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汽车行业为什么出现芯片短缺?如何解决?-比亚迪车规级半导体整体解决方案

时间:2021-11-03 作者:Challey 阅读:
芯片短缺始于汽车行业,对汽车行业的影响也最大,曾有机构统计预测,2021年全球汽车减产超过890万辆。然而,汽车行业为什么会出现这么严重的芯片短缺问题,一直有不同的说法,如何解决,目前也没有一条有效的解决之道。
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芯片短缺始于汽车行业,对汽车行业的影响也最大,曾有机构统计预测,2021年全球汽车减产超过890万辆。然而,汽车行业为什么会出现这么严重的芯片短缺问题,一直有不同的说法,如何解决,目前也没有一条有效的解决之道。

在AspenCore于2021年11月3日举办的全球CEO峰会上,比亚迪半导体总经理陈刚先生从行业现状与比亚迪自身出发分享了目前汽车行业的上述问题,以“芯生态、新发展”为主题,提出了比亚迪车规级半导体整体解决方案。

汽车行业为什么出现严重的芯片短缺?

 

整车需求爆发

近两年,新能源汽车得到了蓬勃发展,尤其是今年,国内新能源汽车发展的态势,从4月开始,中国新能源车迈过10%的渗透率。到了今年9月,已经迅速上升到19.5%。五个月的时间,新能源车的渗透率已经翻了一番,今年底新能源车在中国的渗透率很轻松就可以突破20%。

20%意味着什么?

最近国家各部委对新能源车的发展,前几年给过大概预期,2025年中国新能源车的渗透率可以到达20%左右,可是今年已经轻松突破了20%,这就意味着中国新能源汽车的发展,甚至已经超过了中国几大部委对新能源车的期望。现在传统汽车行业都在找芯片,这是汽车行业芯片短缺的原因之一。

汽车电动化,半导体器件需求增长N倍

汽车电动化,单车半导体价值量是传统燃油车的N倍以上。这个N,没法用具体数字来表达,燃油车不用IGBT,电动车必须要有IGBT,加上电池保护以及管理系统中的器件,还没有算上智能化的大发展,仅仅针对新能源汽车,半导体的量就多了功率器件这部分。最简单的电动化改变,新能源车半导体的价值量,就已经是燃油车的好几倍了。下午思特威也会给大家介绍,新能源车所有的传感器也会大幅度增加,雷达从现在的L1、L2到未来的L4、L5,控制器传感量会大幅增加,这个N到底是3(倍)、4(倍)还是5(倍)?

从燃油车到纯电动轿车,汽车零部件的成本中电子零部件的比重大幅增加。传统机械动力在传动、机械、刹车上,它的效率是几百毫秒,但随着电池能量在电动车上的大幅应用,电的效率可以低于毫秒级,在智能化、安全化以及应用端会大幅增加。

4%的晶圆产能支持20%的应用需求?

“现在全球半导体行业迅猛发展,我们所参与的新能源汽车行业,也在迅猛发展。比亚迪与很多晶圆厂都有沟通,车规半导体占的比重不到4%,全球最大的晶圆工厂表示车规比重就只有4%。4%的晶圆制造,要支持车规半导体未来20%的应用端,这个差距可想而知。”

比亚迪半导体总经理陈刚说。

“以英飞凌和TI为代表的车规企业,我们也希望大家把车规应用端的比例提升,我们衷心希望,除了比亚迪以外,所有中国半导体行业,不仅仅是从消费类,一定要扩展到今天双峰会的主题:“新工业”,只要大家提到新的工业,不得不提新能源汽车。这个领域,恰恰是中国现在可以快速增长的。除了先进工艺在消费类电子的快速增长以外,车规级的高智能化、高效率的东西,也是我们应该突破的。”

如何让车规级半导体行业全面快速发展,解决芯片短缺问题?

汽车的发展,一定要让车规半导体对汽车行业做一个非常好的支持。

从设计、工艺、封装等方面,提高晶圆“利用率”

对半导体的需求,更高的电流密度、更高的集成度、更高的可靠性、更低的损耗、更低的成本。现在“缺芯”的问题,对半导体的设计、工艺、晶圆制造和封装的角度,大家能不能做到一片晶圆支持更多的汽车?

