器、陀螺仪、VCSEL芯片和SPAD芯片（用于激光雷达）。
功率芯片是汽车的“心脏”，主要进行能源的供给。该类芯片大多数都用在保证和调节能源传输，以分立器件为主。具体包括电源管理芯片、晶体管（IGBT、MOSFET）等，大多数都用在控制电路中电流的开闭、流向和大小，对新能源汽车特别的重要。新能源汽车中的功率半导体包括电机逆变器、DC/DC、高压辅助驱动和 OBC 充电器等。通信芯片是汽车的“神经网络”，目前首选是车载以太网，主管着整个车辆的神经脉络，“外事不决问wifi，内事不决找以太”。通信芯片大多数都用在发送、接收以及传输通信信号，包括基带芯片、射频芯片、信道芯片、电力线载波通信芯片等。存储芯片是汽车的“记忆网络”，大多数都用在数据存储功能，具体包含DRAM（动态存储器）、SRAM（静态存储器）、FLASH（闪存芯片）等。面对如此数量众多、功能不同的芯片，标准化与可靠性问题成为亟需解决的难题。中国电科首席专家王育新强调，车规级芯片制作的完整过程追求“零缺陷”，寿命要求达到15年以上，应用于高安全控制器的芯片更是要求故障率低于十亿分之一。可以说，在新能源与智能化时代，汽车芯片是集成电路种类、性能、功能与质量可靠性的典型代表。
在标准化建设中，上海芯旺微电子技术股份有限公司产品总监卢恒洋解释到，半导体芯片在ISO 26262中遵循的是SEooC（Safety Element out of Context，独立于环境的安全要素）开发过程，也就是芯片作为一个要素，并没有直接参与到整车环境的开发过程中。这也代表着芯片并没明确的安全要求；MCU可能用在各类的ECU中，每个不同的ECU可能都会有不同的硬件环境和整车环境。
对此，卢恒洋的解决方案是，我们大家可以通过对应用的假设来获取安全要求，只要违反安全目标的故障就会被用于失效率的测算。因此，SEooC的假设特别的重要，因为只有假设的失效模式越多，芯片安全机制才会覆盖得越多，最终计算出的失效率才越有实际意义，也就从另一方面代表着这种标准下的芯片更安全可靠。
智能驾驶的快速地发展给汽车传感器芯片带来了新机遇。据河北美泰电子科技有限公司总经理吝海峰介绍，一辆汽车中有超过50颗MEMS传感器芯片，而MEMS压力传感器和惯性传感器又是使用最广泛的传感器芯片。至少有18个汽车应用领域将促进压力传感器的增长，如汽车空调热管理压力、电池包压力、轮胎压力、刹车压力、侧面气囊、大气压力与废气再循环压力等。而惯性传感器占比超过一半，主要使用在于安全气囊碰撞检测、侧翻检测、车身稳定系统、空气悬架、高精度定位、T-BOX、防盗系统等。
吝海峰认为，MEMS是集成电路技术的延伸，更是一种加工方法，未来将趋向于微小型化发展，市场潜力巨大。从全世界来看，根据预测，从2022-2028年，MEMS全球市场规模将以5%的年复合增长率，从145亿美元增长到200亿美元。其中，消费类市场因消费电子需求量下滑，预计仅有4%的增长率；而因持续受益于日益增加的对无人驾驶功能的需求，全世界汽车市场的应用规模将达到41亿美元，年均增长7%。从国内市场来看，自主品牌正在全面布局芯片国产化。目前，国内芯片企业已突破全部关键技术，正在加快产品研究开发和产能建设，汽车企业也在加快验证和批量装车。据预计，到2025年，我国自主品牌新能源汽车对MEMS传感器需求约为4.3亿只，其中MEMS压力传感器约2亿只，MEMS加速度传感器约1.5亿只，IMU和陀螺仪约0.8亿只。从市场规模来看，2022年我国汽车MEMS压力传感器市场规模为60亿元，预计到2027年将达到100亿元。MEMS惯性传感器市场规模2022年为77.4亿元，预计到2027年将达到125.7亿元，国产化潜力巨大。迈来芯电子科技（上海）有限公司资深现场应用工程师王国伟认为，在汽车创新的世界里，传感器芯片是无声的英雄，它可以令车辆实现精确的控制、响应能力、可靠性和安全性，这些技术奇迹推动着汽车从泵和真空（机械）到线控操作变革（电子）的演变。
新能源汽车和新能源发电等中低压应用推动了碳化硅功率器件产业的迅速增加。多个方面数据显示，目前全球功率市场的规模大约为200亿美元，预计到2027年将增长至305亿美元，其中硅MOSFET和IGBT占比约60%。此外，SiC（碳化硅）功率半导体市场的规模大约为20亿美元，预计到2027年将达63亿美元，市场渗透率约从10%增长到20%。中国电子科技集团公司第五十五研究所、中国电科首席专家柏松分析了碳化硅功率MOSFET的技术发展的新趋势及研究进展。对比Si MOSFET，SiC MOSFET有着电流密度高、全温区损耗变化小、高温特性好等优势；对比Si IGBT，SiC MOSFET很有低的开关损耗、更低导通损耗、更高功率密度等优势。凭借着上述优势，SiC功率器件在新能源汽车、光伏发电、储能、风电、工业电机、消费电子、轨道交通、高压输变电等多个领域均有广泛应用。
