总的观点：市场足够大，机遇与挑战并存
曾有过一篇《2020年汽车芯片行业现状及重点企业》本文算是更全面的梳理，及观念更新
01
基本情况
半导体产品根据应用领域可分为汽车、消费电子、通讯互联、工业物联网、航空航天等，这些领域对环境条件、可靠性、耐久性等指标的标准不同，按照从低到高的排列，大致是民用（消费）级、工业级、汽车级、军工级、航空航天级。
汽车是半导体的重要应用领域，目前汽车半导体的用量占到半导体总量的15%以上，是仅次于通信、计算机、消费电子后的第四大领域。汽车半导体从车载收音机、电子喇叭开始，到防抱死系统，电动助力、胎压监测、导航等一直提升到现在的智能驾驶、车联网等等。随着汽车智能化水平的不断提升，半导体的应用也越来越广泛。
汽车级半导体从性能角度看，要求高于工业级和消费级半导体。汽车半导体除了汽车行业通用的规范外，还有更严苛的车规级认证标准。比如故障率的要求是百万分之一，而消费级只要千分之一。从市场角度看，需求量高于军工级和航空航天级半导体。所以汽车半导体具有技术壁垒高与需求旺盛的特点。
02
分类及公司
汽车半导体的种类比较多，按用途可以分为功能芯片（MCU）、传感器芯片、功率半导体、其他小类别半导体等，其中MCU、功率半导体和传感器三者的价值占单车半导体总价值的55%以上，是汽车中价值比重最大的三类半导体。相对于传统燃油车，新能源车的半导体成本增加明显，主要是在功率半导体、传感器半导体上，而与发动机相关的半导体成本则在不断降低。
微控制器(简称MCU)，广泛应用于车用仪表、车用防盗装置、充电器、胎压计、温湿度计、传感器等诸多汽车半导体领域。目前单车平均搭载数量超过20个，主要分为以下三类：8位MCU。主要应用于空调、雨刷、天窗、车窗升降、低阶仪表板、集线盒、座椅、门控模块等较低阶的系统控制。16位MCU。主要应用于引擎、齿轮与离合器、电子式涡轮系统、动力传动系统、悬架系统、方向盘、扭力、电子刹车等底盘系统控制。32位MCU。主要应用于仪表板、车身、多媒体信息系统、引擎、智能实时性安全系统、动力系统以及X-by-wire系统等的控制。
全球车载MCU市场占有率前
随着绿色低碳战略的不断推进,提升能源利用效率和能源转换效率已经成为各行各业的共识,如何利用现代化新技术建成可循环的高效、高可靠性的能源网络,无疑是当前各国重点关注的问题。
值此背景下,以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体成为市场聚焦的新赛道。根据Yole预测数据, 2025年全球以半绝缘型衬底制备的GaN器件市场规模将达到20亿美元,2019-2025年复合年均增长率高达12%! 其中,军工和通信基站设备是GaN器件主要的应用市场,2025年市场规模分别为11.1亿美元和7.31亿美元
全球以导电型碳化硅衬底制备的SiC器件市场规模到2025年将达到25.62亿美元,2019- 2025年复合年均增长率高达30%! 其中,新能源汽车和光伏及储能是SiC器件主要的应用市场, 2025年市场规模分别为15.53亿美元和3.14亿美元。
本文中,我们将针对第三代半导体产业多个方面的话题,与国内外该领域知名半导体厂商进行探讨解析。
20世纪50年代以来,以硅(Si)、锗(Ge)为代的第一代半导体材料的出现,取代了笨重的电子管,让以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个IT产业的飞跃。人们最常用的CPU、GPU等产品,都离不开第一代半导体材料的功劳。可以说是由第一代半导体材料奠定了微电子产业的基础。
然而由于硅材料的带隙较窄、电子迁移率和击穿电场较低等原因,硅材料在光电子领域和高频高功率器件方面的应用受到诸多限制。因此,以砷化镓(GaAs)为代表的第二代半导体材料开始崭露头角,使半导体材料的应用进入光电子领域,尤其是在红外激光器和高亮度的红光二极管方面。与此同时,4G通信设备因为市场需求增量暴涨,也意味着第二代半导体材料为信息产业打下了坚实基础。
