作者簡介：朱晶，北京半導體行業協會 副秘書長；北京國際工程咨詢有限公司，高級經濟師。
全球汽車半導體產業基本情況
（1）汽車半導體的定義和基本要求
汽車半導體是指用于車體汽車電子控制裝置和車載汽車電子控制裝置的半導體產品。按照功能種類劃分，汽車半導體大致可以分為主控/計算類芯片、功率半導體（含模擬和混合信號IC）、傳感器、無線通信及車載接口類芯片、車用存儲器以及其他芯片（如專用ASSP等）幾大類型，而且隨著電氣化以及智能化應用的增多，汽車半導體無論是安裝的數量還是價值仍在不斷增長之中。
大部分汽車半導體需要滿足車規級要求，例如：
一是環境上的要求。其中一個重要要求是溫度要求，汽車對芯片和元器件的工作溫度要求比較寬，根據不同的安裝位置等有不同的需求，但一般都要高于民用產品的要求，比如發動機艙要求-40℃-150℃；車身控制要求-40℃-125℃。而常規消費類芯片和元器件只需要達到0℃-70℃。另外其它環境要求，比如濕度，發霉，粉塵，鹽堿自然環境（海邊，雪水，雨水等），EMC，以及有害氣體侵蝕等，都高于消費類芯片的要求。
二是運行穩定要求。汽車在行進過程中會遭遇更多的振動和沖擊，車規級半導體必須滿足在高低溫交變、震動風擊、防水防曬、高速移動等各類變化中持續保證穩定工作。另外汽車對器件的抗干擾性能要求極高，包括抗ESD靜電，EFT群脈沖，RS傳導輻射、EMC，EMI等分析，芯片在這些干擾下既不能不可控的影響工作，也不能干擾車內別的設備（控制總線，MCU，傳感器，音響，等等）等。
三是可靠性與一致性要求。一是車規級半導體產品壽命周期的要求。一般的汽車設計壽命都在15年20萬公里左右，遠大于消費電子產品壽命要求。二是故障率要求。零公里故障率是汽車廠商最重視的指標之一，而要保證整車達到相當的可靠性，對系統組成的每一個部分要求是非常高的。由于半導體是汽車廠商故障排列中的首要問題，因此車廠對故障率基本要求是個位數PPM（百萬分之一）量級，大部分車廠要求到PPB（十億分之一）量級，可以說對車規級半導體的故障率要求經常是，“Zero Defect”故障零忍受。相比之下，工業級芯片的故障率要求為<百萬分之一，而消費類芯片的故障率要求僅為<千分之三。三是一致性方面，車規級半導體在實現大規模量產的時候還要保證極高的產品一致性，對于組成復雜的汽車來說，一致性差的半導體元器件導致整車出現安全隱患是肯定不能接受的，因此需要嚴格的良品率控制以及完整的產品追溯性系統管理，甚至需要實現對半導體產品封裝原材料的追溯。
四是供貨周期要求。汽車半導體產品生命周期通常會要求15年以上（即整車生命周期均能正常工作），而供貨周期，則可能長達30年。因此對汽車半導體企業在供應鏈配置及管理方面提出了很高的要求，即供應鏈要可靠且穩定，能全生命周期支持整車廠處理任何突發危機。
（2）進入汽車半導體產業的高標準和高壁壘
由于車規級半導體極其嚴苛的可靠性一致性、安全穩定性和產品長效性等要求，大大提高了進入這個行業的標準與門檻。主要體現在：
車規標準多。為滿足車規級半導體對可靠性、一致性、安全性的高要求，企業要通過一系列車規標準和規范。最常見的包括可靠性標準AEC-Q100、質量管理標準ISO/TS 16949、功能安全標準ISO 26262等。AEC-Q100主要用于集成電路（離散部件為AEC -Q101/AQG324，無源部件為AEC- Q200）。而ISO 26262則是用于汽車半導體汽車開發過程中功能性安全的指導標準。近期，國際標準化組織還更新了ISO 26262:2018。在這一版本中，新增了半導體在汽車功能安全環境中的設計和使用指南。此外，還有針對車規級半導體制造相關的VDA6.3等標準。
