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解析频频闹饥荒的汽车芯片世界：台积电高通英特尔都是路人甲

晰数塔互联网快讯
2021-02-09 08:57

编者按：本文来自微信公众号“魔铁的世界”（ID:jiangpeiyu0916），作者：魔铁，36氪经授权发布。

在全球半导体闹饥荒的时候，从最大的芯片代工厂台积电（TSMC）传来消息，公司正在和客户商议提价15%，看起来十分强势。不过，实际情况是，在台积电的业务细分里，汽车芯片是一个鸡肋一样的品类，只占营业收入的3%，而且都是汽车芯片巨头产能外溢的订单。

换句话说，汽车芯片领域和手机芯片等消费电子领域，是完全不同的两个世界，在这个世界里，强大的台积电也只是一个龙套角色。

一、英特尔高通成路人甲

2015年，韩国现代汽车（HYundai Motor）推出新款豪华轿车捷恩斯。这款汽车足够智能，包括自动刹车和盲点探测，当车主手中拿满东西时，汽车能马上感受到，并自动开启后备箱盖。车主进入汽车后，汽车还可以嗅探二氧化碳，由此判断是否需要新鲜空气。

捷恩斯拥有如此酷炫的智能，全依赖于装备的数千颗芯片。芯片数量众多，想必大众耳熟能知的英特尔、高通等芯片巨头挑起了大梁？实际情况却是，巨头们全是路人甲。在捷恩斯几千颗芯片中，英特尔只贡献了几颗，高通提供了一个用于无线连接的芯片组，英伟达则根本不在供应商行列。

为了汽车里的这几颗芯片，英特尔绞尽了脑汁，下足了工夫。2016年之前，英特尔就已宣称宝马汽车、现代汽车和日产汽车都是它的客户，2016年福特汽车也成为其合作伙伴，但在2017年收购以色列自动驾驶公司Mobileye之前，汽车芯片的收入在其营收里几乎可忽略不计。

汽车芯片的圈子，主要由五家公司把持，包括瑞萨电子（Renesas Elecronics）、英飞凌科技（Infineon Technologies）、意法半导体（ST Microelectronics）、日本电装（Denso）和飞思卡尔（Freescale Semiconductor），它们占据了近43%的市场份额，英特尔、高通和英伟达排在10名之外。

由于上述五大巨头基本都是采取IDM模式（芯片设计、制造、封装一条龙全包），偶尔有忙不过来的零散单子才会发给芯片代工厂，结果就是，即使台积电这样的全球代工大厂，也被撇在了汽车芯片圈子边缘。正因为代工量极小，台积电才在2020年拒绝代工汽车芯片，将产能挪去喂饱苹果A系列等消费电子芯片。

二、汽车芯片的特殊之处

英特尔、高通等芯片大佬挤不进汽车芯片核心圈子，看起来是因为行业进入门槛较高。和手机、电脑等消费电子芯片相比，汽车芯片要求更高，其安全性和可靠性标准远高于后者。

普华永道在2013年的一份半导体产业报告中透露，消费电子芯片要求的故障率在10%以内，但汽车芯片要求的故障率却是零。这个要求看起来苛刻，其实十分合理，手机、电脑在使用中发生故障，一般关机重启可以解决大部分问题，但行驶中的汽车芯片若发生故障，却可能导致严重的交通事故。

此外，手机、电脑芯片的工作温度在一个很窄的范围内，一般在5℃——35℃，汽车内部的芯片的工作环境则要恶劣得多，工作温度在—40℃——160℃。

汽车内部的空间比手机、电脑要宽敞得多，算力需求又小于后者，所以性能和先进制程工艺对汽车芯片（尤其是传统汽车）来说，并不是刚需。

更为重要的是，手机、电脑芯片一年一换代，汽车往往要使用数十年才会报废，这就意味着汽车芯片的备货周期可能是手机、电脑芯片的十多倍。

汽车芯片的这些显著不同点，使得英特尔、高通等芯片巨头的竞争优势，包括架构快速迭代、先进工艺制程、低功耗等，在汽车芯片领域难以发挥出来。

但上面的理由并非关键，英特尔等芯片巨头挤不进这个圈子另有原因。

三、整车厂缺少话语权

在传统汽车生态圈中，半导体供应商并不处于核心地位，居于支配地位的是整车制造厂。如果用同心圆表示的话，整车制造厂位于圆心，围绕它的是博世、大陆、德尔福等少数一级供应商（Tier 1），围绕一级供应商的则是二级供应商（Tier 2），包括意法半导体、德州仪器、飞思卡尔等半导体厂商，具体见下图。

这3个圈层中，整车制造厂并不直接和半导体厂商打交道，而由博世等一级供应商提供电子解决方案，比较著名的包括车身电子稳定系统(Electronic Stability Program，简称ESP)，这套系统需要用到诸多传感器（包括转向、车轮、侧滑、横向加速、方向盘油门刹车踏板等传感器，用来搜集数据），以及微控制单元(Microcontroller Unit，简称MCU，又叫单片机，用来计算数据)等硬件，这些硬件由意法半导体、瑞萨电子、飞思卡尔等二级供应商提供。

对整车制造厂来说，一级供应商的电子解决方案像个黑匣子，里面有什么芯片，搭载了什么软件/算法，它们完全不知道，也没有权利知道，毕竟整个解决方案都属于一级供应商的知识产权（IP），车厂只需要知道有什么功能就行了。

