比亞迪的芯事：半導體產業的縮影與鴻溝

近年來，除了原材料價格的上漲，汽車行業聽到最多的就是“缺芯片”，一個小小的芯片價值甚至翻了幾百倍。即便如此，依然是“一核難求”，這也導致全球各大車企因為芯片不足而紛紛選擇減產甚至停產。但就是在這樣的大環境下，才有車企可以獨善其身。是比亞迪，要自己造芯片。一、國內芯片行業現狀半導體自稱是科技界的“原油”。沒有半導體產品，就生產不出科技產品。然而，國內芯片行業仍然嚴重依賴進口，無論是汽車領域還是其他高科技行業都受到影響。2021年，芯片成為中國最大的進口商品，是石油的兩倍多，進口額近4400億美元，約合2.8萬億人民幣。芯片進口占GDP近2.45%，中國每年集成電路進口占中國全部進口的16%。也就是說，每進口6美元的商品，就有1美元是籌碼，這個數字還是在美國制裁之后。我們真的應該感謝美國的“當頭一棒”，讓我們意識到芯片對國家科技發展的重要性。距離2019年5月華為芯片被制裁，已經過去了三年多。近年來，中國也開始大力發展半導體產業。到2021年，中國的芯片產能已達到每天10億片，但這還包括在中國設廠的海外企業，如TSMC、三星和海力士。所以排除海外企業，國內芯片生產還是很落后的。其實國家早就注意到了這種情況，制定了一系列的方案來應對，但是到目前為止，并沒有達到預期的效果。2015年，“中國制造2025”規劃發布，自制半導體成為規劃的重點核心產業。2025年規劃中設定，到2020年，半導體自給率達到40%，到2025年達到70%。現在2022年，如果算上所有國產芯片(很多都是低端芯片)，自給率只有36%，而2019年中國芯片自給率在30%左右，也就是說兩年內自給率提高了6%，年均增幅只有3%。如果按照這個增速，到2025年中國芯片自給率也只能達到48%和70%。國產芯片要實現2025年70%自給自足的目標還有很長的路要走。所以目前中國芯片產能不足，容易卡死，尤其是高端芯片和汽車芯片的生產。根據中汽協2021年的數據，我國汽車芯片自給率只有5%左右，這也是為什么上海疫情爆發后，很多汽車主機廠因為缺芯片而停產，因為過于依賴進口芯片。二、一個核心事件:比亞迪自研芯片歷史提到比亞迪，很多人的第一印象是一個汽車品牌。其實在半導體領域，比亞迪也可以稱得上是國產芯片的“開創者”。比亞迪2002年成立IC(集成電路)設計部，幾乎與造車和電池規劃同時開始。目前比亞迪芯片已經在很多領域得到應用甚至盈利。比亞迪擁有1167項授權專利，建立了完整的自主知識產權體系，在芯片設計、晶圓制造、模塊封裝測試、系統級應用測試等方面取得了一定的成績。尤其是在功率半導體、IGBT、SiC的研發上，比亞迪有著5年打破國外公司壟斷，13年追平世界一流的輝煌業績。IGBT，又稱“絕緣柵雙極晶體管”，就像一種承擔“開關”功能的半導體器件。它可以在電子設備中通過高效快速的切換來切換電流類型和控制放電規模。IGBT設備的種類很多，比如高鐵、航空航天、汽車，甚至工程設備等。，比亞迪專注于汽車級IGBT芯片。2009年，第一代IGBT芯片研發成功，一舉打破國外技術壟斷，2018年，比亞迪也推出了IGBT4.0芯片。到2020年底，…D IGBT芯片已裝載超過100萬輛汽車，自行車行駛里程超過100萬公里。目前比亞迪已經研發成功IGBT6.0，采用90納米工藝，是所有汽車芯片中最小的。與幾納米的手機芯片不同，車載芯片的技術核心是技術的成熟度。由于其特殊的使用環境，車載芯片不需要那么小，車載芯片更注重可靠性、耐用性和制造成本。從比亞迪的招股書可以看出，比亞迪IGBT采用IDM模式，可以自行設計、制造和封裝。比亞迪IGBT已經連續三年獲得全球第二，國內廠商第一，但是和排名第一的英飛凌相比，差距還是挺大的。目前英飛凌依然占據國內60%-70%的份額，比亞迪穩定在15%左右。當然，這也與比亞迪長期奉行“自用優先”的發展路線有關。然而，隨著比亞迪半導體的分拆上市，比亞迪IGBT的市場表現在未來幾年將有巨大的提升空間。