研發周期長。一家從未涉足過汽車行業的半導體廠商，如果想進入車規級市場，至少要花兩年左右時間自行完成相關的測試并提交測試文件給車廠，并通過相關車規級標準規范的認證和審核，只有通過嚴格考核的企業才能進入汽車前裝供應鏈。此外，車規級半導體廠商需要在產品研發初始階段就開展有效的DFMEA（Design Failure Mode and Effects Analysis的縮寫，即設計失效模式及后果分析）與PFMEA設計（Process Failure Mode and Effects Analysis，即制程失效模式及后果分析），無形中增加了車規級半導體產品的研發周期。
隱形成本高。可靠性是車規產品最關鍵的指標，為提高可靠性而增加的質量管理投入也是車規產品成本高的原因之一，一般汽車行業的百萬產品失效率（DPPM）為個位數，需要非常有效的各級質量管理工具和方法才能實現，這些都是極其隱形但不可省略的投入和成本。
配套要求高。由于可靠性要求，對車規級半導體生產和封裝的規范測試比消費級半導體的同類產品要嚴格得多。比如，安全功能件的配套要求必須要有一條經過ISO 26262 ASIL認證的專用車規級生產線。因此對于汽車半導體廠商而言，只掌握設計部分符合車規級標準還遠遠不夠，還需要找到符合車規級認證，具備車規級半導體產品生產經驗以及長周期穩定供貨的制造及封裝產線，無形中提高了進入車規級市場的難度。因此在汽車半導體行業，IDM（垂直整合）模式是廠商主要的發展模式，2019年全行業 IDM企業貢獻的收入為364.71億美元，占比達到88.9%。
連帶責任大。如果由于汽車半導體導致出現安全問題，模塊供應商甚至半導體廠商將承擔責任，支付包含產品更換、賠償、罰款等等各類支出，對于資金實力相對較弱的中小企業而言，很可能因此而陷入困境，以致于再也不能進入汽車供應鏈。汽車半導體關于安全和可靠性的連帶責任問題，也會使眾多廠商對做出進入車規級市場的選擇慎之又慎。
由于上述汽車半導體產業的高標準和高門檻，把大量缺乏資金實力，缺乏產業配套資源，并且想要快速做出芯片投放市場取得效益的半導體廠商拒之門外。缺乏新玩家的進入，也使得現有汽車半導體企業(Tier2)、零部件供應商(Tier1)、整車廠商(OEM)已形成強綁定的供應鏈關系，對新進企業構成堅實的行業壁壘。
汽車半導體全球市場規模和格局
上世紀五十年代，汽車制造中所采用的半導體產品還不到制造總成本的1%。如今，其成本已經可以多達總成本的35%，并且預計到2030年將增加到50%。除了常見的多媒體娛樂系統、智能鑰匙和自動泊車系統外，汽車半導體還廣泛應用在汽車發動機和變速箱控制系統、安全氣囊、駕駛輔助系統、電動助力轉向、ABS、電子穩定性系統(ESP)、行人保護、胎壓控制、電動車窗、燈光控制、空調系統、座椅調節系統中。汽車半導體產品的大量應用也造就了汽車半導體全球市場的快速增長。
從產業規模上看，來自市場研究機構Gartner的數據顯示，全球汽車半導體市場2019年銷售規模達410.13億美元，預計2022年有望達到651億美元，占全球半導體市場規模的比例有望達到12%，并成為半導體細分領域中增速最快的部分。其中，歐洲汽車半導體2019年產值達到150.88億美元，占到全球汽車半導體總產值的36.79%，為全球第一。美國貢獻了全球第二大汽車芯片收入規模，達到133.87億美元，占全球32.64%。日本汽車半導體2019年產值達到106.77億美元，占比在26.03%。而中國大陸2019年汽車半導體實現銷售收入僅為10億美元左右，占比不到3%，和歐美日相比，差距很大。
表1：汽車半導體產業主要國家/區域市場份額占比及主要汽車半導體領域
（數據來源：Gartner、北京半導體行業協會）