在第二代半导体材料的基础上,人们希望半导体元器件具备耐高压、耐高温、大功率、抗辐射、导电性能更强、工作速度更快、工作损耗更低特性,第三代半导体材料也正是基于这些特性而诞生。
笔者注意到,对于第三代半导体产业各家半导体大厂的看法也重点集中在 “高效”、“降耗”、“突破极限” 等核心关键词上。
安森美中国汽车OEM技术负责人吴桐博士 告诉笔者: “第三代半导体优异的材料特性可以突破硅基器件的应用极限,同时带来更好的性能,这也是未来功率半导体最主流的方向。” 他表示随着第三代半导体技术的普及,传统成熟的行业设计都会有突破点和优化的空间。
英飞凌科技电源与传感系统事业部大中华区应用市场总监程文涛 则从能源角度谈到,到2025年,全球可再生能源发电量有望超过燃煤发电量,将推动第三代半导体器件的用量迅速增长。 在用电端,由于数据中心、5G通信等场景用电量巨大,节电降耗的重要性凸显,也将成为率先采用第三代半导体器件做大功率转换的应用领域。
第三代半导体材料区别于前两代半导体材料最大的区别就在于带隙的不同。 第一代半导体材料属于间接带隙,窄带隙第二代半导体材料属于直接带隙,同样也是窄带隙二第三代半导体材料则是全组分直接带隙,宽禁带。
和前两代半导体材料相比,更宽的禁带宽度允许材料在更高的温度、更强的电压与更快的开关频率下运行。
随着碳化硅、氮化镓等具有宽禁带特性(Eg>2.3eV)的新兴半导体材料相继出现,世界各国陆续布局、产业化进程快速崛起。具体来看:
与硅相比, 碳化硅拥有更为优越的电气特性 :
1.耐高压 :击穿电场强度大,是硅的10倍,用碳化硅制备器件可以极大地 提高耐压容量、工作频率和电流密度,并大大降低器件的导通损耗
2.耐高温 :半导体器件在较高的温度下,会产生载流子的本征激发现象,造成器件失效。禁带宽度越大,器件的极限工作温度越高。碳化硅的禁带接近硅的3倍,可以保证碳化硅器件在高温条件下工作的可靠性。硅器件的极限工作温度一般不能超过300℃,而碳化硅器件的极限工作温度可以达到600℃以上。同时,碳化硅的热导率比硅更高,高热导率有助于碳化硅器件的散热,在同样的输出功率下保持更低的温度,碳化硅器件也因此对散热的设计要求更低,有助于实现设备的小型化
3.高频性能 :碳化硅的饱和电子漂移速率是硅的2倍,这决定了碳化硅器件可以实现更高的工作频率和更高的功率密度。基于这些优良的特性,碳化硅衬底的使用极限性能优于硅衬底,可以满足高温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求,已应用于射频器件及功率器件。
氮化镓则具有宽禁带、高电子漂移速度、高热导率、耐高电压、耐高温、抗腐蚀、耐辐照等突出优点。 尤其是在光电子器件领域,氮化镓器件作为LED照明光源已广泛应用,还可制备成氮化镓基激光器在微波射频器件方面,氮化镓器件可用于有源相控阵雷达、无线电通信、基站、卫星等军事 或者民用领域氮化镓也可用于功率器件,其比传统器件具有更低的电源损耗。
半导体行业有个说法: “一代材料,一代技术,一代产业” ,在第三代半导体产业规模化出现之前,也还存在着不少亟待解决的技术难题。
第三代半导体全产业链十分复杂,包括衬底→外延→设计→制造→封装。 其中,衬底是所有半导体芯片的底层材料,起到物理支撑、导热、导电等作用外延是在衬底材料上生长出新的半导体晶层,这些外延层是制造半导体芯片的重要原料,影响器件的基本性能设计包括器件设计和集成电路设计,其中器件设计包括半导体器件的结构、材料,与外延相关性很大制造需要通过光刻、薄膜沉积、刻蚀等复杂工艺流程在外延片上制作出设计好的器件结构和电路封装是指将制造好的晶圆切割成裸芯片。
前两个环节衬底和外延生长正是第三代半导体生产工艺及其难点所在。我们重点挑选碳化硅、氮化镓两种典型的第三代半导体材料来看,它们的生产制备到底还面临哪些问题。