然而，隨著電動汽車對電池容量、電機功率、充電效率和損耗的市場需求越來越大，IGBT器件受制于材料特性，性能明顯是瓶頸，于是器件和汽車廠商紛紛轉向SiC(碳化硅技術)。根據研究數據，在750V的高電壓下，碳化硅(SiC)組件的能量效率提高了8-12%，傳導損耗降低了14%。此外，碳化硅可以在高頻下穩定工作。得益于此，由該材料制成的控制芯片不僅可以實現更快的開關頻率(約為IGBT的5-10倍)，而且開關損耗降低了75%，為相應的軟件管理策略預留了更多空間。在SiC模塊領域，比亞迪推出了1200V 1040A SiC功率模塊，突破了高溫封裝材料、長壽命互聯設計、高散熱設計、整車法規水平驗證等技術難題。2020年7月上市的比亞迪韓EV(參數|詢價)通過搭載自主研發的碳化硅電機驅動控制器，實現了3.9秒的0-100km/h加速時間和更為搶眼的續航里程。雖然比亞迪在SiC領域有了較大的突破，但是從全球碳化硅市場份額來看，比亞迪還是排不上號。目前，科銳占全球市場份額的45%，日本羅門的子公司SiCrystal占20%，II-VI占13%。在中國的企業方面，田可何達占5.3%，山東田玉娥占2.6%。目前主要的市場份額還是掌握在以美歐日為首的國家手中。第三，哪些環節會卡住？生產設備是二手進口的。比亞迪半導體雖然在車載級功率器件方面處于國內領先地位，但由于國內整體芯片產業水平，其芯片產業鏈并不完善。尤其是在制造設備上，比亞迪只能通過購買二手設備來提高生產線產能，并表示8寸晶圓二手設備在市場上也是供不應求。目前，長沙比亞迪半導體有限公司8英寸汽車芯片生產線已于9月5日順利完成安裝，并開始生產調試。預計10月初正式投產，年產汽車級芯片50萬片。但這條生產線的關鍵設備，如光刻機、蝕刻機、離子注入機等都是進口的，共計208臺、1133箱，價值約8.9億元。受國內芯片行業整體水平的制約，比亞迪最關鍵的芯片設計工具EDA完全由人掌控。目前行業排名第一的英飛凌是從德國西門子的半導體部門拆分出來的，西門子EDA是全球第三大EDA開發公司。有了這層關系，英飛凌可以毫無障礙地使用最先進的EDA開發工具。另一方面，根據比亞迪在招股書中的描述，比亞迪只能通過購買舊設備來提高R&D和生產效率。隨著海外三大EDA巨頭Synopsys、Cadence、Siemens加入斷供行列，比亞迪追趕英飛凌的R&D將更加困難……otsteps。但在EDA軟件開發方面，中國也開始了全方位的布局。國內EDA企業在全定制模擬電路設計和數字前端后端領域積累了豐富的技術經驗相信在不久的將來，國內EDA開發工具也將陸續面世。IGBT模塊很難突破。除了生產工具被卡脖子，技術限制也是比亞迪不得不面對的事實。目前比亞迪可以達到行業領先水平，但如前所述，IGBT器件受限于材料特性，整體性能難以有所突破。所以各大廠商都開始向SiC發展。對于很多車企致力推廣的800V高壓平臺，適合在高壓環境下工作的SiC材料幾乎是所有推廣800V高壓平臺的車企的唯一選擇。SiC模塊的成本相當高，但比亞迪在SiC模塊上還是有所建樹的。雖然起步晚，但是產品迭代少，影響了比亞迪半導體在SiC模塊的發展。同時，成本也成為比亞迪研發SiC模塊的重要因素。目前比亞迪芯片主要是自用，所以比亞迪應該優先考慮車輛的成本控制。根據目前的市場情況，碳化硅(SiC)器件的價格大約是硅基IGBT器件的4到5倍。造成這種現象的主要原因是碳化硅材料的硬度遠遠高于硅基IGBT材料。因此，碳化硅(SiC)部件制造商需要重新開發從設備、技術、處理到切割的一切。即便如此，也不能放棄SiC模塊的研發，因為搭載SiC組件的車輛可以適當簡化驅動系統的散熱設計，降低電池容量，SiC逆變器可以提高電池壽命5-10%，節省電池成本400-800美元(80kWh電池，102美元/kWh)。根據日本羅門公司的推測，到2025年，幾乎所有搭載800V動力電池的車型都將通過采用碳化硅SiC方案而更具成本優勢。