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汽车芯片荒后,中国公司挺进决赛圈

来源:汽车商业评论(温莎)5月21日 10:30

撰文 / 温 莎
编辑 / 黄大路
设计 / 赵昊然

2022年,美国学者克里斯·米勒出了一本很有名的书,叫《芯片战争》,讲述了美日韩欧之间的科技竞争和大国博弈,三个主角人生交错,高潮迭起。

事实上,这本书的全称还有11个字:世界最关键技术的争夺战。

2020年,美国试图用半导体对中国一剑封喉,媒体蜂拥而至的报道,令路人都知道,芯片是所有电子设备和系统的基础,已经成为现代经济的命脉所系。

芯片之争关乎国运之争。

几乎同一时间,由于疫情引发的“芯片荒”席卷全球,诸多行业受到影响,汽车成为重灾区。

从2020年下半年开始,一场持续3年的“芯片荒”导致工厂停产,车辆减配;指甲盖大小的芯片,售价一度飙升至千元。芯片的自主可控,芯片的国产替代迫在眉睫。

危机中孕育着机会。

在新能源领域,硬件本就是底层,芯片更是底层的底层,投资巨大,技术含量高,利润低,以规模取胜。在一段十分漫长的时间里,国际芯片巨头凭借先发优势划好了地盘,联手控制着全球市场。中国芯片制造筚路蓝缕,披荆斩棘,寻找一切机会突围。

一场芯片危机,把机与危的辩证法诠释得淋漓尽致。中国芯片制造业强势崛起。2020年到2023年短短三年内,汽车芯片供应商猛增到300多家。

《日本经济新闻》报道,过去三年,中国汽车芯片的自给率从5%提高到了10%。增长的这部分,主要角色是三类芯片:功率半导体、MCU、传感器。

巧合得很,芯联集成的主营业务方向就包括了这三类。

2017年,中芯国际计划集合所有资源在数字电路追赶台积电,剥离模拟类电路的业务。当时还在中芯国际担任企业规划总监的赵奇和模拟类技术总监刘煊杰一起,争取多方资源,成立公司独立发展模拟类电路业务。

5年时间,芯联集成建起三座芯片厂、一座模组厂,拥有8英寸、12英寸硅基芯片生产线和6英寸SiC MOSFET生产线,产品主要包括MEMS、IGBT、SiC MOSFET、模拟IC等,应用于新能源汽车、风光储、高端消费等领域。

特别是在新能源汽车行业,芯联集成的车规级IGBT和SiC MOSFET产品已经具有相当规模。

如今,芯联集成正在高速发展中。在接受汽车商业评论总编辑贾可博士采访前,芯联集成CEO赵奇已经早早在公司等候,访谈中他的思路十分清晰,就是前进、前进、再前进。

“我们要一直往模拟类电路技术最先进的方向去做,去迭代,而不是抱着以前做过的东西固守在那里。”

芯联集成从哪里来

4月30日,芯联集成发布2024年第一季度报,实现营收13.53亿元,同比增长17.19%;经营性现金流净额3.06亿元,同比增长40.68%;息税折旧摊销前利润约为4.82亿元,同比增长111.97%。

半导体制造是一项复杂,高风险的业务,一家成立刚刚6年的企业,能够取得这样的成绩并非一蹴而就。

“不是任何一个白手起家的集成电路企业都可以发展得这么快。我们在剥离出来独立发展前整个技术积累、团队搭建已经有10年时间了。”赵奇表示。

然而,大树底下不长草,营养主要被大树吸收了。“虽然有2008年到2018年的10年技术积累,这块业务却一直没有长大。” 之后,中芯国际重新规划了未来发展的重点,全力以赴集中资源发展数字先进工艺,原有的模拟类芯片团队剥离出来,新的公司由此成立。芯联集成的发展选择了截然不同的方向,目标主要锁定在了新能源汽车、新能源光伏、新能源储能和手机等高端消费品所需的芯片。

当时,中国新能源市场刚刚起步,智能化的下半场还没有开启,对于电动化的未来甚至还存在质疑,一切处于混沌之中。

“公司成立之初,放眼国内还找不到真正做汽车电子集成电路的工厂,即便有些公司号称能够做车载,也是车载娱乐系统,收音机、车窗上下,真正动力系统、转向系统、刹车系统的车载集成电路制造,国内尚没有人做,想学习连个榜样都找不到。”

全球来看日本和欧洲在功率半导体领域比较强,芯联集成的团队先去了日本寻求客户,2020年之后又实现了与欧洲客户的合作。同时,公司在另一个主要的方向传感器芯片上,赢得了美国客户,因为以苹果手机为代表的高端消费品需要的传感器比较多,美国在这些应用方面比较领先。