从碳化硅来看,还需要“降低衬底生长缺陷,以及提高工艺效率” 。首先碳化硅单晶制备目前最常用的是物理气相输运法(PVT)或籽晶的升华法,而碳化硅单晶在形成最终的短圆柱状之前,还需要通过机械加工整形、切片、研磨、抛光等化学机械抛光和清洗等工艺才能成为衬底材料。
这一机械、化学制造过程存在着加工困难、制造效率低、制造成本高等问题。此外,如果再加上考虑单晶加工的效率和成本问题,那还能够保障晶片具备良好的几何形貌,如总厚度变化、翘曲度、变形,而且晶片表面质量(粗糙度、划伤等)是否过关等,这都是碳化硅衬底制备中的巨大挑战。
此外,碳化硅材料是目前仅次于金刚石硬度的材料,材料的机械加工主要以金刚石磨料为基础切割线、切割刀具、磨削砂轮等工具。这些工具的制备难度大,使用寿命短,加工成本高,为了延长工具寿命、提高加工质量,往往会采用微量或极低速进给量,这就牺牲了碳化硅材料制备的整体生产效率。
对于氮化镓来说,则更看重“衬底与外延材料需匹配”的难题 。由于氮化镓在高温生长时“氮”的离解压很高,很难得到大尺寸的氮化镓单晶材料,当前大多数商业器件是基于异质外延的,比如蓝宝石、AlN、SiC和Si材料衬底来替代氮化镓器件的衬底。
但问题是这些异质衬底材料和氮化镓之间的晶格失配和热失配非常大,晶格常数差异会导致氮化镓衬底和外延层界面处的高密度位错缺陷,严重的话还会导致位错穿透影响外延层的晶体质量。这也就是为什么氮化镓更看重衬底与外延材料需匹配的难点。
在落地到利用第三代半导体材料去解决具体问题时,程文涛告诉OFweek维科网·电子工程, 英飞凌的碳化硅器件所采用的沟槽式结构解决了大多数功率开关器件的可靠性问题。
比如现在大多数功率开关器件产品采用的是平面结构,难以在开关的效率上和长期可靠性上得到平衡。采用平面结构,如果要让器件的效率提高,给它加点电,就能导通得非常彻底,那么它的门级就需要做得非常薄,这个很薄的门级结构,在长期运行的时候,或者在大批量运用的时候,就容易产生可靠性的问题。
如果要把它的门级做的相对比较厚,就没办法充分利用沟道的导通性能。而采用沟槽式的做法就能够很好地解决这两个问题。
吴桐博士则从产业化的角度提出, 第三代半导体技术的难点在于有关设计技术和量产能力的协调,以及对长期可靠性的保障。尤其是量产的良率,更需要持续性的优化,降低成本,提升可靠性。
观察当前半导体市场可以发现,占据市场九成以上的份额的主流产品依然是硅基芯片。
但近些年来,“摩尔定律面临失效危机”的声音不绝于耳,随着芯片设计越来越先进,芯片制造工艺不断接近物理极限和工程极限,芯片性能提升也逐步放缓,且成本不断上升。
业界也因此不断发出质疑,未来芯片的发展极限到底在哪,一旦硅基芯片达到极限点,又该从哪个方向下手寻求芯片效能的提升呢?笔者通过采访发现,国内外厂商在面对这一问题时,虽然都表达出第三代半导体产业未来值得期待,但也齐齐提到在这背后还需要重点解决的成本问题。
“目前硅基半导体从架构上、从可靠性、从性能的提升等方面,基本上已经接近了物理极限。第三代半导体将接棒硅基半导体,持续降低导通损耗,在能源转换的领域作出贡献,” 程文涛也为笔者描述了当前市场上的一种现象:可能会存在一些定价接近硅基半导体的第三代半导体器件,但并不代表它的成本就接近硅基半导体。因为那是一种商业行为,就是通过低定价来催生这个市场。
以目前的工艺来讲,第三代半导体的成本还是远高于硅基半导体 ,程文涛表示:“至少在可见的将来,第三代半导体不会完全取代第一代半导体。因为从性价比的角度来说,在非常宽的应用范围中,硅基半导体目前依然是不二之选。第三代半导体目前在商业化上的瓶颈就是成本很高,虽然在迅速下降,但依然远高于硅基半导体。”
作为中国碳化硅功率器件产业化的倡导者之一,泰科天润同样也表示对第三代半导体产业发展的看好。
虽然碳化硅单价目前比硅高不少,但从系统整体的角度来看,可以节约电感电容以及散热片。如果是大功率电源系统整体角度看成本未必更高,同时还能更好地提升效率。 这也是为什么现阶段虽然单器件碳化硅比硅贵,依然不少领域客户已经批量使用了。