对意法半导体等芯片厂商来说，自己就是个配套供货商，要什么样的芯片、要多少，由博世等一级供应商说了算。

由此可以看出，掌握汽车芯片门票的不是整车制造厂（它们懂机械制造，不懂芯片），而是一级供应商。一级供应商做软硬件一体化集成，这个商业模式看起来高大上，实际上在消费电子领域已经有成功先例，那就是苹果公司。苹果有自己的操作系统，也有设计自己的芯片，但在屏幕、内存、闪存等部件上也向配套商采购。

由于一级供应商的强势，决定了哪些半导体厂商可以进入二级供应商（Tier 2）圈子，这才导致了台积电、英特尔、高通等巨头在消费电子领域可以呼风唤雨，在汽车芯片领域反而没有存在感。

不过，随着以特斯拉为代表的新造车势力的崛起，汽车芯片传统的商业模式开始逐渐瓦解。

四、商业模式重新洗牌

纯电动汽车的显著特点是人工智能、无人驾驶等车内电子设备增多，车载智能系统对计算和数据处理能力的需求爆发，随之而来的是对高性能、先进芯片工艺制程、更高速度联网的渴求。这些恰好都匹配了英特尔、英伟达等计算芯片巨头的优势。

于是，2016年前后，混迹消费电子圈子的芯片厂商开始结伴杀入汽车芯片市场：

英伟达在2016年1月发布Drive PX2自动驾驶平台，并获得特斯拉、沃尔沃和蔚来等新旧造车势力客户；

2017年，英特尔斥资153亿美元，以溢价近50倍的价格收购了以色列自动驾驶公司Mobileye。而早在2016年，不到半年的时间里，英特尔还一口气买下了5家公司，包括为无人驾驶汽车芯片提供安全工具的Yogitech，拥有无人车车载系统OTA无线升级技术的Arynga，自动驾驶视觉计算公司Itseez和Movidius，深度学习公司Nervana Systems；

高通在2016年10月宣布以470亿美元收购全球最大的车用芯片商恩智浦半导体公司，以获得后者在物联网领域的完整产品线，后来虽然因反垄断审查被否，却也表明了高通对汽车半导体市场的渴望；

在进军汽车芯片市场的队伍中，自然少不了三星。2016年7月，三星携30亿人民币入股比亚迪，算是买到一张新能源汽车的门票，同时三星还通过投资新加坡自动驾驶初创公司nuTonomy，在另一个维度抢占座位。

消费芯片巨头纷纷押注汽车芯片市场，与旧有的商业模式开始重新洗牌有很大关系，这在中国市场表现特别明显。

中国汽车市场的正式起步比欧美晚了半个多世纪，使得中国汽车芯片生态圈处于成长中，这就给半导体厂商越过Tier 1直接和整车厂合作提供了机会。另外，由于激烈的市场竞争，中国本土汽车厂商需要每年把成本降低8%左右，以抵消车辆价格下跌对利润的侵蚀，所以也有动力直接与半导体公司研发合作。

更为重要的是，纯电动汽车等新造车势力的创始人大都具备互联网科技从业背景，对芯片等硬件的理解，比传统汽车制造商更深刻，这也使他们更倾向于直接和消费芯片巨头合作。一个明显的例证是，特斯拉和蔚来的人工智能芯片就来自于英伟达，而非传统汽车芯片巨头。

汽车芯片市场重新洗牌，对国产芯片来说，是否意味着和国外巨头站在了同一起跑线呢？答案是并非如此。

五、国产芯片的软肋

电动汽车的芯片主要分逻辑芯片、存储芯片和功率芯片（IGBT）三大类，CPU（处理器）、GPU（图像处理器）、modem（调制解调器）和AI（人工智能处理器）等属于逻辑芯片，这一领域是英特尔、英伟达（NVIDIA）、高通、联发科等消费电子芯片巨头的后院，占有IP、生态和设计技术优势，同时背靠台积电、三星等芯片制造厂的制程优势，国产芯片这两方面都不占优势。

一个显而易见的现实是，在相当长的时间内，承担纯电动汽车算力的逻辑芯片，仍然将由外资垄断。近期刚刚发布的蔚来汽车ET7，AI芯片采用的即是英伟达DRIVE Orin 系统级芯片。已经确定的消息是，小鹏汽车也是英伟达的下游客户。

存储芯片市场，依然是三星、SK海力士和美光的菜，国产芯片突破了0，但能抢到多少汽车芯片份额还是未知数。

功率（IGBT）芯片对工艺制程的要求没有逻辑芯片高，设计难度也低几个梯级，看起来是国产芯片制造商最大的机会。不过，IGBT领域挤满了老牌欧美日厂商，国产厂商无论市场份额还是技术积累，均不占优，而且主要集中在非汽车领域，真正做汽车IGBT的，不超过2家。具体见下图。

在IGBT领域，国产厂商不仅表现为技术比较落后，还体现在产业链积累不够。汽车由于将安全排在首位，所以国产IGBT要进入整车配套体系，需要经过庞杂的认证程序，而且认证周期漫长。一般从意向到批量供货需要10余项认证流程，认证周期一般最短需要18个月。即使国产IGBT厂商有耐心，但外资汽车整车制造厂为稳妥起见，还是更愿意接纳日美欧供应商。

不过，略可欣慰的是，国产汽车整车制造厂出于成本考虑，加之国内汽车电子生态圈尚处于发育之中，愿意打破外资的“Tier圈”供应链模式，直接和半导体公司合作开发系统，这就给了国产汽车芯片厂商切入汽车电子领域的机会。

但要把机会变成真金白银，国产汽车芯片厂商不仅需要踏实的技术研发，还要有能坐冷板凳的耐心，完成技术和时间的积累沉淀。和其它消费电子芯片领域一样，汽车芯片同样没有捷径可走。