進口額已接近原油兩倍！中國汽車「斷芯」之憂急需破除

07-26

中興通訊遭遇美國企業「封殺」事件，再次讓中國的「晶元軟肋」暴露無遺，也讓不少人擔憂汽車行業的發展將陷入「斷芯」之憂。

目前我國集成電路(又稱IC晶元)已經連續5年進口額超過2000億美元，2017年我國半導體晶元進口花費已經接近原油進口的兩倍。其中，我國汽車晶元長期高度依賴進口，大大限制了國內車企的成本下降能力。

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，晶元所佔的成本將繼續提升。顯然，新能源汽車的發展還需要破除「斷芯」之憂。

現狀：晶元進口花費已接近原油兩倍

目前，汽車半導體市場被瑞薩電子、英飛凌、意法半導體、恩智浦等國際巨頭所壟斷。同時，這些國際巨頭的兼并重組正在加速。

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，自給率不到10%，長期高度依賴進口。

數據顯示，我國集成電路(又稱IC晶元)已經連續5年進口額超過2000億美元，超過石油成為了中國最大的進口產品，而這一數據還在不斷增長。

其中，2017年我國集成電路進口額高達2601億美元(約17561億元)，進口花費已經接近原油進口的兩倍，而同期中國的原油進口總額約1500億美元。

總體來看，我國生產的晶元存在品質和性能上的劣勢地位，同時還存在「供不應求」的問題，總體水平與國際巨頭存在2-5代的差距。造成這一局面的因素主要有以下兩方面：

一方面，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。

另一方面，晶元產業更新換代速度較快，且進入門檻較高，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。

國產汽車晶元的製造難點和痛點

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。

總體來看，我國汽車晶元製造還存在以下難點與痛點：

1、晶元設計能力不足

汽車晶元設計包括規格制定、細節設計等，需要明確目的、遵守行業規範等，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。而國內大唐等企業設計研發水平差距較大。

另外，晶元的設計需要EDA工具，這些工具幾乎都被SYSNOPYS、 Cadence、Mentor這三家公司壟斷。國內也有類似軟體，但要麼是內部使用，要麼就是性能一般，佔有率極低。

2、晶元製造工藝

晶元的製造工藝有光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入、互聯、打線、密封等等，所有製造過程都需要在晶元上完成，工藝極為複雜。

數據顯示，一顆晶元的製造工藝非常複雜，一條生產線大約涉及50多個行業、2000-5000道工序。

據了解，高通、英偉達等晶元巨頭擁有世界一流的晶元設計師，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，可見建設和維持晶元製造廠的難度多大。

3、封裝

由於晶元本身材質容易受到刮傷損壞，因此在製造完成後會在晶元外表包裹一個堅硬的外殼，即是封裝。

據了解，封裝對於晶元的性能和可靠性非常重要，需要嚴格滿足汽車安全標準。目前，常見的封裝有DIP雙排直立式封裝(簡單功能的晶元)、BGA球格陣列封裝(複雜功能的晶元)、SOC(系統級晶元)、SIP系統級封裝等。

多位汽車半導體封裝專家表示，汽車晶元封裝與標準晶元不同，其封裝的工藝流程更嚴格，不僅需要選用專用設備作為封裝設備，還需要參與汽車晶元封裝的作業者和工程師每個6個月接受一次培訓等等。

4、製造設備

一直以來，製造設備是中國晶元產業的痛點，國產設備與國際水平差距較大，不僅製造良品率較低、產能不足，工藝水平差距也非常大。例如國際的光刻機可以將晶元做到10nm、甚至於7nm的工藝，但國產光刻機卻還在90nm徘徊。

據了解，目前晶元製造設備主要供應商有ASML(荷蘭)、AMAT(美國應材)、Lam Research(美國)、美國科磊等少數幾家公司。英特爾、三星等廠商的關鍵技術設備均由這幾家美歐公司把控。

5、車用晶元的驗證體系複雜

車載晶元的工作需經受冷熱衝擊、電磁兼容、抗干擾等壓力。為此，打入各一級車電大廠供應鏈，必須要取得兩張門票，第一張則是由北美汽車產業所推出的AEC-Q100(IC)、101(離散元件)、200(被動零件)等可靠度標準，以及AEC-Q001/Q002/Q003/Q004等指導性原則；另一張則需要符合零失效(Zero Defect)的供應鏈品質管理標準ISO/TS 16949規範。

其中，單是EC-Q100標準就規定了一系列測試，這些測試包括7個測試群組：測試群組A(環境壓力加速測試，Accelerated Environment Stress)、測試群組B(使用壽命模擬測試，Accelerated Lifetime Simulation)、測試群組C(封裝組裝整合測試，Package Assembly Integrity)、測試群組D(晶元晶圓可靠度測試，Die Fabrication Reliability)、測試群組E(電氣特性確認測試，Electrical Verification)、測試群組F(瑕疵篩選監控測試，Defect Screening)，和測試群組G(封裝凹陷整合測試，Cavity Package Integrity)。

同時，EC-Q100還按照產品等級規定第一級標準的工作溫度範圍在-40℃至125℃之間，最嚴格的第0級標準工作溫度範圍可達到-40℃至150℃ 。

6、晶元檢測

通常，異常檢測本身使用硬體和統計篩選演算法來定位所謂的異常。但由於許多先進晶元被用於汽車中，同時隨著輔助駕駛和自動駕駛汽車的發展，正推動關鍵性的異常檢測新方法的開發進程。

據了解，KLA－Tencor、Optimal＋以及西門子子公司的Mentor正在進入或擴大在異常檢測市場或相關領域的工作。

7、晶元人才缺口40萬

除了研發實力弱、企業集中程度不高之外，影響中國晶元發展的還有研發人才的不足。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。

破除「斷芯」之憂迫在眉睫

不可否認，破除「斷芯」之憂迫在眉睫。據相關數據顯示，每輛汽車的電子器件的價值將從2013年的312美元增長到2022年的460美元，年複合增長率為7．1%。

事實上，早在2014年，中國就成立了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，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，以及晶元進口替代需求強烈，政府方面也在大力支持國內廠商自主研發晶元，以獲取產業鏈上的高附加值。

另外，需要特別提及的是，未來一輛高級汽車將擁有超過7000顆晶元。為此，晶元廠商正在向高端車型中引入14nm和10nm器件，同時也在研發用於汽車上的7nm晶元。

業內專家提醒，晶元製造不應是單兵突進的舉措，國內晶元企業應加快開展國際化合作，引進高端技術和人才，提高晶元的設計、工藝、驗證等水平。