从器件的角度来看,碳化硅从四寸过度到六寸,未来往八寸甚至十二寸发展,碳化硅器件的成本也将大幅度下降。据泰科天润介绍,公司新的碳化硅六寸线于去年就已经实现批量出货,为客户提供更高性价比的产品,有些产品实现20-30%的降价幅度。除此之外,泰科天润耗时1年多成功开发了碳化硅减薄工艺,在Vf水平不变的情况下,可以缩小芯片面积,进一步为客户提供性价比更高的产品。
泰科天润还告诉笔者:“这两年随着国外友商的缺货或涨价,比如一些高压硅器件,这些领域已经出现碳化硅取代硅的现象。随着碳化硅晶圆6寸产线生产技术的成熟,8寸晶圆的发展,碳化硅器件有望与硅基器件达到相同的价格水平。”
吴桐博士认为, 目前来看在不同的细分市场,第三代半导体跟硅基器件是一个很好的互补,也是价钱vs性能的一个平衡。随着第三代半导体的成熟以及成本的降低,最终会慢慢取代硅基产品成为主流方案。
那么对于企业而言,该如何发挥第三代半导体的综合优势呢?吴桐博士表示,于安森美而言,首先是要垂直整合,保证稳定的供应链,可长期规划的产能布局以及达到客观的投资回报率其次是在技术研发上继续发力,比如Rsp等参数,相比行业水准,实现用更小的半导体面积实现相同功能,这样单个器件成本得以优化第三是持续地提升FE/BE良率,等效的降低成本第四是与行业大客户共同开发定义新产品,保证竞争力以及稳定的供需关系最后也是重要的一点,要帮助行业共同成长,蛋糕做大,产能做强,才能使得单价有进一步下降的空间。
第三代半导体产业究竟掀起了多大的风口?根据《2020“新基建”风口下第三代半导体应用发展与投资价值白皮书》内容:2019年我国第三代半导体市场规模为94.15亿元,预计2019-2022年将保持85%以上平均增长速度,到2022年市场规模将达到623.42亿元。
其中,第三代半导体衬底市场规模从7.86亿元增长至15.21亿元,年复合增速为24.61%,半导体器件市场规模从86.29亿元增长至608.21亿元,年复合增速为91.73%。
得益于第三代半导体材料的优良特性,它在 光电子、电力电子、通讯射频 等领域尤为适用。具体来看:
光电子器件 包括发光二极管、激光器、探测器、光子集成电路等,多用于5G通信领域,场景包括半导体照明、智能照明、光纤通信、光无线通信、激光显示、高密度存储、光复印打印、紫外预警等
电力电子器件 包括碳化硅器件、氮化镓器件,多用于新能源领域,场景包括消费电子、新能源汽车、工业、UPS、光伏逆变器等
微波射频器件 包括HEMT(高电子迁移率晶体管)、MMIC(单片微波集成电路)等,同样也是用在5G通信领域,不过场景则更加高端,包括通讯基站及终端、卫星通讯、军用雷达等。
现阶段,欧美日韩等国第三代半导体企业已形成规模化优势,占据全球市场绝大多数市场份额。我国高度重视第三代半导体发展,在研发、产业化方面出台了一系列支持政策。国家科技部、工信部等先后开展了“战略性第三代半导体材料项目部署”等十余个专项,大力支持第三代半导体技术和产业发展。
早在2014年,工信部发布的《国家集成电路产业发展推进纲要》提出设立国家产业投资基金,重点支持集成电路等产业发展,促进工业转型升级,同时鼓励社会各类风险投资和股权投资基金进入集成电路领域在去年全国人大发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中,进一步强调培育先进制造业集群,推动集成电路、航空航天等产业创新发展。瞄准人工智能、量子信息、集成电路等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。
具体来看当前主要应用领域的发展情况:
1.新能源汽车
