国产车芯,危与机

大国科技博弈的大背景下,半导体成了首个被共同关注的行业。

为抢占未来科技发展的制高点,今年以来欧洲、美国、日本、韩国等多个主要市场相继出台政策扶持本土半导体产业发展。据相关统计数据显示,仅2022年,全球芯片产业的资本投资总量就预计高达1900亿美元。

其中美国,在发展本国半导体产业的同时,甚至还制定了一系列限制其他国家半导体产业发展的措施,以保障其在半导体领域绝对的领先性。

根据路透社最新报道,拜登政府计划下个月扩大对华AI和芯片制造出口限制。

考虑到当前智能化和电气化的快速发展,驱动汽车对半导体,包括先进半导体的需求大幅提升,不难预料这一系列的“限芯”措施也将一定程度上制约中国汽车产业的发展。

芯片博弈或加剧缺芯

从《2022芯片与科学法案》的签署,到EDA禁令、高端GPU销售禁令的相继发布,美国限制中国芯片产业发展的动作正层层加码,不断延伸至设备、芯片设计、晶圆代工以及芯片供应、应用等各个环节。

作为半导体最主要的应用领域之一,汽车产业注定无法在这场博弈中独善其身。

目前来看,从国内芯片的研发,到汽车芯片的供应,再到依赖于芯片所开展的相关技术创新,都有可能因为这些禁令而受到影响。

8月9日,美国正式签署《2022芯片与科学法案》,其中明确要求获得资金补贴的企业未来10年内不得扩大在中国或其他相关国家的先进芯片制造。

国产车芯,危与机

图片来源:拜登推特

几天后,美国商务部发布一项临时最终规定,对设计GAAFET(全栅场效应晶体管)结构集成电路所必须的ECAD软件实施出口管制,据悉,这种工艺目前主要用于2nm、3nm等先进制程。

而在此之前,外媒报道称,美国商务部还曾要求美国所有芯片生产设备制造商必须获得相关许可后,才可以向中国出口14纳米及以下芯片的生产设备。

要知道美国是半导体设备头号强国,而在芯片的各个核心环节,国内短板最明显的就是在上游的原材料、设计工具和中下游的芯片制造及封测环节,这使得国内半导体一直大量依赖进口。特别是汽车半导体,自供率不足5%,在汽车MCU等核心技术领域,本土芯片企业市占率甚至不足1%。

如今《2022芯片与科学法案》要求芯片企业“在美国投资,在美国研发,在美国制造”,并提出了排华性的补贴政策,这对于有跨国业务的芯片企业而言,今后可能将不得不面临“二选一”的难题。迫于压力,不排除一些跨国芯片厂商会放缓在国内的产能扩张计划。

虽说目前车规级芯片的需求主要集中在28纳米及以上的成熟制程芯片,据9月6日美国商务部发布的《2022芯片和科技法案》部分的实施战略,在该法案计划为美国半导体产业提供的高达527亿美元政府补贴中,明确约100亿美元将用于扩大在汽车等领域使用的成熟制程芯片制造,不难预料这会对国内汽车芯片的供应造成一定的影响。

三星计划斥资2000亿美元扩大得州芯片产能,或新建11家工厂

图片来源:三星电子

近期,台积电、三星、英特尔、美光科技、SK海力士等就已经宣布了一系列的在美扩张计划。

其中三星此前被曝提出了在11家工厂投资2000亿美元的潜在计划,其中两家工厂将位于美国得州奥斯汀,另外9家将位于得州泰勒。英特尔则与加拿大资产管理公司Brookfield Asset Management达成了合作,共同投资高达300亿美元,用于英特尔此前宣布的在美国亚利桑那州钱德勒的制造扩张。美光科技9月初宣布,计划于2030年之前投资150亿美元,在爱达荷州博伊西建造一座新的尖端存储器制造厂,据悉该工厂将重点为美国本土市场的汽车和数据中心等行提供内存芯片。SK海力士则计划在美国选址建立一家先进芯片封装工厂,并于明年第一季度左右破土动工。

无论这些企业扩产计划是被动还是主动,都会一定程度上影响在国内的产能释放。更何况在晶圆加工方面,台积电本身就占据了绝对的大头,市场占有率超过了50%,对比之下,中芯国际市占率不过5%。

鉴于此,考虑到近两年因为疫情以及智能电动汽车快速发展带来芯片需求激增等原因,汽车行业正面临芯片短缺以及涨价的困扰,芯片法案的落地,短期内或将进一步加剧这些问题

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图片来源:纳芯微电子

据相关分析数据显示,电动化带来的汽车芯片需求量可能是传统燃油车的2倍,随着未来智能化走向L4、L5级别的自动驾驶,带来的新增半导体需求量可能是传统非智能汽车的8—10倍。以一款豪华车型为例,据纳芯微电子创始人、董事长、总经理王升杨介绍,从传统燃油车过渡到智能电动车之后,其单车芯片价值将从600多美元快速提升到接近3000美元。