四、比亞迪半導體對國內芯片行業的警示王傳福和比亞迪半導體高管在接受采訪時表示，芯片不是因為想做，而是因為買不到。所以比亞迪半導體的強勢方向是比亞迪集團發展汽車和光伏所必須的半導體產品。而且比亞迪也承認，其也通過購買二手設備提高了生產線產能，并表示8英寸晶圓二手設備在市場上也是供不應求。而且比亞迪半導體在芯片設計工具——EDA、ip核，以及其他上游原材料方面，并不具備自產能力。所以在很多層面上還是受制于人的。比亞迪半導體面臨的問題不僅僅是自身的問題，還有中國半導體產業鏈的完整性問題。擁有IDM(設計和生產)能力的獨立半導體廠商都面臨著芯片設計軟件和生產設備有限的問題，比亞迪半導體也未能幸免。而且國產芯片在生產工藝和產品質量上與行業一線廠商還有一定差距。這些差距需要國內半導體企業通過不斷的工藝迭代和經驗積累來形成突破。目前國內很多汽車廠商已經意識到芯片的重要性，不再輕易相信“全球一體化”這樣的言論，紛紛宣布要加快芯片的研發。但是局限在一個領域，并不能對整個產業鏈產生太大的影響，而應該有為產業鏈造血的能力，應該有更多的汽車企業有孵化產業鏈的能力。只是受限于行業的發展，最終還是會糾結于行業。只有跳出行業的局限，才能顛覆行業。總結:目前國內半導體行業整體發展落后一步，主要核心設備仍受制于國外公司。而且半導體研發是一個長期的、巨大的投資行業。雖然國內從事半導體相關行業的公司有……雨后春筍，巨大的資金投入使得這些公司很難設計和生產高端芯片。只有華為、比亞迪這樣資金雄厚的企業，才不怕燒錢、時間、人才。而且，一種資源一旦被放到戰略層面，必然會陷入大國博弈。好在現在國內半導體行業已經得到重視，國家也開始給予大力支持。雖然和國際一線廠商有差距，但是差距在逐漸縮小。“專心做大事”是我們的優勢。相信未來國產半導體不僅可以自給自足，還可以像其他行業一樣，徹底打破海外壟斷，把話語權掌握在自己手中。近年來，除了原材料價格的上漲，汽車行業聽到最多的就是“缺芯片”，一個小小的芯片價值甚至翻了幾百倍。即便如此，依然是“一核難求”，這也導致全球各大車企因為芯片不足而紛紛選擇減產甚至停產。但就是在這樣的大環境下，才有車企可以獨善其身。是比亞迪，要自己造芯片。一、國內芯片行業現狀半導體自稱是科技界的“原油”。沒有半導體產品，就生產不出科技產品。然而，國內芯片行業仍然嚴重依賴進口，無論是汽車領域還是其他高科技行業都受到影響。2021年，芯片成為中國最大的進口商品，是石油的兩倍多，進口額近4400億美元，約合2.8萬億人民幣。芯片進口占GDP近2.45%，中國每年集成電路進口占中國全部進口的16%。也就是說，每進口6美元的商品，就有1美元是籌碼，這個數字還是在美國制裁之后。我們真的應該感謝美國的“當頭一棒”，讓我們意識到芯片對國家科技發展的重要性。距離2019年5月華為芯片被制裁，已經過去了三年多。近年來，中國也開始大力發展半導體產業。到2021年，中國的芯片產能已達到每天10億片，但這還包括在中國設廠的海外企業，如TSMC、三星和海力士。所以排除海外企業，國內芯片生產還是很落后的。其實國家早就注意到了這種情況，制定了一系列的方案來應對，但是到目前為止，并沒有達到預期的效果。2015年，“中國制造2025”規劃發布，自制半導體成為規劃的重點核心產業。2025年規劃中設定，到2020年，半導體自給率達到40%，到2025年達到70%。現在2022年，如果算上所有國產芯片(很多都是低端芯片)，自給率只有36%，而2019年中國芯片自給率在30%左右，也就是說兩年內自給率提高了6%，年均增幅只有3%。如果按照這個增速，到2025年中國芯片自給率也只能達到48%和70%。國產芯片要實現2025年70%自給自足的目標還有很長的路要走。所以目前中國芯片產能不足，容易卡死，尤其是高端芯片和汽車芯片的生產。根據中汽協2021年的數據，我國汽車芯片自給率只有5%左右，這也是為什么上海疫情爆發后，很多汽車主機廠因為缺芯片而停產，因為過于依賴進口芯片。