從自研芯片到800V,碳化硅上車革命“進(jìn)行時(shí)”

作者 | 發(fā)布日期 2024 年 06 月 11 日 16:49 | 分類 功率

自研芯片、800V SiC高壓平臺(tái)……新能源車的半導(dǎo)體革命?

汽車行業(yè)的“自研芯片派”正在持續(xù)擴(kuò)大。

5月30日,吉利汽車正式發(fā)布了聯(lián)合星紀(jì)魅族共同打造的“銀河Flyme Auto”智能座艙系統(tǒng)。據(jù)悉,銀河Flyme Auto采用的是吉利自研并量產(chǎn)了的7nm車規(guī)級(jí)座艙芯片“龍鷹一號(hào)”,其內(nèi)置了8核CPU、14核GPU,支持2.5K高清視頻播放,同時(shí)具備更高階的AI應(yīng)用持續(xù)拓展實(shí)力。

而就在不久前,本田汽車也宣布,將與IBM簽訂諒解備忘錄,計(jì)劃共同研發(fā)軟件定義汽車(SDV)的下一代半導(dǎo)體和軟件技術(shù)。這一合作旨在加速智能/人工智能技術(shù)在2030年及以后的應(yīng)用,特別是在自動(dòng)駕駛和先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)領(lǐng)域。

近年在車用芯片技術(shù)研發(fā)上有所布局的并不止吉利及本田。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),上汽、一汽、北汽、廣汽、東風(fēng)、吉利、比亞迪、長(zhǎng)城、理想、小鵬、蔚來(lái)等一系列車企品牌均已對(duì)汽車芯片進(jìn)行布局。
當(dāng)下,幾乎所有的科技產(chǎn)品,都離不開(kāi)芯片的加持。隨著電動(dòng)化和智能化成為全球汽車行業(yè)的重要風(fēng)向,車企入局汽車芯片自研領(lǐng)域也已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。

誰(shuí)在自研芯片?

過(guò)去,車企所需的半導(dǎo)體主要依賴一級(jí)供應(yīng)商。而兩三年前的“缺芯”潮使得車企在減產(chǎn)、漲價(jià)、延遲交付,甚至工廠停產(chǎn)的情況下,更加重視零部件自給自足。

以在自研技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)深耕,涉足的芯片類別也較多的比亞迪為例,早在2005年,其旗下的比亞迪半導(dǎo)體便開(kāi)啟了IGBT自研之路,從事功率半導(dǎo)體、智能控制MCU、智能傳感器及光電半導(dǎo)體的研發(fā)生產(chǎn),現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)知名的IGBT制造商。

自研芯片方面,比亞迪半導(dǎo)體還涉足多款車規(guī)級(jí)芯片,2020年,其為發(fā)布的漢EV高性能四驅(qū)版提供了SiC芯片。此前36氪報(bào)道,比亞迪的智能駕駛芯片自研計(jì)劃由比亞迪半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)牽頭。今年一月,比亞迪官方其“夢(mèng)想日”活動(dòng)上表示,比亞迪全棧自研的智能駕駛,以及全產(chǎn)業(yè)鏈自研自造的實(shí)力,可以大幅度降低智駕體驗(yàn)的門檻。

這些自研技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),使得比亞迪在整個(gè)汽車行業(yè)受“缺芯”困擾的三年疫情期間,依然能夠保證供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性,并實(shí)現(xiàn)了銷量突破。

參考比亞迪的做法,直接投入自主研發(fā),以保證零部件的穩(wěn)定供應(yīng),已經(jīng)成為多家車企的共識(shí)。
以“蔚小理”為代表的造車新勢(shì)力車企就在加碼自研芯片,力圖追趕龍頭車企比亞迪及特斯拉,并在激烈的新勢(shì)力車企競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地。

其中,新勢(shì)力車企中投入力度相對(duì)較大、步伐較為快速的蔚來(lái),在去年年底,公布了其自研的第一款芯片產(chǎn)品——激光雷達(dá)主控芯片“楊戩”。該自研芯片將為激光雷達(dá)降低50%的功耗,延遲降低30%,同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了降本。同時(shí),還與圖達(dá)通獵鷹LiDAR配合,替代原有的FPGA和ADC等價(jià)值不菲的第三方芯片,宣稱將為蔚來(lái)每輛車節(jié)省幾百元的BoM成本。