新能源汽车行业是未来市场空间巨大的新兴市场,全球范围内新能源车的普及趋势明朗。随着电动汽车的发展,对功率半导体器件需求量日益增加,成为功率半导体器件新的经济增长点。得益于碳化硅功率器件的高可靠性及高效率特性,在车载级的电机驱动器、OBC及DC/DC部分,碳化硅器件的使用已经比较普遍。对于非车载充电桩产品, 由于成本的原因,目前使用比例还相对较低,但部分厂商已开始利用碳化硅器件的优势,通过降低冷却等系统的整体成本找到了市场。
2.光伏
光伏逆变器曾普遍采用硅器件,经过40多年的发展,转换效率和功率密度等已接近理论极限。碳化硅器件具有低损耗、高开关频率、高适用性、降低系统散热要求等优点,将在光伏新能源领域得到广泛应用。例如,在住宅和商业设施光伏系统中的组串逆变器里,碳化硅器件在系统级层面带来成本和效能的好处。
3.轨道交通
未来轨道交通对电力电子装置,比如牵引变流器、电力电子电压器等提出了更高的要求。采用碳化硅功率器件可以大幅度提高这些装置的功率密度和工作效率,有助于明显减轻轨道交通的载重系统。目前,受限于碳化硅功率器件的电流容量,碳化硅混合模块将首先开始替代部分硅IGBT模块。未来随着碳化硅器件容量的提升,全碳化硅模块将在轨道交通领域发挥更大的作用。
4.智能电网
目前碳化硅器件已经在中低压配电网开始了应用。未来更高电压、更大容量、更低损耗的柔性输变电将对万伏级以上的碳化硅功率器件具有重大需求。碳化硅功率器件在智能电网的主要应用包括高压直流输电换流阀、柔性直流输电换流阀、灵活交流输电装置、高压直流断路器、电力电子变压器等装置中。
第三代半导体自从在2021年被列入十四五规划后,相关概念持续升温,迅速成为超级风口,投资热度高居不下。
时常会听到业内说法称,第三代半导体国内外都是同一起跑线出发,目前大家差距相对不大,整个产业发展仍处于爆发前的“抢跑”阶段,对国内而言第三代半导体材料更是有望成为半导体产业的“突围先锋”,但事实真的是这样吗?
从起步时间来看,欧日美厂商率先积累专利布局,比如 英飞凌一直走在碳化硅技术的最前沿,从30年前(1992年)开始包含碳化硅二极管在内的功率半导体的研发,在2001年发布了世界上第一款商业化碳化硅功率二极管 ,此后至今英飞凌不断推出了各种性能优异的碳化硅功率器件。除了产品本身,英飞凌在2018年收购了Siltectra,致力于通过冷切割技术优化工艺流程,大幅提高对碳化硅原材料的利用率,有效降低碳化硅的成本。
安森美也是第三代半导体产业布局中的佼佼者,据笔者了解, 安森美通过收购上游碳化硅供应企业GTAT实现了产业链的垂直整合,确保产能和质量的稳定。同时借助安森美多年的技术积累以及几年前收购Fairchild半导体基因带来的技术补充,安森美的碳化硅技术已经进入第三代,综合性能在业界处于领先地位 。目前已成为世界上少数提供从衬底到模块的端到端碳化硅方案供应商,包括碳化硅球生长、衬底、外延、器件制造、同类最佳的集成模块和分立封装方案。
具体到技术上, 北京大学教授、宽禁带半导体研究中心主任沈波 也曾提出,国内第三代半导体和国际上差距比较大,其中很重要的领域之一是碳化硅功率电子芯片。这一块国际上已经完成了多次迭代,虽然8英寸技术还没投入量产,但是6英寸已经是主流技术,二极管已经发展到了第五代,三极管也发展到了第三代,IGBT也已进入产业导入前期。
另外车规级的碳化硅MOSFET模块在意法半导体率先通过以后,包括罗姆、英飞凌、科锐等国际巨头也已通过认证,国际上车规级的碳化硅芯片正逐渐走向规模化生产和应用。反观国内,目前真正量产的主要还是碳化硅二极管,工业级MOSFET模块估计到明年才能实现规模量产,车规级碳化硅模块要等待更长时间才能量产。
泰科天润也直言,国内该领域仍处于后发追赶阶段:器件方面,从二极管的角度, 国产碳化硅二极管基本上水平和国外差距不大,但是碳化硅MOSFET国内外差距还是有至少1-2代的差距 可靠性方面,国外碳化硅产品市场应用推广较早,积累了更加丰富的应用经验,对产品可靠性的认知,定义以及关联解决可靠性的方式都走得更前一些,国内厂家也在推广市场的过程中逐步积累相关经验产业链方面,国外厂家针对碳化硅的材料优势,相关匹配的产业链都做了对应的优化设计,使之能更加契合的体现碳化硅的材料优势。
