十问十答，一文读懂汽车芯片
编者按：本文来自微信公众号“赛博汽车”（ID:Cyber-car），作者：安迪，36氪经授权发布。
自2020年底，芯片短缺就一直占据汽车行业话题榜首，大众、奔驰、福特、丰田、本田等多家车企，纷纷宣布因芯片问题导致减产或停产。
时至今日，汽车缺“芯”问题依旧未得到完全解决，且可能成为卡住汽车产能的长期难题。芯片之于汽车产业究竟是一种什么样的存在？一文科普汽车芯片。
01. 汽车芯片有哪些分类？
芯片，是半导体元件产品的统称，又称集成电路（IC, Integrated Circuit）。
汽车芯片主要分为三大类：功能芯片（MCU，MicrocontrollerUnit）、功率半导体、传感器。
功能芯片，主要是指处理器和控制器芯片。一辆车能在路地上奔跑，离不开电子电气架构进行信息传递和数据处理。车辆控制系统主要包括车身电子系统、车辆运动系统、动力总成系统、信息娱乐系统、自动驾驶系统等几大部分，这些系统下面又存在着众多子功能项，每个子功能项背后都有一个控制器，控制器内部会有一颗功能芯片。
功率半导体，主要负责功率转换，多用于电源和接口，例如电动车用的IGBT功率芯片，以及可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管MOSFET等。
传感器，则主要用于各种雷达、安全气囊、胎压检测等。
02. 全球TOP 10半导体厂商是哪些？
根据Gartner数据，2020年全球半导体销售额增长7.3%达到4498亿美元。2020世界十大半导体供应商排名及其份额为英特尔（15.6%）、三星（12.5%）、SK海力士（5.6%）、美光科技（4.9%）、高通（4%）、博通（3.5%）、德州仪器（2.9%）、联发科（2.4%）、铠侠（2.3%）、英伟达（2.2%）。
03. 什么是自动驾驶芯片？
自动驾驶芯片，本质上也是功能芯片，是随着智能汽车发展产生的一种高算力芯片。有一个形象的说法是，自动驾驶芯片是芯片中的珠穆朗玛峰，代表了最高的技术挑战。
目前，已商用的自动驾驶芯片基本处于高级驾驶辅助系统阶段，可实现L1-L2级辅助驾驶，部分宣称可实现L3级功能，面向L4-L5级完全自动驾驶及全自动驾驶芯片离规模化商用仍有距离。
此次，汽车产业面临的芯片荒，并不涉及自动驾驶芯片，原因是这些芯片主要搭载智能化程度较高的高端车型，需求总量还不高，暂时没有受到冲击。
04. 自动驾驶芯片有哪些主要玩家及产品？
自动驾驶芯片正在成为一个多方角力的新战场，英特尔、英伟达、高通、AMD等消费电子芯片巨头，地平线、黑芝麻等创新企业，华为、百度等科技公司，及以特斯拉为代表的车企，都在纷纷布局。
算力和能效比是自动驾驶芯片最主要的评价指标，L1-L2级需要的芯片算力小于10 TOPS，L3级需要的算力为30-60 TOPS，L4级需要的芯片算力大于100 TOPS，L5级需要的算力为500-1000 TOPS。
05. 汽车芯片短缺的主要原因？
汽车芯片骤然出现短缺主要有三方面原因。
其一，新冠疫情、火灾等不可抗力影响。晶圆则是制作芯片的原材料，新冠疫情给晶圆生产带来了剧烈冲击，位列全球第一、第二的晶圆代工厂台积电、三星都曾因员工感染疫情被迫停产。与此同时，欧洲的罢工运动及日本旭化成工厂的火灾，再次影响了晶圆代工厂产能。
其二，汽车产业快速复苏及供应商预估不足。据Strategy Analytics统计，各级别汽车功能芯片搭载数量都在逐年递增，目前汽车平均约采用25个功能芯片，一些高端车型已突破100个。2020下半年，以中国为代表的汽车市场快速复苏，超出供应链对芯片需求量的预判。
其三，消费类电子产品产能争夺。一方面，消费电子产品在疫情期间需求大幅度增加，另一方面，车载芯片在利润率上远不如消费电子类芯片，部分芯片供应商有倾向性的将产能留给消费类电子产品。
06. 芯片生产涉及到哪些原材料及工序？
当前，芯片主要都是硅基芯片，硅晶圆则是制作芯片的原材料。芯片生产工序主要涉及芯片设计、晶圆加工、封装和测试。
芯片企业经营分为两种模式，分别是IDM模式和Fabless模式。IDM模式，就是芯片的设计、生产、封装和检测都是自己做。Fabless模式，则是指那些专注于芯片的设计研发和销售，没有晶圆厂的芯片设计企业。这些企业将晶圆制造、封装测试等环节外包给代工厂来完成，代工厂被称为Foundry。
目前，只有英特尔、三星、德州仪器等极少数几家企业能够独立完成设计、制造和封测所有工序。大部分芯片企业都是只从事芯片设计，例如华为、联发科、高通等，台积电是全球最大的晶圆代工商。
07. 什么是晶圆尺寸？
按照尺寸分类，目前行业应用的晶圆主要有6英寸、8英寸和12英寸三种，其中8英寸和12英寸的应用量最大。
关于晶圆尺寸的演变，比较公认的一种说法是：1980年代是4英寸硅片占主流，1990年代是6英寸占主流，2000年代是8英寸占主流，2008年之后是以12英寸为主流的市场。
2008年以后，随着移动互联网爆发，芯片上下游企业都在大力投资更先进的12英寸晶圆，并开始逐渐淘汰8英寸晶圆产线。根据国际半导体产业协会SEMI的统计，截至2019年，12英寸晶圆硅片已经占到了晶圆全部出货量的67%。
然而，8英寸晶圆恰好是汽车功能芯片的对口技术，随着汽车对芯片需求量增加，产业链又开始重新加大8英寸晶圆产能投入。
08. 什么是芯片制程？
芯片制程是指芯片晶体管栅极宽度的大小，纳米数字越小，晶体管密度越大，芯片性能就越高。逐渐缩小的芯片制程数字，代表着芯片技术进步的方向。
然而，由于每家企业对制程工艺的命名法则不同，在相同纳米制程下，并不能对各制程技术做绝对判断，例如，英特尔10nm的晶体管密度就与三星7nm、台积电7nm的晶体管密度相当。
09. 我国芯片产业与国际的差距？
Wind数据显示，目前，国内汽车行业中车用芯片自研率仅占10%，90%汽车芯片都依赖进口。
全球汽车半导体销售额中，只有不到3%来自中国企业，欧洲企业约占37%，美国企业约占30%，日本企业约占25%。
全球前20家汽车半导体公司中，只有一家是中国公司——安世半导体，而这家企业本质上也只是中国公司闻泰科技收购而来的企业，其总部仍在荷兰。
除汽车外，国产芯片在通信设备、消费电子的市占率也多在10%以下。
10. 汽车芯片短缺问题预计会持续多长时间？
市场普遍预判，汽车芯片短缺将是长期性难题。根据全球主要芯片供应商反馈，若短期不出现意外，芯片的交付周期普遍延迟6个月。
而长期来看，芯片技术突破要依赖上下游全产业链发展，与手机、电脑等所需的消费类芯片相比，汽车芯片的技术要求和性能标准更高，开发周期更长，最少需要5年时间。中国车载半导体起步较晚，再考虑政治因素，国内市场可能受困于芯片5-10年。