“合作就是可以找一个能力强的伙伴先把东西做起来,在满足他们要求的过程中,我们逐渐知道了汽车电子、高端消费电子的要求都有什么,这些基本的要求之后就融入到了新工厂,新工艺、新设备之中。”

与日本、欧洲、美国等“芯片列强”的合作中,芯联集成提高了自己的基础技术能力和积累。机会永远留给有准备的人,过去3年里,中国新能源汽车爆发,芯联集成也就顺理成章地冒了出来。

如今,芯联集成的合作伙伴遍布汽车圈,车规产品已经覆盖了中国90%的新能源汽车。市面上新出现的汽车品牌,几乎都和芯联集成有直接或者间接的合作。2023年的财报中,芯联集成近一半收入来自车载芯片应用领域。

芯联集成是做什么的

根据不同的分工,半导体企业的经营模式分为多种。

一种是IDM模式(垂直整合),完全自主设计、制造、封测,代表企业是Intel、三星;另一种是垂直分工模式,可细分为Fabless模式,只设计不生产,代表企业有华为海思、高通、联发科、展讯;Foundry模式,只做代工,专门负责芯片生产、制造,代表是台积电,联电、中芯国际;OSAT模式,只负责封装和测试,通常称为“封测厂”,代表企业是日月光、长电科技;Fablite模式,自己做半导体芯片产品设计,然后自己生产一部分,还有一部分产品委托给专业的代工厂进行生产,代表企业是德州仪器、恩智浦、意法半导体、英飞凌等。

不同分工之间很难有优劣之分。比如,代工听上去不算高大上,但在芯片行业,代工也能出王者,台积电,联电,中芯国际等大厂名声在外,台积电更被认为是全球最硬科技的企业。

赵奇认为,代工可以分为三个层次。

第一个层次是设备和劳务代工。代工厂有设备和人,客户有设计和工艺,用你的设备,通过付劳务费来完成代工。

第二个层次是工艺代工。代工厂提供工艺设计套件,主机厂按照设计套件来做芯片设计,只要符合工艺的设计规则,代工厂就可以用自己的工艺生产出来,这是集成电路代工的主要模式。代工厂赚取的不只是劳务费,还有工艺平台的技术费用。

再往上一个层次是系统代工。主机厂提出系统级的要求,代工厂完善设计,然后在工艺平台上加工出来,最后交付成品。

芯联集成的商业模式包含了工艺代工和系统代工两种,可以提供从设计服务、芯片制造、模组封装、应用验证到可靠性测试全方位服务,与客户合作时保持灵活和开放,可以配合不同客户的不同需求。

“我们相当于提供一个货架,上面什么东西都有,客户根据各个方面的需求去看他到底用哪一代技术做出来的产品,与他的系统最匹配,然后我们根据客户需求去生产这个产品。”

赵奇进一步解释道,“设计能力不足的企业,芯联集成可以用设计服务去帮客户补强,框架设计还是主机厂的,我们按照框架设计和规格要求,将里面的细节设计全部做出来,所以叫做设计服务。” 用赵奇的话形容,“芯联集成的服务是柔性的,你的设计能力很强,我们就退后一点,你的设计还不强时,我们就多做一点,目的就是配合客户把最符合客户需要的产品做出来。”

说起来简单,做起来需要契机,关键是主机厂与芯片厂之间的关系。过去,主机厂和芯片厂之间是链条式的关系,两者之间还隔着Tier1、Tier2,但一场芯片危机,令主机厂来到了芯片厂门口,新的汽车供应链正在变成网状结构。

新能源汽车时代的两大巨头比亚迪和特斯拉是芯片自研的先驱,新势力代表蔚来、理想和小鹏,或高调或低调的开启了芯片自研的尝试,这样的例子还有很多,主机厂开始直接与芯片设计及代工厂对话,联合开发部分核心的芯片及功率模块,这些都是芯联集成的机会。

以芯片代工起家,向上延伸到设计服务,向下延伸到模组封装以及应用验证、可靠性测试。“如果有些客户最后不是用芯片和模组的方式交付,而是整个系统交付,我们都可以做。” 赵奇说到,2023年,芯联集成开始有了系统代工方案的业务。

“这种模式能够较好地适应新能源汽车和新能源产业链变化,以前新能源产业链偏长,做芯片的根本看不到车厂,车厂也根本不关心芯片,现在车厂和Tier1开始关心芯片了,所以产业链变得更短、更高效了,他们往下迈了一步,我们也要往上迈一步,大家才能舒服地握上手。”

赵奇表示,芯联集成通过模式的创新,有机会直接了解终端客户的需求。“我们会跟主机厂不断探讨接下来要怎么做,技术怎么往前,他们的需求是什么。”