OFweek维科网·电子工获悉,泰科天润在湖南新建的碳化硅6寸晶圆产线,第一期60000片/六寸片/年。此产线已经于去年实现批量出货,2022年始至4月底已经接到上亿元销售订单。 作为国内最早从事碳化硅芯片生产研发的公司,泰科天润积累了10余年的生产经验,针对特定领域可以结合自身的研发,生产和工艺一体化,快速为客户开发痛点新品 ,例如公司全球首创的史上最小650V1A SOD123,专门针对解决自举驱动电路已经替换高压小电流Si FRD解决反向恢复的痛点问题而设计。
虽然说IDM方面,我国在碳化硅器件设计方面有所欠缺,少有厂商涉及于此,但后发追赶者也不在少数。
就拿碳化硅产业来看,单晶衬底方面国内已经开发出了6英寸导电性碳化硅衬底和高纯半绝缘碳化硅衬底。 山东天岳、天科合达、河北同光、中科节能 均已完成6英寸衬底的研发,中电科装备研制出6英寸半绝缘衬底。
此外,在模块、器件制造环节我国也涌现了大批优秀的企业,包括 三安集成、海威华芯、泰科天润、中车时代、世纪金光、芯光润泽、深圳基本、国扬电子、士兰微、扬杰科技、瞻芯电子、天津中环、江苏华功、大连芯冠、聚力成半导体 等等。
OFweek维科网·电子工程认为,随着我国对新型基础建设的布局展开和“双碳”目标的提出,碳化硅和氮化稼等第三代半导体的作用也愈发凸显。
上有国家支持政策,下有新能源汽车、5G通信等旺盛市场需求, 我国第三代半导体产业也开始由“导入期”向“成长期”过渡,初步形成从材料、器件到应用的全产业链。但美中不足在于整体技术水平还落后世界顶尖水平好几年,因此在材料、晶圆、封装及应用等环节的核心关键技术和可靠性、一致性等工程化应用问题上还需进一步完善优化。
当前,全球正处于新一轮科技和产业革命的关键期,第三代半导体产业作为新一代电子信息技术中的重点组成部分,为能源革命带来了深刻的改变。
在此背景下,OFweek维科网·电子工程作为深耕电子产业领域的资深媒体,对全球电子产业高度关注,紧跟产业发展步伐。为了更好地促进电子工程师之间技术交流,推动国内电子行业技术升级,我们继续联袂数十家电子行业企业技术专家,推出面向电子工程师技术人员的专场在线会议 「OFweek 2022 (第二期)工程师系列在线大会」 。
本期在线会议将于6月22日在OFweek官方直播平台举办,将邀请国内外知名电子企业技术专家,聚焦半导体领域展开技术交流,为各位观众带来技术讲解、案例分享和方案展示。
国内最大的自主汽车品牌生产基地，长城徐水基地，将会面临停产，除此之外还包括重庆永州的生产线。
原因就是因为车载芯片供应不上，而国产生产线又难挑大梁。
这两个都是非常大的生产线，我们拿长城徐水基地举例，它一共分为3期，总投资超过300亿人民币，年产量是100万辆车，其生产的车型包括哈弗HHHH4，WEY VV5，等等。
此次停产将要波及的车型有哈弗H长城炮、坦克300，相信大家都不陌生，其实不单单是国内市场年龄停产，从2020年年底开始，全球的车企巨头，包括大众、福特、通用、戴姆勒等多家企业都面临停产，只不过咱们国内最为严重。
国产汽车因为芯片问题而被“掐脖子”，这个问题难免让大家联想到华为芯片被“掐脖子”，这两件事情真是太像了，所以有些观众可能就会不假思索地认为，咱们国产车载芯片的实力为什么也这么差？是不是又是光刻机的问题？或者是芯片设计赶不上外国啥啥的？
实际上，华为面临的芯片问题，和国产车载芯片面临的芯片问题完完全全是两码事。
我们从手机芯片开始说起。
手机芯片一个最主要的特征就是，变化快，什么变化快呢？ 首先是芯片的数量，以及，无论懂不懂，买手机都要看看的“芯片制程” ，也就是所谓的“这个芯片是多少纳米的工艺”。