二、一個核心事件:比亞迪自研芯片歷史提到比亞迪，很多人的第一印象是一個汽車品牌。其實在半導體領域，比亞迪也可以稱得上是國產芯片的“開創者”。比亞迪2002年成立IC(集成電路)設計部，幾乎與造車和電池規劃同時開始。目前比亞迪芯片已經在很多領域得到應用甚至盈利。比亞迪擁有1167項授權專利，建立了完整的自主知識產權體系，在芯片設計、晶圓制造、模塊封裝測試、系統級應用等方面取得了一定的成績……艾斯汀。尤其是在功率半導體、IGBT、SiC的研發上，比亞迪有著5年打破國外公司壟斷，13年追平世界一流的輝煌業績。IGBT，又稱“絕緣柵雙極晶體管”，就像一種承擔“開關”功能的半導體器件。它可以在電子設備中通過高效快速的切換來切換電流類型和控制放電規模。IGBT設備的種類很多，比如高鐵、航空航天、汽車，甚至工程設備等。，比亞迪專注于汽車級IGBT芯片。2009年，第一代IGBT芯片研發成功，一舉打破國外技術壟斷，2018年，比亞迪也推出了IGBT4.0芯片。截至2020年底，比亞迪IGBT芯片已裝載超過100萬輛汽車，自行車行駛里程超過100萬公里。目前比亞迪已經研發成功IGBT6.0，采用90納米工藝，是所有汽車芯片中最小的。與幾納米的手機芯片不同，車載芯片的技術核心是技術的成熟度。由于其特殊的使用環境，車載芯片不需要那么小，車載芯片更注重可靠性、耐用性和制造成本。從比亞迪的招股書可以看出，比亞迪IGBT采用IDM模式，可以自行設計、制造和封裝。比亞迪IGBT已經連續三年獲得全球第二，國內廠商第一，但是和排名第一的英飛凌相比，差距還是挺大的。目前英飛凌依然占據國內60%-70%的份額，比亞迪穩定在15%左右。當然，這也與比亞迪長期奉行“自用優先”的發展路線有關。然而，隨著比亞迪半導體的分拆上市，比亞迪IGBT的市場表現在未來幾年將有巨大的提升空間。然而，隨著電動汽車對電池容量、電機功率、充電效率和損耗的市場需求越來越大，IGBT器件受制于材料特性，性能明顯是瓶頸，于是器件和汽車廠商紛紛轉向SiC(碳化硅技術)。根據研究數據，在750V的高電壓下，碳化硅(SiC)組件的能量效率提高了8-12%，傳導損耗降低了14%。此外，碳化硅可以在高頻下穩定工作。得益于此，由該材料制成的控制芯片不僅可以實現更快的開關頻率(約為IGBT的5-10倍)，而且開關損耗降低了75%，為相應的軟件管理策略預留了更多空間。在SiC模塊領域，比亞迪推出了1200V 1040A SiC功率模塊，突破了高溫封裝材料、長壽命互聯設計、高散熱設計、整車法規水平驗證等技術難題。2020年7月上市的比亞迪韓EV(參數|詢價)通過搭載自主研發的碳化硅電機驅動控制器，實現了3.9秒的0-100km/h加速時間和更為搶眼的續航里程。雖然比亞迪在SiC領域有了較大的突破，但是從全球碳化硅市場份額來看，比亞迪還是排不上號。目前，科銳占全球市場份額的45%，日本羅門的子公司SiCrystal占20%，II-VI占13%。在中國的企業方面，田可何達占5.3%，山東田玉娥占2.6%。目前主要的市場份額還是掌握在以美歐日為首的國家手中。第三，哪些環節會卡住？生產設備是二手進口的。比亞迪半導體雖然在車載級功率器件方面處于國內領先地位，但由于國內整體芯片產業水平，其芯片產業鏈并不完善。尤其在制造設備上，比亞迪只能通過購買二手設備來提高生產線產能，并表示8寸晶圓二手設備在市場上也是供不應求。目前，長沙比亞迪半導體有限公司8英寸汽車芯片生產線已于9月5日順利完成安裝，并開始生產調試。預計10月初正式投產，年產汽車級芯片50萬片。然而，這條生產線的關鍵設備，如光刻機、蝕刻機和離子注入機是非常重要的……d，共208套1133箱，價值約8.9億元。受國內芯片行業整體水平的制約，比亞迪最關鍵的芯片設計工具EDA完全由人掌控。目前行業排名第一的英飛凌是從德國西門子的半導體部門拆分出來的，西門子EDA是全球第三大EDA開發公司。