理想汽車方面,近段時(shí)間以來(lái),自研芯片的布局動(dòng)態(tài)可謂緊鑼密鼓:2023年年初已開(kāi)始布局自動(dòng)駕駛芯片及自研車規(guī)級(jí)MCU芯片,功率半導(dǎo)體產(chǎn)線也已經(jīng)動(dòng)工;同年11月更是曾有消息稱其在新加坡組建團(tuán)隊(duì),從事SiC功率芯片的研發(fā)。而安森美也于今年1月正式宣布與理想汽車?yán)m(xù)簽長(zhǎng)期供貨協(xié)議。
如今車企關(guān)注自研技術(shù)的原因,還源自對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的控制和提升競(jìng)爭(zhēng)力的需求。

在當(dāng)下“沒(méi)有最低只有更低”、技術(shù)及價(jià)格持續(xù)內(nèi)卷的汽車行業(yè),不少車企盈利下滑,陷入“降價(jià)會(huì)死、不降價(jià)死得更快”的兩難境地。

面對(duì)日趨激烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng),想要在一輪又一輪的行業(yè)洗牌中活下來(lái),車企必須在成本端留出足夠生存的空間。與此同時(shí),還要提升技術(shù)壁壘,建造自身的“護(hù)城河”。

而在自研技術(shù)中,自研芯片不但需要投入更多研發(fā)成本、門檻更高,還允許車企按照自身產(chǎn)品的特定需求來(lái)設(shè)計(jì)芯片,可以在建立更難以“攻破”的技術(shù)門檻的同時(shí),更好地控制成本、優(yōu)化性能和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化。例如,特斯拉自研的FSD芯片就專門為自動(dòng)駕駛功能設(shè)計(jì),通過(guò)優(yōu)化處理速度和能效,提升了整車的自動(dòng)駕駛性能,其FSD技術(shù)也成為了特斯拉核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。

車企爭(zhēng)奪領(lǐng)域—碳化硅“上車量”

從功率半導(dǎo)體到MCU芯片,從傳感器芯片到座艙SoC,從存儲(chǔ)芯片到通信芯片,從小算力ECU到大算力AI芯片……隨著新能源智能汽車技術(shù)的迅速發(fā)展,汽車的“含芯量”無(wú)疑被推到了一個(gè)新的高度。車載芯片已經(jīng)成為車企的新競(jìng)爭(zhēng)賽道。

此外,800V碳化硅(SiC)高壓平臺(tái)、自主研發(fā)電機(jī)技術(shù)和電池技術(shù),也與芯片技術(shù)緊密相關(guān),尤其是在電動(dòng)汽車的系統(tǒng)控制和能源效率管理方面。

其中,隨著800V高壓超充開(kāi)始成為中高端車型的標(biāo)配,碳化硅的“上車量”,也成為車企們爭(zhēng)奪的技術(shù)領(lǐng)域:自2018年特斯拉率先將意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的第二代SiC應(yīng)用于Model 3以來(lái),碳化硅提高效率、支持高壓快充技術(shù)、耐高溫性能、減輕重量和體積等優(yōu)勢(shì)被業(yè)界所熟知并接受。如今,汽車產(chǎn)品采用碳化硅功率器件,就如同為其貼上了高性能、高端的專屬標(biāo)簽,其定價(jià)也就水漲船高。

業(yè)界普遍認(rèn)為,單純將IGBT替換為碳化硅,主驅(qū)逆變器的效率能提升5%-10%。

從成本效益來(lái)看,雖然碳化硅的初始成本可能高于傳統(tǒng)硅基器件,但其在提高效率和性能方面的長(zhǎng)期收益使得這一投資變得劃算,特別是對(duì)于追求高性能和高效率的中高端車型。

理想汽車就曾在去年的一次電話會(huì)議中提到,800V+SiC可以將效率提升15%。以2021年電池成本132美元/kWh來(lái)算,假設(shè)采用碳化硅將效率提升10%,那么一輛100kWh的電動(dòng)汽車,在同樣的續(xù)航里程情況下,電池成本可以節(jié)省1320美元。