作为消费级电子产品，手机的芯片数量一直在做减法，相比起数十年前的手机，现在的手机，比如它已经将CPU（处理器），GPU（图形处理器），RAM（运行内存），Modem（通信模块），ISP（图像处理），DSP（数字信号处理），Codec（编码器）全部集成在了一个小小的SOC当中，而芯片的工艺，也就是制程，也遵循着摩尔定律，从20年前，英特尔奔腾4代的90纳米，迅速地提升到现在AMD锐龙Zen3的7纳米。
这个芯片的“浓缩”有好处也有坏处，好处当然就是，手机可以做得越来越薄，越来越现代，但问题就是，这么多功能模块都集成在一个芯片上，这要是出了问题，比如芯片损坏，那你也就该换新手机了。
实际上，汽车芯片要面对的问题也就在这，工艺越精细的芯片，它出错的概率就越大，这要是手机，也就修一修，最多就是换一部，但这要是放在汽车上，这就很危险了，有车的观众，谁都不愿意遇到自己正开着车，突然某个电子元件失灵这种事情。
不仅咱们车主不愿意遇到，车企也会尽量避免这种情况。
所以，车载芯片，首先要解决的就是可靠的问题。
而车载芯片也就为此演化出了两个明显的区别于手机芯片的特征。
第一，车载芯片的数量多，种类杂
第二，车载芯片的工艺非常“落后”。
车载芯片种类多就能“ 分担单个芯片损坏对于驾车的风险 ”，不至于一块芯片故障而导致整车的事故。
咱们拿一辆在市场上能买到的典型燃油车举例。
这辆车一般是采用分布式 E/E 架构，也就是电子元器件分布在车辆全身各处的这种架构。
车上的这些芯片，按照功能划分可以分成这么三类：
第一类：负责算力和处理，这个就和电脑中的CPU一样，比如现在几十万一台的车，它就有自动泊车的功能，就要用到自动驾驶芯片，还有机车处理器，或者用于发动机、底盘、车身控制的传统MCU；
第二类：负责功率转换的芯片，比如测量发动机功率的芯片，转速的芯片；
第三类：各种传感器芯片，比如倒车雷达，还有车灯，雨刷，检测车况的这些芯片。
大家听了上面的，也能感觉到， 第一类芯片是车辆最重要的“心脏”，这个也是要求工艺和可靠性最高的 ，它们数量最少，采用的大多是28纳米以下的工艺，这个的算力已经不输给手机个计算机了，比如斯拉Model 3的大脑HW3.0采用16nm制程。
但这里有个问题，那就是像特斯拉Model 3这种，虽然用的可以算的世界上最先进的车载芯片，功能强大，你看都能自动驾驶了，但这样真的就很好吗？
越复杂的芯片，它出错的概率也就越高 ，这里倒也不是说芯片“死机”或者烧毁这种重大的问题，但也许就有时候，时不时地会卡一下，就像咱们手机卡一样，但如果你是在开车的时候，看到前面有车，你就点刹车，如果这个刹车的信号传到车载芯片的时候，刚好它卡了，处理慢了，这个刹车的指令没有及时传到制动器，这就会酿成交通事故，甚至威胁到生命。
你看像2020年1月，郑州的一名女士买的新的特斯拉，不就是刹车失灵发生了追尾，结果去找特斯拉官方理论的时候，还被“恶意驱逐”，最后连最基本的行车记录数据都没拿到。
但如果我们用“车载芯片失灵”的角度想想，如果确实是芯片系统性的设计问题， 那按照这种问题的严重性，说不定之后特斯拉的交通事故就会很多，所以，按照这个思路，特斯拉拒不交出行车数据，那还真说得过去，因为说不定这个行车数据里面就完全没有当时刹车的指令嘛。
咱们再说回这次的国产汽车车载芯片短缺的问题。
虽然说这次芯片短缺的也是第一类芯片，但不是像特斯拉HW3.0这种“高级货”，而是制作工艺为90nm-130nm的“古董货”，但这种“老古董”的好处就是可靠，无论是使用5年还是15年，它都不会故障。
对芯片等级的划分，按照从好到坏，一般分为，军工级、车规级、工业级和消费级， 汽车上的芯片自然是车规级，咱们的手机芯片，就是消费级。
不同级别的芯片也意味着要求也不同，比如车规级，它就要求要在零下40摄氏度到零上80摄氏度，这个范围区间内都要正常工作，有的像发动机转速的芯片，甚至还要保证在上百度的温度下还能正常工作，而且还需要它抗冲击，寿命至少也要15年以上。
那消费级呢？
它要求的工作温度只需要在0——40摄氏度这个区间就可以，抗冲击的能力较弱，寿命也往往在1——3年，这也就是为什么你的手机用了一两年之后会变慢的主要原因。