從產品結構來看，汽車功率半導體以及計算、控制類芯片市場規模最大，兩者合計規模達到229億美元，占到了全部汽車半導體市場的55%以上。需求規模位于第三位的是車用傳感器，規模為76.7億美元。而通信及存儲器的市場份額相對較小，但隨著未來汽車安全、互聯、智能、節能的發展趨勢，以及無人駕駛、ADAS、車聯網（V2X）等層出不窮的新產品和新功能逐漸提升滲透率，對通信芯片及車用存儲器的需求將迎來快速增長。此外狂飆的新能源車市場使得汽車電動化對執行層中動力、制動、轉向、變速等系統的影響更為直接，其對功率半導體的需求相比傳統燃油車增長明顯。
表2：汽車半導體產品結構及市場份額
（數據來源：Gartner、北京半導體行業協會）
從產業格局來看，目前全球汽車半導體市場由歐美日等國的巨頭企業占據壟斷地位，在全球前20大汽車半導體廠商中，美國企業數量達到9家，接近一半，歐洲日本企業數量各為5家，但歐洲汽車半導體企業綜合競爭力更強，5家企業中有3家進入全球ToP5。雖然目前全球頭部汽車半導體廠商對于芯片的布局基本涉及全部的汽車模塊分類，但是由于汽車半導體較長的開發周期和較高的技術壁壘，恩智浦，英飛凌，瑞薩，德州儀器，意法半導體等高端市場供應商能夠相對地專注于不同的產品和細分市場。例如排名第一的恩智浦，近一半的汽車半導體銷售是針對特定應用的，均勻分布在分立處理器（計算和控制類芯片），功率半導體和射頻收發器等通信類芯片上。英飛凌的汽車業務銷售目前主要由動力總成和安全領域推動，最大的優勢產品是功率半導體，在其完成對Cypress賽普拉斯的收購后，將超越恩智浦，成為全球規模最大、產品品類最全的汽車半導體廠商。而排名第三的日企瑞薩電子，其汽車半導體收入主要包含車用MCU和車用系統單芯片SoC等計算和控制類芯片、以及車用模擬和電源控制芯片。目前瑞薩在汽車半導體市場的營收占比已經超過整體營收占比的50%。
進入全球前20大汽車半導體廠商排名的最后一家企業來自中國大陸的安世半導體，是由中國大陸企業收購原恩智浦標準件業務而設立的汽車半導體企業，也是目前中國規模最大、水平最高的車規級半導體廠商。全球汽車半導體產業格局非常穩定，并且由于供應鏈和產品驗證周期形成的高壁壘，造成整個產業具有規模量級的新玩家并不多，目前全球超過2億美元銷售規模的企業也僅有35家。
表3：全球前20大汽車半導體企業列表
（數據來源：Gartner、北京半導體行業協會）
我國汽車半導體產業基本情況
1.我國汽車半導體發展情況和主要企業
我國作為全球最大的汽車生產和消費市場，汽車半導體市場也獲得快速發展的機遇。2019年全球汽車半導體產業規模超過400億美元，而我國汽車半導體產業總收入規模僅為10億美元左右，全球占比不到3%，也低于我國整體半導體行業的自主率水平，凸顯我國汽車半導體領域國產化替代空間巨大。無論從自主汽車品牌的供應安全性，還是基于汽車半導體快速增長的市場需求，實現車規級芯片的國產化，都具有十分重要的現實意義及經濟效益。
近年來，我國企業通過收購，將海外優質汽車半導體資產進行整合，為國產替代打開成長空間，成為我國汽車半導體產業快速發展的主要驅動力。而部分在消費級半導體領域做強做大的成熟企業，也在逐步開拓車規級市場的業務。同時部分國內傳統汽車廠商也開始注重產業鏈上下游延拓，積極布局汽車半導體產業。另外在ADAS、智能網聯這些汽車半導體新興領域，國內汽車半導體初創企業不斷涌現。外部收購、成熟企業布局車規半導體業務、以及新興領域創業，成為目前支撐我國汽車半導體發展的主要路徑。
2、我國汽車半導體發展面臨的主要問題
我國汽車半導體產業發展的問題主要表現在以下幾方面：
一是基礎環節的差距巨大。在很多通用和基礎產品領域，國外巨頭企業長期占據壟斷優勢，這種差距也延伸到車規級半導體產業。例如芯片設計無核心架構，半導體制造技術差距明顯，核心高端非車規級半導體嚴重依賴進口，例如處理器、存儲器、高端模擬及功率半導體、傳感器、FPGA、高速接口等芯片，這些非車規級的基礎差距就十分巨大。