在这个变革的时代,代工模式上的创新,是芯联集成的优势所在。

芯联集成的三条曲线

发展到今天,芯联集成交出了一张漂亮的成绩单。

目前,芯联集成已具备8英寸硅基17万片/月产能规模、12英寸硅基3万片/月产能规模,6英寸SiC MOSFET 5000片/月以上出货的产能规模,并实现模组封装每月33万只产能布局。

IGBT已稳稳发展为第一增长曲线。2023年,公司IGBT出货量位居国内市场第一,也是中国市场规模最大车规级IGBT制造基地。公司月产出8万片8英寸IGBT芯片,支撑着汽车行业每月30万辆新能源汽车和30万套光伏逆变器的需求。

据赵奇介绍,新一代IGBT器件会在2024年下半年量产,大幅提高单位晶圆片上的芯片产出数量,实现营收的增长。

大约从2023年下半年开始,800V高压超充在中国新能源汽车圈的普及,将碳化硅推向风口浪尖,芯联集成的第二曲线准备多时,正好赶上。

2021年开始进入碳化硅,芯联集成在2022年推出第1代技术平台,2023年推出1.5代,第四季度推出1.7代。平台持续迭代的过程中,2023年,芯联集成已经实现碳化硅的量产,产品类型为平面MOSFET产品,其中90%的产品应用于新能源汽车的主驱逆变器。

如今,蔚来汽车、小鹏汽车、理想汽车等先后与芯联集成达成战略合作。随着客户的增加,生产线也在持续扩张之中,公司正在建设国内第一条8英寸SiC MOSFET生产线,并将于2024年二季度通线。

赵奇表示,“2024年公司碳化硅业务营收有望超10亿元。长期来看,公司碳化硅业务市场占有率目标是达到全球30%。”

在第二曲线稳步增长同时,芯联集成也开始布局第三曲线:模拟IC。

随着汽车电子、能源革新和AI算力需求的不断增长,集成电路细分领域中模拟IC持续稳定增长。据WSTS统计,国内模拟IC市场的销售规模超过全球的50%,且增速显著高于全球,但自给率较低。

芯联集成深耕的车载模拟IC技术,瞄准了国内高压大功率数字模拟混合信号集成IC的空白。其中,BCD工艺平台不断向高压、高功率、高密度方向发展,十分契合汽车、高端工控等应用在智能化、AI时代对于完整高压、大电流与高密度技术的模拟和电源方案的需求。

三条曲线并行不悖,互为依存。

给芯片做加法,助力汽车产业变革

从2023年开始,汽车圈掀起了如火如荼的价格战,降本成为悬在每个品牌头上的一把刀,芯片降本也被提上日程。

过去,传统车每辆车上的芯片数量不足百颗;如今,智能化和网联化的新汽车每辆车上的芯片数量动辄上千颗,最多的甚至达到2000颗。如何最大化减少芯片使用数量,帮助车企降低芯片方面的整体成本,是芯联集成一直在努力的方向,也是整个汽车芯片行业进步的方向。

“接下来我们看到非常明确的就是车载芯片快速集成化。”赵奇说。

手机行业已经走过了这条路,大哥大时期,电路板上密密麻麻的都是小芯片,但是走到现在5G手机时代,一部手机里的芯片数已经不超过10个了。

汽车硬件也正在经历这个过程。芯联集成已经在这个领域布局了两年多。

“目前,我们在跟车厂合作ECU集成的方案,可以把原来三四百个品类减少到三四个品类。通过集成化,芯片个数减少了一半,更重要的是品类大幅减少,带来的是车企供应链管理流程的简化和采购成本的降低。”

走一步,看三步,是芯联集成的打法,“对比后来者,只要领先两代,就会有技术溢价,就会有超额利润,就有机会再去投研发再去领先,从而形成一个正向的循环。我们不会去守着落后的技术不放,而是要不断做大做强,企业要卷出技术和质量的领先来才有未来。”

在半导体产业摸爬滚打二十多年,芯联集成管理团队终于迎来了芯片行业的天翻地覆,站到了车规级芯片的战壕中央,感受到了时代的召唤,想干一番大事业。

“如今是中国新能源相关芯片企业的好机会,国内的终端已经是全球第一梯队终端了,他们的需求代表了国际最先进的需求,我们有地域优势,可以和终端客户比较充分地沟通。”

赵奇告诉贾可博士,中国终于有机会去做一些创新性需求的硬件支持,这些硬件可能是国外还没有先例的;不像前几年,大家都在拼命替代英飞凌、替代瑞萨、替代德州仪器的芯片产品。“时至今日,我们要做的是配合国内的新能源终端,开始往技术创新和引领的方向走。”

信息化浪潮中,数字电路大发展催生了intel、台积电;新能源与智能化给模拟类芯片带来广阔空间,理当有执牛耳者勇立潮头,芯联集成会走出了一条独具中国特色的路线,能翻出多大的浪花,值得期待。