而即便本土企业积极扩产,新增产能的释放是需要时间的。“虽然近两年国内晶圆厂商也在积极扩产,考虑到新工厂从规划到稳定生产大约需要3—5年时间,预计未来两三年内芯片产能的短缺仍难以弥补,或出现车规芯片所需的成熟工艺晶圆产能结构性短缺情况。” 近日,在第四届全球新能源与智能汽车供应链创新大会上上,中国汽车技术研究中心有限公司党委委员、副总经理吴志新就表示。

王升杨也认为,尽管今年很多行业的芯片供应出现了明显缓解,由于汽车对芯片需求量的快速增加和汽车对晶圆工艺的一些特殊要求,导致汽车芯片的供应在最近几年里面可能还会保持一个持续紧张的状态

不止断供,更是抑制创新

如果说芯片法案中排华性补贴政策意在促进半导体制造回流美国,那么对EDA、高端GPU等的断供,则是想从根本上遏制国内技术创新。

众所周知,全球EDA市场主要被Synopsys、Cadence和 SimensEDA“三巨头”所垄断,IP则由美国和英国垄断了90%以上的市场,均是高度依赖国外。如今美国宣布了对EDA禁令,意味着未来中国企业研发高性能计算芯片将面临更大阻力。

事实上,美国一系列“限芯”措施对中国汽车产业带来的潜在风险远不止于此。作为科技创新的源动力,半导体产业的发展,还关系到了其他各行各业的技术创新,包括汽车行业正在推进的电气化和自动驾驶变革。

特别是当前汽车的智能化发展,已经对先进芯片提出了较大的需求,部分用于智能驾驶及智能座舱的AI芯片已经采用的是7nm甚至5nm制程。“这意味着,我们在未来十年左右要实现高端汽车芯片的自主设计和制造,才能保障国内汽车产业顺利实现转型升级。美国对高端芯片的制裁,将会影响我国智能驾驶关键技术的创新发展,必须要通过自力更生才能实现突破发展。”日前,江汽集团总经理李明在一场行业活动上如是说。

以美国最新发布的高端GPU销售禁令为例,虽然现阶段相关产品主要用于人工智能算法的训练,面向的是超算中心和各大型数据中心,不难预料,随着自动驾驶逐渐进入以数据为驱动的新发展阶段,各大车企及自动驾驶企业纷纷开始打造自动驾驶训练中心,这类芯片在自动驾驶领域也将大有可为。

目前,已经有多家企业在基于英伟达的A100芯片进行这方面的探索。例如蔚来,已经确认正使用NVIDIA HGXA100构建综合全面的数据中心基础设施,并在此基础上开发AI驱动的软件定义汽车。不久前,小鹏汽车联合阿里云在内蒙古乌兰察布建成了自动驾驶智算中心“扶摇”,采用的也是英伟达A100芯片。

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图片来源:小鹏汽车

正因为如此,对于美国最新发布的高端GPU销售禁令,小鹏汽车CEO何小鹏直言“这会对所有自动驾驶云端训练带来挑战。”

黑芝麻智能首席市场营销官杨宇欣也认为,美国对高端GPU的禁售,短期之内对自动驾驶研发的影响有限,因为目前国内的自动驾驶企业对用于自动驾驶训练的芯片做了一定的储备

但鉴于自动驾驶是对算力需求量非常大的行业,行业发展过程中会持续产生算法训练的的需求,这一限制可能会对未来自动驾驶技术演进过程中大算力计算平台的储备有影响,并且这个影响是相对潜在和深远的

毕竟如果只是单纯地限制车端所使用的芯片,最终可能只会影响部分功能的开发,但对用于AI算法训练的GPU芯片的进行限制,某种程度上相当于是扼住了国内进行自动驾驶技术创新的咽喉。因为如果没有芯片,就意味着无法开展大规模训练,而自动驾驶的演进,又离不开大规模的AI算法训练。

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图片来源:毫末智行

日前,在第六届HAOMO AI DAY上,毫末智行CEO顾维灏就表示,随着自动驾驶先后经历以硬件为驱动的1.0时代和以软件为驱动的2.0时代,接下来即将很快发生并持续发展的将是3.0时代,依靠的是数据驱动,通过数据自己训练自己,实现自动驾驶的持续迭代。话里话外,高性能GPU的重要性不言而喻。

投资咨询公司Automobility的合伙人Bevin Jacob甚至警告称,未来美国可能会对美国公司向中国出口的人工智能和自动驾驶芯片进行“严格审查”。尤其随着博弈的持续升级,不排除未来这部分技术创新也会受到相应限制的可能。

李明也认为,虽然这些目前都还没有进入到美国的出口管制清单当中,但国内车企都需要未雨绸缪。

如何突围?