在研究方向上，柏松认为，解决高可靠、高电流密度碳化硅MOSFET器件设计、制造、封装等问题是实现持续增长的关键。碳化硅在电网、轨道交通等高压领域的应用优势已得到初步展示，未来亟待联合攻关实现批量工程应用。无锡利普思半导体有限公司联合创始人、总经理丁烜明认为，整车续航能力与充电效率的双重需求对SiC提出了更高的要求。目前，SiC功率半导体和800V高压架构，成为电动化2.0时代的核心使能技术。得益于SiC在整车中的广泛应用，小三电高压化可满足宽电压、集成化及低成本的需求，800V超级快充10min将可充电至约80%。
据丁烜明预测，未来5年，增长最快的将是800V SiC，其次是大多数都用在800V四驱车辆辅驱的800V IGBT和400V SiC的份额将先有所增长，然后开始下降。未来一段时间内，大部分车企的800V平台和400V平台仍将处于共存阶段。因为虽然大部分车企均有800V平台的相应规划，但不同企业对应用800V的平台策略有一定差别，最为积极的新势力头部车企将用800V平台迭代现有平台，其他OEM则相对较为稳健，会在部分高端车型上应用800V平台。如何推动SiC芯片技术的进步？丁烜明认为重点是以下几点：减少相关成本是永恒的目标；逐步实现6寸、8 寸 SiC 衬底产业化；寄望冷切割、高速抛光等晶圆加工技术发展推动降本增效；还有就是提升产品性能、提升产能和产品良性率。其中，在加工技术方面，重庆平伟实业股份有限公司应用总监陈云乔所在的公司，已经在汽车级超薄双面散热工艺上获得突破。该工艺在芯片设计方面，不仅考虑到Cu-Clip技术对芯片长宽比、厚度、面积、栅极位置、应力释放等内容，还要对标国际顶尖特性，采用国内SGT-MOS制造工艺最领先、稳定的晶圆厂流片。在结构设计方面，充分使用ANSYS有限元设计软件，做好理论计算和仿真模拟，将制作的完整过程中的热应力、机械应力、结构应力，全盘仿真，降低出错几率。
陈云乔认为，功率器件行业发展绕不开的话题就是对器件可靠性的研究。半导体的发展，将始终围绕着更高的功率密度、更小的损耗、更轻薄的封装以及更高的可靠性等方面展开研究。得益于高密度的芯片集成，未来MOSFET的体积会更加轻便，功率密度会得到进一步提升。
在智能化时代，车辆架构正朝着以通用计算平台为基础、面向服务架构的方向发展。未来车辆差异化将更多体现在软件和先进电子技术赋能的用户交互界面和体验层面，软件将带动汽车技术革新，引领产品差异化。因此，软件定义汽车（software defined vehicles，SDV）成为大势所趋。兆易创新科技集团股份有限公司汽车产品部执行总监何芳认为，SDV带来的汽车应用新变革大多数表现在以下几个方面：基于新型的E/E架构，SDV整车开发方式以软件为导向，以服务车辆全生命周期为目的；基于云端后台和OTA，在车辆全生命周期中，对既有和新增的功能将得以更高效的升级和部署；为实现功能的可升级性和可拓展性，需要预埋额外的硬件资源（如算力、传感器、执行单元）；SDV将为汽车引入更多的基于服务的个性化使用场景 （如预期保养、电子商务）。
对于传统OEM开发模式，SDV带来的变革更是颠覆性的。比如，在整车平台规划上，不再以汽车量产作为研发终点，而是以整车使用的全生命周期作为考量；在电子电气架构升级上，推动低成本、高度系统解耦的集中化电子电气架构成为主流（域和区域控制器）；在软件开发方面，OEM主导SDV软件和基础软件平台化，从而加大软件开发力度；在硬件开发过程中，考虑到控制器的全周期可升级性，可以对核心部件算力进行预埋（如中央计算单元）。在SDV的影响下，汽车产业链格局也发生了变化。主机厂加大自研比重，产业协作模式更加多元化。随着主机厂提供的汽车越来越智能，功能安全的要求慢慢的升高；随着OTA升级更开放，信息安全的标准和要求不断被提高；随着ECU从分布式向集中化的演进，可靠性慢慢的变重要。其中，在产业协作方面，芯驰科技资深商品市场总监金辉认为，智能车时代，软硬件之间必须在一开始就要协同，这样做才能够优势互补、合作双赢。
金辉建议，主机厂可以和芯片企业联合开发，让芯片公司进入整车项目开发流程，与车企共同定义新产品，多流程并行提速车企智能产品量产下线。（资料来源：中国汽车工业协会）
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