汽車電子的核心—晶元技術發展研究

前段時間中興遭到美國商務部「封殺」事件引起了廣泛討論。晶元作為核心產業，有不少專家學者提出應該舉國之力攻克我國現代工業的「芯病」。

晶元，是指內含集成電路的矽片，體積微小，是手機、計算機或者其他電子設備的核心所在，可以將其看作電子設備的「大腦」。在信息時代，晶元是各行業的核心基石，汽車、電腦、手機、家電、高鐵、電網、醫療儀器、機器人、工業控制等各種電子產品和系統都離不開晶元。可以說，晶元產業是一個國家高端製造能力的綜合體現，是全球高科技領域的戰略必爭制高點。

當前中國核心集成電路的晶元佔有率

目前全球 IC 產業進入深度調整的轉折期，傳統個人電腦業務進一步萎縮，智能終端市場增速放緩，智能汽車等新興應用成為驅動 IC 發展的重要力量。

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汽車晶元國產化為何步履艱難？

從今年初，科技部認定的164家獨角獸清單可以看出端倪。從各領域分布數量看，164家獨角獸企業主要分布在電子商務領域和互聯網金融領域，二者分別有33和21家獨角獸企業，硬體層面的創新企業屈指可數，晶元企業也只有比特大陸和寒武紀2個作為代表。

晶元一個相關產業鏈很長，而且需要各領域協同的行業。簡單的區分就涉及軟體、計算機、新材料，製造裝備、精密加工，化工原料等不同行業。雖說我國在全產業鏈上都有所布局，但很少有能做到國際頂尖的企業。

晶元這個領域，投入很大，周期很長，風險很高，市場競爭很激烈。過去中國企業，還真沒幾家能玩起來。比如消費級電子產品的手機晶元，雷軍就說過「晶元行業10億起步，10年結果。」晶元研製出來，至少要賣幾千萬件才能收回成本。如果只賣100萬件，對不起，每個晶元的平均研發成本就要1000多塊錢。晶元比市面的手機還貴，這生意就沒法做。車規級晶元更是如此。而且晶元研製出來，放到市場賣，還要面對行業巨頭，傳統晶元巨頭在這個領域深耕很多年，他們不會拱手讓出市場地位。

世界半導體產業併購規模及增長情況

另外晶元技術迭代很快，新一代技術就是比舊一代技術強，晶元追趕者一個沒追上，就會被殺死在半路。幾十億元的投資，說沒就沒，沒有幾家企業能冒得起風險。

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技術差距到底有多大？

目前擁有汽車晶元設計能力的公司都是一些行業巨頭，如英特爾、高通、英偉達等。而有能力同時設計和製造處理器晶元的大廠只有英特爾和三星。

而我國集成電路(IC晶元)產品由於技術、品質等方面還存在諸多不足，總體水平與國際巨頭存在2-5代的差距，同時還存在「供不應求」的問題，自給率不到10%，因此長期高度依賴進口。

儘管目前晶元大約佔新能源汽車製造成本的10%，但隨著汽車智能化、網聯化的到來，晶元所佔的成本將持續提升。預計2020年每輛車將使用1000顆晶元，因此汽車晶元也是汽車產業轉型升級的關鍵。

目前我國汽車晶元需求持續增長，汽車產量和汽車半導體成分是兩個主要因素：

汽車產量方面，中國汽車工業協會數據顯示2016年我國汽車產量超2900萬輛，全球佔比穩步升高；

汽車半導體成分方面，IHS數據顯示，我國2016年每輛汽車半導體成分約為 235 美元，遠低於日本、美國、歐洲水平。

眼下，我國作為全球最大的單一汽車市場，集成電路(IC晶元)已經連續5年進口額超過2000億美元，尤其是2017年我國半導體晶元進口花費已經接近原油進口的兩倍。

國際上主流的晶元誕生場景是：在中國品牌的伺服器上用著美國的eda軟體設計晶元，晶元中可能還用到了來自英國ARM公司的IP，然後到新加坡進行晶元加工製造，在香港交貨以後，送到江蘇封裝測試。我國的大部分晶元也在類似的流程里誕生。這次危機告訴我們，這樣的流程有多脆弱。上述環節，除了封裝尚能自足外，最頂尖的技術能力全部都被卡脖子。

我們具體看一下當前我國在集成電路各個環節的情況：

IC設計：大陸地區在這個領域主要有以下企業：紫光集團、華為海思、中興微電、匯頂科技、國科微、士蘭微、上海貝嶺和中電華大等。近幾年我國IC設計的成長還是有目共睹的，受益於本土市場的催動，2015 年我國 IC 設計業實現了26.5%高速增長，規模達到1325億元，且占我國集成電路產業的比重由2012年的28.8%提升至2015年的36.7%。2016年，我國IC設計業繼續保持了24.10%的高速增長，規模達到了1644.30億元。根據2017年的調研數據顯示，我國大陸地區IC設計業規模僅次於美國和我國台灣地區。

