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缺芯问题凸显，工业级芯片当车规级芯片用正在成为趋势？
近日与非网参加了不少国内的集成电路峰会，纵观所有的分论坛，汽车电子绝对是人气最火爆的场次，座无虚席。我相信原因大家都有所了解，一方面是随着汽车智能网联、电动化趋势的不断发展，汽车电子成本占比将达到整车成本的50%，需求总量指数型攀升；另一方面是出于疫情的考量，整车厂对市场预估过于悲观，减少了对Tier1的订单，订单减少沿着链条逆向传递，导致车载芯片大厂随之调整产能，最后导致缺芯矛盾在短时间内凸显。
据业界估计，由于芯片短缺导致供应中断，2021年第一季度全球汽车产量减少了约60-130万辆。另根据市场调研机构Bernstein Research发布的调研报告显示，缺芯将直接导致2021年全球汽车产量下降，预计减产450万辆。在这样的背景下，原本坐位甲方的整车厂们也开始亲自出动，缓解无米下锅的困境。
图 | 汽车装配示意图
众所周知，汽车行业对芯片的要求是非常严苛的，而且认证流程很长。这是因为汽车对于可靠性、安全性要求非常高，通常一辆汽车的设计寿命在15年或20万公里左右，远大于消费电子产品寿命要求，并且在相同的可靠性要求下，系统组成的部件和环节越多，对组成部件的可靠性要求就越高。所以一款芯片一般需要2年左右时间完成车规级的认证，进入车企供应链后，一般需要拥有5-10年的供货周期。
在开放的市场中，全球供应链的问题一定会波及中国车企，而在中美贸易战下，很多芯片的进口受到限制，更何况在汽车缺芯的当下，美国等政府开始试压台积电等代工厂，为的就是满足其国内的需求，降低缺芯的不良影响。我国在拿货方面没有太大的优势，于是给了不少国产芯片厂商进入的机会，但是我国在集成电路方面的积累过于薄弱，车规级芯片型号类型和产量不足。
根据与非网的调查，目前很多企业正在用工业级的芯片切入汽车后装市场，并与车厂一起研发测试“预备符合车规级”的前装新品。这在两三年前还是件不可思议的事情，至少国内车厂是绝对不会接受未过车规级标准的产品的，因为对于他们来说，这种联合研发测试是一种不必要的成本付出。
图 | 进入汽车市场的处理器国产厂商与芯片型号标准认证情况（与非网整理）
车规级和工业级芯片到底有何不同？
正常情况下，要进入汽车领域，打入各一级(Tier1)车电大厂供应链，必须取得两张门票，第一张是由北美汽车产业所推的AEC-Q100(IC)、101(离散元件)、200 (被动零件)可靠度标准；第二张门票，则要符合零失效(Zero Defect)的供应链品质管理标准ISO/TS 16949规范(Quality Management System)。
图 | 车规标准一览图
那么为何有的工业级芯片可以直接进入汽车后装市场？车规级芯片和工业级芯片到底有哪些不同呢？下表展示了两者的区别：
图 | 工业级和汽车及标准的区别（与非网整理）
相比于一般的工业芯片，汽车芯片的工作环境更为恶劣，通常工作环境温度低至-40℃，高至155℃，并要克服高振动、多粉尘、油渍、多电磁干扰的问题的困扰。在传统燃油车的ECU中，我们经常看到的是陶瓷PCB、裸片、金线以及连接外部电路的铝线，这些工艺对于国内半导体或是系统厂商而言，无疑是难以在短时间内翻越的大山。
图 | 传统燃油车ECU板
但在新能源汽车侧，不但发动机变速箱没了，还伴随着温度、振动、粉尘、油渍等环境的改善，因此对于半导体或系统厂商而言，虽然要面对更强的电磁干扰等问题，但是总体进入汽车市场的门槛确实在降低。
此外，在汽车电子市场中，不是每一颗料的要求都一样，针对不同的部位，有高有低。汽车芯片等级划分按照国际标准（美国制定的汽车电子标准），可以分为grade0~grade4，总共5个等级，如下表所示：
图 | AEC的5个等级与对应的汽车电子系统（与非网整理）
结合上表以及前面工业标准的情况，我们可以发现，在Grade-3和Grade-4要求的通信系统以及娱乐系统中，工业级产品完全可以覆盖。有些特殊的工业产品所用的芯片甚至完全可以胜任Grade-2和Grade-1的场景要求。这也是前面提到很多工业级芯片当车规级芯片用的原因所在。
车规标准这张通行证的有效性到底有多大？
以AEC为例，它的由来要回溯到1994年，克莱斯勒、福特和通用汽车为建立一套通用的零件资质及质量系统标准而设立了汽车电子委员会(AEC)，是以车载电子部件的可靠性以及认定标准的规格化为目的的团体，AEC建立了质量控制的标准。
因此，汽车电子的标准本身是存在一定的意义的，当汽车电子系统越来越复杂，从ISO体系的角度来说，提供基础的标准有利于更多企业的应对。
图 | 复旦大学工程与应用技术研究院研究员雷光寅（左）与非网记者夏珍（右）
但是汽车行业不应该以标准为唯一的准入门槛，复旦大学工程与应用技术研究院研究员雷光寅告诉与非网，“我曾在福特和蔚来工作，与世界上主流的半导体供应商反复做过很多交流，事实上大家并不是以某些标准为蓝图或门槛，在国际上大部分是一事一议。因为标准本身也有优缺点，优点是在测试中有严苛的参考标准，有助于筛选出一些基础能力强的供应商。但同时也存在一些缺点，因为标准制定有偏高或偏低的风险，此外针对每一款车型定位的不同，对零部件组成的要求也不一样，比如同样是乘用车，美国皮卡和普通小轿车的加速性能和扭矩性能就存在差距（车辆行驶的环境大相径庭），除非标准分级，否则一刀切就存在不对称问题。因此，福特也好，通用也好，从来不会根据某某标准，就判定某供应商的产品满足自己的要求。我相信国内的车企也深知标准化下的这些优缺点，因此都会根据自家车的定位，自行定义对汽车芯片等零组件的要求。”
写在最后
从汽车安全的角度，我们需要基础标准的规范，但标准不应该是芯片企业进入汽车领域的唯一标准，甚至有时候还没来得及获得标准认证，但已经过和整车厂的联合测试，每一项指标都满足对方要求的组件，就可以进入该车厂的采购链。现在的中国汽车电子产业链就在朝这个方向发展，但这并不意味着降低标准，因为往往车企的要求是远高于标准的。
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