有了這層關系，英飛凌可以毫無障礙地使用最先進的EDA開發工具。另一方面，根據比亞迪在招股書中的描述，比亞迪只能通過購買舊設備來提高R&D和生產效率。隨著海外三大EDA巨頭Synopsys、Cadence、Siemens加入供應中斷的行列，比亞迪要趕上英飛凌的R&D腳步將更加困難。但在EDA軟件開發方面，中國也開始了全方位的布局。國內EDA企業在全定制模擬電路設計和數字前端后端領域積累了豐富的技術經驗相信在不久的將來，國內EDA開發工具也將陸續面世。IGBT模塊很難突破。除了生產工具被卡脖子，技術限制也是比亞迪不得不面對的事實。目前比亞迪可以達到行業領先水平，但如前所述，IGBT器件受限于材料特性，整體性能難以有所突破。所以各大廠商都開始向SiC發展。對于很多車企致力推廣的800V高壓平臺，適合在高壓環境下工作的SiC材料幾乎是所有推廣800V高壓平臺的車企的唯一選擇。SiC模塊的成本相當高，但比亞迪在SiC模塊上還是有所建樹的。雖然起步晚，但是產品迭代少，影響了比亞迪半導體在SiC模塊的發展。同時，成本也成為比亞迪研發SiC模塊的重要因素。目前比亞迪芯片主要是自用，所以比亞迪應該優先考慮車輛的成本控制。根據目前的市場情況，碳化硅(SiC)器件的價格大約是硅基IGBT器件的4到5倍。造成這種現象的主要原因是碳化硅材料的硬度遠遠高于硅基IGBT材料。因此，碳化硅(SiC)部件制造商需要重新開發從設備、技術、處理到切割的一切。即便如此，也不能放棄SiC模塊的研發，因為搭載SiC組件的車輛可以適當簡化驅動系統的散熱設計，降低電池容量，SiC逆變器可以提高電池壽命5-10%，節省電池成本400-800美元(80kWh電池，102美元/kWh)。根據日本羅門公司的推測，到2025年，幾乎所有搭載800V動力電池的車型都將通過采用碳化硅SiC方案而更具成本優勢。四、比亞迪半導體對國內芯片行業的警示王傳福和比亞迪半導體高管在接受采訪時表示，芯片不是因為想做，而是因為買不到。所以比亞迪半導體的強勢方向是比亞迪集團發展汽車和光伏所必須的半導體產品。而且比亞迪也承認，其也通過購買二手設備提高了生產線產能，并表示8英寸晶圓二手設備在市場上也是供不應求。而且比亞迪半導體在芯片設計工具——EDA、ip核，以及其他上游原材料方面，并不具備自產能力。所以在很多層面上還是受制于人的。比亞迪半導體面臨的問題不僅僅是自身的問題，還有中國半導體產業鏈的完整性問題。擁有IDM(設計和生產)能力的獨立半導體廠商都面臨著芯片設計軟件和生產設備有限的問題，比亞迪半導體也未能幸免。而且國產芯片在生產工藝和產品質量上與行業一線廠商還有一定差距。這些差距需要國內半導體企業通過不斷的工藝迭代和經驗積累來形成突破。目前國內很多汽車廠商已經意識到芯片的重要性，不再輕易相信“全球一體化”這樣的言論，所以都安……他們將加快芯片的開發。但是局限在一個領域，并不能對整個產業鏈產生太大的影響，而應該有為產業鏈造血的能力，應該有更多的汽車企業有孵化產業鏈的能力。只是受限于行業的發展，最終還是會糾結于行業。只有跳出行業的局限，才能顛覆行業。總結:目前國內半導體行業整體發展落后一步，主要核心設備仍受制于國外公司。而且半導體研發是一個長期的、巨大的投資行業。雖然國內從事半導體相關行業的公司如雨后春筍般涌現，但巨大的資金投入使得這些公司很難設計和生產高端芯片。只有華為、比亞迪這樣資金雄厚的企業，才不怕燒錢、時間、人才。而且，一種資源一旦被放到戰略層面，必然會陷入大國博弈。好在現在國內半導體行業已經得到重視，國家也開始給予大力支持。雖然和國際一線廠商有差距，但是差距在逐漸縮小。“專心做大事”是我們的優勢。相信未來國產半導體不僅可以自給自足，還可以像其他行業一樣，徹底打破海外壟斷，把話語權掌握在自己手中。

標簽：比亞迪日產漢

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