封裝測試：這個領域大陸地區主要的企業有太極實業、華天科技、通富微電、晶方科技、蘇州固得這幾家，看著雖然企業數量不多，但是我國大陸地區在半導體封測上還是具有很強的實力的。在封裝領域，我國企業技術水平和世界一流水平已經不存在代差，體量已經進入世界前三位，且發展速度顯著高於其他競爭對手。2012年，中國大陸地區集成電路封裝測試業的收入僅為805.68億元，2016年變為1523.2億元，是2012年的1.89倍。

晶圓製造：集成電路的三大環節，大陸地區在製造領域最弱小。在晶圓製造方面，大陸地區有中芯國際、華虹半導體、福建晉華和晶合科技等潛力股。雖然當前大陸地區晶圓製造不強，但近年發展勢頭很猛。據SEMI統計，2017到2020年全球計劃興建晶圓廠62座，其中26座將落戶中國，佔比達到40%。

縱觀整個半導體產業鏈，還有一個領域我們不得不重視，那就是半導體設備，晶圓製造產業落後和設備落後有很大的關係。

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是否能實現追趕

中國真的沒有晶元技術嗎？答案是否定的。單純的計算速度，我們沒有問題。 畢竟在上一屆全球超算大賽中，自研申威處理器奪得第一也算出盡風頭。上個月，中科院旗下的寒武紀科技公司發布了我國自主研發的Cambricon MLU100雲端智能晶元，理論峰值速度達每秒128萬億次定點運算，達到世界先進水平。

問題的關鍵在於，即便你有了晶元，即便你的晶元計算速度在實驗室中比別人的還快。但是：

這個CPU在應用場景中的算力如何？是不是大打折扣？

你有了晶元，有系統嗎？有應用嗎？有生態嗎？

主要原因有四：

一是，我國晶元產業起步較晚，缺少技術儲備，國內難以找到相關的高端技術人才來支持研發。根據中國工業和信息化部軟體與集成電路促進中心發布的數據顯示，2017年中國集成電路從業人員總數不足30萬人，缺口40萬人。

二是，摩爾定律表明，晶元產業更新換代速度快，投資較高，回報較慢。一般企業很難有雄厚的資金和資源能力。

三是，技術門檻高。相比其他消費類電子晶元，汽車晶元對可靠性要求更高。一般消費類電子晶元工作溫度在零下20攝氏度~70攝氏度，而車載晶元的工作溫度必須滿足零下40攝氏度~85攝氏度，還要能經受住冷熱衝擊、電磁兼容、抗干擾等壓力。這對汽車晶元供應商形成了一定的技術門檻。

四是，行業協同機制的缺失。

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如何實現突破

業內眾所周知，晶元產業有三大壁壘：資金、技術、人才。晶元產業的發展需要投入大量的人力、物力、財力，而且這些投入在短期內難以看到成效，單個企業的單打獨鬥是遠遠不夠的。說到底，集成電路產業是一個國家綜合國力的比拼。

國內晶元企業應加快開展國內產業鏈企業協同和國際化合作，引進高端技術和人才，提高晶元的設計、工藝、驗證等水平。

隨著高級汽車駕駛輔助系統（ADAS）、自動駕駛、車聯網（V2X）、新能源汽車等新產品和新功能層出不窮，演算法晶元、毫米波雷達、激光雷達、新型MEMS感測器等技術飛速發展。此背景下，全球晶元企業整合併購動作頻繁，半導體產業重心向中國轉移。併購、合併也成為了汽車晶元企業的發展新方向。

國外半導體行業收購事記

國內半導體行業收購事記

表中數據來源：DRAMeXchange

事實上，早在2014年，國家先後出台了《國家集成電路產業發展推進綱要》、《關於集成電路生產企業有關企業所得稅政策問題的通知》等鼓勵性文件，成立了註冊資本為987.2億元的首個國家集成電路產業投資基金，來扶持晶元產業鏈的相關企業，尤其是加大對龍頭企業的扶持，鼓勵企業增加對重點領域關鍵技術的研發投入。繼2014年國家集成電路產業投資基金開始運營後，國家集成電路產業投資基金第二期方案已上報國務院並獲批，二期募資規模將超過1500億元。而中國企業也試圖採取走出去併購的模式，提高技術水平。

而隨著「中國製造2025」等利好政策和「中國芯」等概念的提出、晶元進口替代需求強烈，政府方面的大力支持都將促進國內廠商自主研發晶元，以獲取產業鏈上的高附加值。

而隨著創新投入的不斷加大、創新機制的日益完善、知識產權意識的逐漸提高，我國晶元產業去「空芯化」，雖任重道遠，仍有望實現。

中國的科技短板不僅僅是晶元，科技創新一日千里，沒有人能預見什麼技術是下一個「晶元級的大國重器」，或許只有「企業家精神」的高揚才能實現面向未來的創新。

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