二是標準和驗證體系缺乏。國內目前還沒有適用的車規標準，國外雖有AEC-Q和AQG324等標準，但不能完全支持中國的新能源汽車技術發展對半導體性能和可靠性的要求。在車規測試平臺方面，國內雖有部分測試機構和資源，但是大多不具備完整的車規測試能力，且極少做過車規測試。例如，整個行業內沒有能進行碳化硅器件AEC-Q101間歇壽命（IOL）測試的設備。
三是缺乏車規產品驗證機會。國內的半導體企業大多是做消費類電子和工業電子，對汽車行業的技術要求和質量控制要求不清楚，對于汽車行業的通用要求和規范比較陌生，且少于企業通過IATF16949認證。在質量控制，特別是一致性保證能力方面較為薄弱。因此國內半導體企業的產品很難得到上車驗證的機會和試錯機會，且缺乏對錯誤的承擔能力。
四是產業配套環節能力薄弱。目前國內代工制造和封裝企業布局專用車規線的推進較為緩慢，此外在車規級芯片質量管控體系、可靠性驗證測試環境、專業車規級芯片人才培育等車規級半導體產業鏈配套環節建設方面都相對滯后。
表4：我國汽車半導體企業列表
（數據來源：由北京半導體行業協會根據網絡資料整理）
表5：我國汽車半導體在各領域的差距和自主率情況
（數據來源：由北京半導體行業協會根據Gartner數據和網絡資料測算和整理）
我國汽車半導體產業發展有關建議
（1）聚焦重點方向，實現國產車規級半導體產品的突破
一是聚焦功率半導體、車用傳感器、車用計算/控制類芯片等領域，集聚產業鏈上下游資源，以國產品牌大車廠和國內領先Tier1廠商帶動，大平臺支撐、大企業攻關、大工程示范為主要發展思路，加強車用半導體特色制造工藝和新型產品的開發，建議對車規級芯片設計、工藝開發及IP購置實施專項支持，集聚最強創新資源，實現國產車規級半導體產品的核心突破和高端化升級。
二是以增加品種、提高質量和經濟效益為主要目標，加強車企、Tier1與車用半導體廠商的互動，加速國產車規級半導體進入國產汽車供應鏈。
（2）加強平臺建設，解決車規半導體“上車”的共性需求
一是整合國內半導體優勢資源，打造專業的車規半導體測試平臺，解決共性關鍵產品技術和測試技術，推進半導體上車前的車規測試，并與國外產品進行對標測試，以發現自主半導體在技術、可靠性和質量控制能力上的差距。
二是挑選國內具有代表性的企業和產品，通過選定標準、設定檢測和技術路線，來盡快開展器件/模塊測試、系統搭載及整車平臺驗證的工作，以嘗試打通車規半導體測試和上車的路徑。
三是建立統一的車用半導體檢測、認證平臺，以實現汽車級產品、系統設計和認證體系的高可靠性保障。
（3）加強標準布局，構筑中國自主的車規半導體標準體系
一是建議成立中國車規半導體技術委員會，讓整車、零部件、半導體、科研院所等廣泛參與，持續推進構筑中國車規半導體標準體系，全面用于中國的車規半導體檢測認證工作，標準中包含測試方法、測試條件及判定標準，補足標準的缺失。
二是推動半導體企業按照汽車行業的要求建設質量體系，并幫助其提升一致性保證能力。推進基于產品測試和質量審核雙重要求的車規半導體產品認證，為汽車行業做質量背書。
（4）注重協同聯動，助推國產汽車半導體驗證和規模商用
一是依托國家級新能源汽車技術創新平臺，吸納整合國內新能源汽車產業鏈各環節上的優勢企業，成立跨行業的車規級半導體創新應用聯盟，支持聯盟內設計、制造、封裝測試和應用等各個環節的企業開展針對汽車半導體特殊性要求的研發和產業化。
二是實施新能源汽車半導體產業化重大協同聯動創新示范工程，積極搭建產業鏈上下游合作平臺，加強國內車規級存儲器設計企業與后端國產代工、封裝的全面協作，確保從設計到芯片流片全程的高質量發展。幫助現有國內車規級半導體領軍龍頭企業加強與Tier1、整車廠的合作，以實現市場競爭力的進一步提升。
感謝矽成半導體ISSI全球副總裁李鶴先生，以及國家新能源汽車技術創新中心對本文的指導和建議。