自籌備以來(lái)就受全網(wǎng)關(guān)注的小米汽車,就因“全系全域碳化硅”而引發(fā)熱議。小米汽車方面表示,小米SU7 Max采用小米自研800V碳化硅高壓平臺(tái),最高電壓達(dá)到871V。小米汽車產(chǎn)品經(jīng)理潘曉雯更是發(fā)文稱:“小米SU7全系全域碳化硅,不僅前后電驅(qū)都是碳化硅,就連車載充電機(jī)(OBC)和熱管理系統(tǒng)的壓縮機(jī)都用了碳化硅?!?/p>

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),上汽、廣汽、吉利、長(zhǎng)安、蔚來(lái)、小鵬、理想等主流車企均推出了800V高壓車型。市面上已經(jīng)發(fā)布的800V高壓車型已超過(guò)50款,其中部分車型為自研的800V高壓平臺(tái)。而華為主導(dǎo)合作的車型中,阿維塔11和12、北汽阿爾法S·HI版、智界S7、問(wèn)界M9等車型均支持800V高壓快充。

第三代半導(dǎo)體材料如碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN),相比傳統(tǒng)的硅(Si)材料,具有更高的電子遷移率、更好的熱穩(wěn)定性和更高的耐電壓特性。這些特性使第三代半導(dǎo)體在高頻、高功率和高溫環(huán)境下表現(xiàn)出色,非常適合用于電動(dòng)車和通信設(shè)備等高要求應(yīng)用。

通過(guò)整合自研芯片和第三代半導(dǎo)體技術(shù),車企能夠在技術(shù)和成本上獲得更大的優(yōu)勢(shì),從而在未來(lái)的市場(chǎng)中占據(jù)更有利的位置。

根據(jù)TrendForce集邦咨詢的數(shù)據(jù),SiC功率元件的前兩大應(yīng)用為電動(dòng)汽車與再生能源領(lǐng)域,2022年市場(chǎng)產(chǎn)值分別達(dá)到10.9億美元和2.1億美元,占整體SiC功率元件市場(chǎng)產(chǎn)值的67.4%和13.1%。

TrendForce集邦咨詢預(yù)期,至2026年SiC功率元件市場(chǎng)產(chǎn)值可望達(dá)到53.3億美元。主流應(yīng)用仍將依靠電動(dòng)汽車和再生能源,電動(dòng)汽車的市場(chǎng)產(chǎn)值預(yù)計(jì)可達(dá)39.8億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)約38%;再生能源則達(dá)4.1億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率約19%。

結(jié) 語(yǔ)

回到最初的問(wèn)題:為何車企要自研芯片?

在車企的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天,掌握自主研發(fā)芯片技術(shù),不但能減少對(duì)外部供應(yīng)鏈的依賴、增強(qiáng)市場(chǎng)適應(yīng)性、在成本控制和技術(shù)創(chuàng)新上擁有更大的主動(dòng)權(quán),也已經(jīng)成為了市場(chǎng)評(píng)判一個(gè)車企競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)準(zhǔn)。

此前一概被業(yè)界認(rèn)為是“重制造、輕智能”的比亞迪無(wú)疑也意識(shí)到了這點(diǎn)——今年4月24日,比亞迪董事長(zhǎng)王傳福在地平線2024智駕科技產(chǎn)品發(fā)布會(huì)上表示:“新能源車上半場(chǎng)看電池,下半場(chǎng)看芯片?!毙履茉窜嚨陌雽?dǎo)體革命正在持續(xù)。

在電動(dòng)化與智能化大勢(shì)下,全球汽車市場(chǎng)也在急速前行,推動(dòng)第三代半導(dǎo)體高歌猛進(jìn)發(fā)展:碳化硅簽單不斷,8英寸碳化硅晶圓持續(xù)放量;氮化鎵應(yīng)用市場(chǎng)逐步擴(kuò)展,正向數(shù)據(jù)中心、可再生能源以及新能源汽車市場(chǎng)持續(xù)推進(jìn),未來(lái)前景廣闊。

6月19日(周三),TrendForce集邦咨詢將在深圳福田隆重舉辦“2024集邦咨詢半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高層論壇(TrendForce Semiconductor Seminar 2024)”。

屆時(shí),集邦咨詢資深分析師龔瑞驕將發(fā)表《SiC/GaN功率半導(dǎo)體市場(chǎng)格局與應(yīng)用分析》的主題演講,敬請(qǐng)期待?。▉?lái)源:全球半導(dǎo)體觀察)

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