以IGBT为例,早几年前一片6寸晶圆只能做一辆车,未来可以做1.5辆车、2辆车甚至3辆车,在全球晶圆并不能快速提升产能的情况下,在设计和创新方面,让有限的晶圆支持更多的汽车需求。

三年前,比亚迪从2.5代迈向4.0代,今年会推出6.0代,未来会推出7.0代,目的就是在同样的电流需求情况下,把密度做得更高,把芯片面积做得更小,把损耗做得更低。

包括从封装角度,3D封装在芯片上的应用,实际在功率器件上,是需要高度散热的器件,在所有的封装上,包括真空焊接、各种复合材料、超声波焊接、纳米银烧结以及超小型双面烧结等等,都需要大家集成创新,包括材料、散热、工艺,很多方面都不是一家企业能做的,需要集合中国所有上下游的力量,一起给新能源汽车赋能。

比亚迪IGBT4.0,超级混动DMI核心技术之一,电控效率可以高达98.5%。以英飞凌,包括比亚迪在内,都在功率器件上做突破。

车厂与半导体上下游深度融合

中国以及海外很多企业,都在广泛进入车规行业。经过这两年汽车到电动汽车的大发展,包括这两年芯片短缺的问题,我们越来越发现,信息链传递的困境,也造成了现在新能源汽车半导体的短缺问题,现在很多汽车终端的厂商,已经跟所有半导体的上下游都做了深度融合。传统的垂直协同的模式:主机厂跟Teir1的零部件厂商沟通,零部件厂商再跟模组厂沟通,模组厂跟芯片厂沟通,芯片厂再跟晶圆厂沟通。

“现在已经不能这样了,我们的想法是,未来芯生态的协同模式,需要整车厂、零部件厂、模组厂、芯片设计厂、晶圆厂共同发展。比亚迪现在定期会跟各大晶圆合作伙伴进行讨论,从晶圆厂能拿到新的技术和产业信息,短期来讲,可以让所有的晶圆厂跟芯片设计公司更相信新能源车的大发展。”陈刚表示。

与各个行业的上下游进行充分合作,加快研发进度,缩短验证周期,但产品性能要最优,产品要可靠,要保证供应稳定安全。这是简单垂直协同的模式不能做到的。因此这种协作一定是网状的,各方协同在一起的模式才能实现。

比亚迪车规级半导体解决方案

在分析了汽车行业芯片短缺的原因,提出了解决问题和发展的思路后,陈刚在全球CEO峰会上分享了比亚迪车规级半导体的解决方案。

第一,以高效为核心,重点提升功率半导体的效率,这方面与英飞凌的共识一样,目前以硅基为主,未来

会发展碳化硅基在车上的主控。现在随着电动车的需求,以及电需求的增加,需要更大的功率驱动保障。

第二,以智能、集成为核心,重点提高关键芯片智能化程度,满足车规级高控制能力需求。车上的芯片算力,从现在的30T、60T,未来可能会达到200T、400T甚至上1000T,才能支持大L4、L5的ADAS应用端。

这是比亚迪的布局,功率半导体、智能控制IC、智能传感器、光电半导体、制造服务。

这是比亚迪车上各类对半导体的需求,热管理系统需要IPM、IGBT、MCU,照明也需要MCU,电控需要的更多,包括充电、车身及车载相关系统,以及各类传感器,ADAS系统需要很多的MCU、夜视系统,包括360场景对Sensor的需求,电池管理也需要BIC。中国有很多做BMS的企业,做了很多工业BMS,但汽车行业的BMS明年会非常缺,车规BIC行业未来供应会非常紧张。这方面比亚迪有自己的解决方案。

“我们希望通过人才、创新、市场以及车规级半导体解决方案,做深度地融合,本着宽容、共赢的态度,比亚迪汽车以及比亚迪半导体,愿意与电子行业、新工业领域以及所有半导体同仁合作。我们有信心将新能源及新能源汽车这个千载难逢的大机遇,牢牢地地掌握。” 比亚迪半导体总经理陈刚表示。

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