这里咱们顺道提一句，那就是像航天器中的CPU，那就属于军工级，比如像咱们嫦娥飞船上的，就是咱们自己的国产CPU，这也是国家级的机密，是不允许出口的。
了解点电子产品的观众可能听说过一个词叫良品率，而对于车规级和消费级芯片的良品率，行业内部的标准是：
手机芯片的不良率可以到万分之2，而汽车芯片的不良率至少是百万分之1，这相差了两个数量级。
但现在的车企为了保证车辆安全性，防止车辆因为芯片故障被起诉这种事情，他们往往会要求车载芯片的不良率是0。
没错，就是零，因为哪怕一个小小的车载半导体发生故障，就可能引起交通事故、危及生命。因此，必须保证“零不良率”，无论是生产100万个产品、还是生产1,000万个产品，都要保证100%良率，不存在“不良率ppm”这一定义，而只有必须要“零不良率”。
所以你看车企为了保证自己产品的可靠性那是多拼啊，但是，在这样苛刻的标准下，供货商和车企之间就会形成“产线认定”这种关系。
车企会深度地参与到芯片的生产中，直至符合自己的要求，随后就一直用这家芯片厂的这条生产线生产出的芯片。
而这个过程一般需要半年到一年的时间，而正因为要求极高，而相互磨合的时间也很长，所以，即便是今后这家半导体工厂因为种种原因减产，车企也不会轻易转移到其他工厂生产。
但你别看车载芯片对芯片生产商要求这么高，又是近乎100%的良品率，又是磨合时间那么长，但车载芯片的利润真的不高，其中一个主要原因就是，车企原本就对成本非常敏感，芯片厂商只能把价格压得很低，这不像手机，一个饥饿营销，这手机随随便便就能多花个一两千块。
另一个原因就是，能够满足此类性能的芯片都是需要进行认证的，现在行业的标准是由
汽车电子委员会AEC，这个机构发布，芯片厂商要满足这个行业标准也不容易，国内就更是没有几家。
所以，因为上述种种，愿意生产的厂家也就不会很多，自然也就更容易受到原材料短缺、疫情等突发情况的影响。
但好巧不巧，2020年就真的有疫情。
当时因为疫情的扩散，大部分机构都预测未来汽车的销量会大幅下降，所以，许多芯片厂商都没有开足马力生产，其实不仅仅是汽车半导体，整个半导体产业，从材料开始，其备货都减少了， 谁知道咱们中国市场汽车销量在下半年猛然复苏，芯片产量一下子就跟不上了。
虽说“亡羊补牢，为时未晚”，但整个芯片生产链很长，从半导体的材料，制造，封装，测试，其中还有大量复杂的报关，物流，这一系列时间加起来，交货的时间也至少是半年起步，再加上明显消费类芯片利润高，出货量也大，这也就把原本用来生产车载芯片的原材料消耗掉了。
所以，本身生产商就少，利润还不高，原材料还短缺，国内又没有厂商能挑大梁，这种种原因夹杂在一起，造成了国产车的车载芯片短缺。
中国汽车产业规模占全球的30%以上，每年销售的汽车有2800万辆，这样算下来，每年进口汽车芯片的市场就由千亿元。
但目前，排名前十的半导体供应商：恩智浦、瑞萨电子、英飞凌、意法半导体、博世、德州仪器、安森美、罗姆半导体、东芝、亚德诺，他们掌握了全球80%以上的市场份额，全球TOP40的半导体生产商，掌控了车载半导体95%以上的市场份额，这其中，又有几家是中国企业呢？
目前国产的汽车芯片只占全球产能的4.5%，关键零部件进口比例更是超过90%。
现在回过头来想想，之前是手机芯片被外国“掐脖子”，现在又是“车载芯片被掐脖子”， 这总给人一种怎么咱们的科技实力这么弱的感觉？
这实际上是一种错觉，咱们之前没有这种体验，是因为当时咱们根本够不到这个技术门槛，现在够到了 ，外国感觉到威胁了，开始限制出口了，咱们才感觉到掐脖子，这不仅仅是一种危险，更是一种机遇，这说明咱们已经有能力抢占科技市场上那最大的一块蛋糕。
而那些看到中国在变强，却只会用科技封锁来遏制中国发展的国家，我只想告诉他们两个字“没用”。
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