科普丨这次卡住汽车产业“脖子”的为什么是车规级芯片？ ...

什么就了

去年末的汽车芯片短缺扼住了汽车行业的咽喉，这场行业性的供应短缺再次让人们见识了汽车芯片的重要性，有关部门也对此高度重视。
春节前，工业和信息化部装备工业一司、电子信息司与主要汽车芯片供应企业代表进行了座谈交流。工信部装备工业一司、电子信息司建议汽车芯片供应企业高度重视中国市场，加大产能调配力度，提升流通环节效率，与上下游企业加强协同，努力缓解汽车芯片供应紧张问题，为中国汽车产业平稳健康发展提供有力支撑。
相对于对消费级电子芯片的理解，人们似乎对汽车芯片的“杀伤力”存有疑惑。汽车芯片是车规级芯片的通俗叫法，在现代化的汽车产品上，汽车芯片相当于“大脑”。
“随着传统汽车向新能源汽车和智能网联汽车的发展，所搭载的芯片越来越多，对智能性的要求也在提高，此前需靠驾驶员判断的东西现在慢慢交给芯片，这样汽车对芯片的使用量就会越来越多，并且对芯片的算力要求也会越来越高。”中国汽车工业协会副总工程师许海东表示。

                               
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等级仅次于军工级，汽车芯片种类繁多
受制于去年末全球汽车芯片供应紧张，不少大牌车企不得已采取减少，甚至停产的措施来应对，包括大众汽车、福特汽车、通用汽车、本田汽车、斯巴鲁、日产汽车等在内的全球汽车厂商都出现了被迫减产的情况。市场机构IHS Markit预测，2021年第一季度，汽车产量将比最初预期的少约67.2万辆；美国伯恩斯坦研究公司预测称，由于2021年全球范围内汽车芯片短缺，预计今年将造成多达450万辆汽车产量的减少，相当于全球汽车产量的近5%。
很多人对芯片重要性的认识或来源于消费级电子产品，一枚小芯片就能实现强大的功能。如今的汽车功能越来越强大，越来越智能，都可以归因于汽车芯片的应用。
从整个芯片行业的等级划分来看，分别有军工级、车规级、工业级和消费级，其中车规级芯片对于可靠性、一致性和稳定性要求更高，仅次于军工级。
“车规级芯片与消费级芯片有很大不同，车规级芯片需要面临更恶劣的环境，要求可靠性更高，车规级芯片的要求更为严格。”许海东表示，“因此对芯片厂家的汽车芯片生产线要求也更为严格，车规级芯片的生产线可以改造生产其他芯片，但生产其他芯片的生产线无法轻易改造生产车规级芯片。”
从分类上来看，汽车芯片大致分为以下几类，一是负责算力的控制芯片，也就是处理器和控制器芯片，如发动机、底盘和车身控制，以及中控、辅助驾驶（ADAS）和自动驾驶系统等；二是负责功率转换的IGBT功率芯片，一般应用于电动车的电源和接口；三是传感器芯片，主要用于各种雷达、气囊、胎压监测。汽车芯片也可以分为主控芯片、功能芯片、功率芯片和传感器芯片。
从车规级芯片的要求来看，需要适应-40℃到-150℃的极端温度，高振动、多粉尘、有电磁干扰，湿度要适应0%-100%，一般车规级芯片的设计寿命为15年或20万公里。从架构方面来看，车规级芯片需要有独立的安全岛设计，在关键模块、计算模块、总线、内存等，都有ECC、CRC的数据校对，为车规级芯片提供功能安全。
一般来看，一款车规级芯片需要2-3年的时间完成车规认证并进入整车厂供应链，一旦进入后，一般拥有5-10年的供货周期。
汽车芯片相当于汽车大脑，高端车型要装150多种芯片
从1908年第一辆福特T型车下线走出车间，人们形成了对传统汽车的固有认知：“四把椅子+四个轮子+发动机”。这样的认知一直持续到1977年。通用汽车在1977年首次在汽车上搭载电子控制单元（ECU），实现了速度、油箱、里程和发动机等信息的显示。
随后的时间里，车规级芯片在汽车中的重要性不断提高，一辆车不仅可以更快地完成从始发地到目的地的驾驶，还具有娱乐、导航等辅助功能。而二十多年前，汽车开始进入电控时代，如今一辆普通汽车至少安装40种芯片，高端车型则需安装150种以上。据悉，上个世纪70年代，汽车电子元件的成本占比大约为5%左右，2005年汽车电子元件的成本比例大概增长至15%左右，而2019年一辆新车的芯片成本平均为329美元。
在电控汽车时代，芯片早已成为汽车的“决策大脑”以及“遍布全车的神经系统”。举例来讲 ，在纯机械发动机时代，发动机的进排气时机、气门开闭时长完全由凸轮轴和凸轮决定，当发动机被制造出来，其进排气也就固定了。而当发动机进入电控时代，通过电脑智能调节气门开闭时机和时长，有意将进气门延迟关闭，排气门提前开启，让进排气更加充分，提升性能；如果缺少芯片，最直观的表现就是油耗和排放控制的缺失。
此次扼住车企咽喉的是应用于ESP（电子稳定控制系统）中的MCU（微控制单元）和ECU中的MCU，需要用8英寸晶圆打造。ESP是汽车主要安全系统的一部分，是ABS防抱死系统的延伸，上个世纪80年代，ABS还是豪华车的配置，而随着ESP的量产推广，它已成为汽车最基础的安全配置；ECU则是涵盖了诸如调整车窗、座椅、灯光等功能，在如今的中高端车型上，这两类芯片必不可少。
实际上 ，在新能源汽车和自动驾驶的双重驱动下，车规级芯片正在颠覆传统产业，随着ADAS、自动驾驶技术的成熟，需要大量的图像数据、雷达数据处理，汽车厂商对芯片的算力要求也在提高。“随着传统汽车向新能源汽车和智能网联汽车发展，所搭载的芯片越来越多，对智能性的要求也在提高，此前需靠驾驶员判断的东西现在慢慢交给芯片，这样汽车对芯片的使用量就会越来越多，并且对芯片的算力要求也会越来越高。”许海东表示。
实际上，在业内看来，当汽车进入电控时代以及向电气化转型，汽车与芯片就已经密不可分；而此次芯片危机的爆发，或也意味着行业革新正在进行。