在美国陆续发布限制向中国出口先进制程芯片及其生产设备的措施背后,其限制中国半导体产业发展的决心昭然若揭。短期内,这些措施毋庸置疑会给相关领域带来实质性影响,比如汽车。

但另一方面,这又何尝不是在倒逼本土加速自主创新。

“这一系列措施的出台,对中国芯片产业意味着留给我们的时间更少了,需要加快芯片产业的发展和布局,另外也会加快中国车企用国产芯片的进度。” 黑芝麻智能首席市场营销官杨宇欣就表示。

例如在GPU领域,目前用于自动驾驶的芯片替代方案已经是有的。杨宇欣指出,接下来主要是推动国产替代方案应用到自动驾驶领域,这需要时间和机会验证,而禁售可能会加速国产替代方案的验证进程

其他领域亦如此。尤其在电动化和智能化发展趋势下,当前汽车对芯片多样性和量的需求双双大幅增加。据相关分析数据显示, 2020年中国汽车半导体市场规模约为118亿美元,预计到2030年将达到159亿美元,年复合增长率为5.4%。

然而从市占率来看,目前国产车规级芯片的自给率不足5%。这意味着本土其实还有很大的发展空间,关键是怎么把这些市场拿回来。

对此,全国政协经济委员会副主任苗圩认为,在先进制程发展受阻的情况下,一定要先把固有的优势保持住。“因为在总量上,先进制程芯片占车规级芯片的比例还比较低,市场需求整体以成熟工艺制程为主,而且国内在28nm及以上制程方面产能其实也有不足。”

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图片来源:麦肯锡

据相关统计数据显示,2020年—2022年,全球先进生产工艺产能年复合增长率为26%,其中成熟生产工艺产能增长复合率仅为2%左右,新增产能严重偏向先进工艺。但从汽车行业应用来看,14nm以下先进工艺产品仅占市场总体规模的6%。

杨宇欣则认为,现阶段国产车规级半导体的主要挑战还是在于量产上车,要解决这个问题,需要从广度和深度两个维度展开,广度就是芯片种类要全,能够支撑国产智能电动车发展,深度即芯片产品的性能和功能等能够逐渐走向成熟。另外,中国车规级半导体要想逆势突围,关键还在于国内的汽车芯片厂商和车企要紧密合作,互相信任,携手前进。

中汽创智科技有限公司CEO李丰军也建议,在芯片需求的定义上,未来应该由整车厂、Tier1以及核心芯片企业三方联合推动。

“国内芯片企业大多是初创企业,过去一段时间大家主要是根据自身发展和知识经验来定义芯片,很多对当今整车企业或核心Tier1的应用需求考虑不够充分,对芯片所必须的工具链与基础软件匹配也不够完善。另外,不少自主芯片企业采用的是与国外对标的形式来定义芯片,缺乏技术积累和平台化理念,这些对后续控制器升级换代时的开发周期、开发效率、开发成本、开发质量等都会造成一定的影响。” 李丰军表示。

而从智能汽车的演进趋势来看,软硬件协同发展是必经之路。因此,在追求芯片发展的同时,还应该将软件纳入考虑。

如李丰军所言,芯片是基石,软件是灵魂,软件和芯片密不可分,共同构成了“中国芯”。“现有一些芯片的性能之所以无法充分发挥,就是因为无法实现算力、算法、数据的高效协同。特斯拉为什么可以从英伟达芯片成功切换成自己的芯片,也是通过软件和芯片协同优化来实现的。”

纳芯微电子创始人王升杨亦认为,过去两年国产汽车芯片虽然进展明显,但绝大部分其实是原位替换。不可否认这是最快的路径,也是最能帮助客户解决缺芯的途径,不过考虑到中国汽车半导体最大的机会,是蓬勃发展的新能源汽车产业链主体在中国,在此过程中会产生大量对芯片的需求,对于本土半导体产业链上的企业而言,最大的机会在于——从原位替换转向和产业里的头部客户深度合作,在深刻理解应用的基础上共同定义面向下一代、面向未来的产品

换言之,现阶段国产芯片除了给客户提供保供价值之外,还应该可以为客户提供更多的价值来源。而这,需要产业链上下游协同合作。

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图片来源:黑芝麻智能

值得关注的是,目前行业已经在积极朝着这个方向发展,以地平线、黑芝麻智能等为代表的本土芯片企业都已经在着手构建自己的生态圈,争相与主流车企及Tier1进行深度合作。另外,也有不少整车厂自己下场“造芯”。

对于这种现象,苗圩认为,在车企和车用芯片的协同发展上,车企一定要担负起“链长”的责任。“车企不一定都要去造芯,但一定要懂芯,对于跨行业合作要有总体的考虑,只有做到了这点,才能够形成良好的产业发展生态。”

而尽管当下本土芯片企业面临诸多掣肘,甚至包括整个新能源汽车与智能网联汽车供应链都受到了很多政治因素的干扰,在朝着短链、区域链多点供应的方向发展,在苗圩看来,供应链需要靠近市场布局、靠近工厂布局的基本原则是不会变的。

毕竟,企业生存商业本质是要有商业回报。对于一家企业而言,没有什么比先活下去更为重要。

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