模拟芯片,汽车芯片的“三好学生” | 智车星球
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发布时间：2023-05-01 20:08
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时间：2023-05-09 17:38
在汽车供应链的江湖里，芯片绝对是这几年最热门的话题。过去几十年，因为过于上游，市场和分工又极度成熟，基本就是自成一派、低调赚钱。但过去3年里，因为新能源车的快速普及，“缺芯”加上“国际形势”的刺激，汽车芯片一“缺”成名。
一辆车上到底有哪些芯片？汽车芯片主要难在哪？如果断供和技术封锁愈演愈烈，国产汽车芯片到底能不能打呢？
要搞清楚这些问题，就要先从半导体器件的分类说起。半导体器件可以分为主动器件和被动器件两类。其中主动器件更重要，同时这一部分的市场占比也最大，市场份额超过80%。
再向下细分，主动器件又可以分为数字芯片和模拟芯片：数字芯片就是处理和存储离散数字信号的器件。模拟芯片则是用于处理和提供模拟信号的器件。（注：有时传感器会被单独分类）
那么具体到一辆汽车上，数字芯片和模拟芯片分别发挥什么作用呢？
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模拟芯片和数字芯片在汽车上的应用
简单来说，像是大家耳熟能详的MCU和大算力芯片SOC，都属于数字芯片。它们是芯片中的“网红”，备受科技圈和资本市场的关注，社交媒体上随处可见英伟达、高通、地平线的名字。
而在车内数量、种类更多，干了更多活，且设计门槛还更高的，则归类到模拟芯片。它们更像是学校里的三好学生，成绩优秀、助人为乐，还是导师的得力干将，比如德州仪器、ADI、纳芯微。
网红大家听得多了，我们今天主要来盘一盘这些三好学生。以表达我这个学渣对三好学生的敬佩。
作为声音、光线、温度等信号的处理器，模拟芯片就是“连接数字世界和物理世界的桥梁”，从电动车辆高压、低压系统的连接转换，到语音控制、车载大屏、感应雨刷、智能车灯、香氛系统、氛围灯、座椅通风加热，等等等等，这些大家现在买车关心的功能，全都必须要模拟芯片来实现。
这个结果就是，在B级新能源车中，模拟芯片单车用量从燃油车的160 颗提升到了近400颗。
这400颗模拟芯片中，根据不同的应用场景和信号类型，分为5大类：
1. 传感器模拟芯片，这类芯片主要用于接受和处理各种传感器的模拟信号，如温度传感器，加速度传感器等；
2. 电源管理芯片，主要用于对电压、电流、功率等参数进行检测和调节；
3. 驱动器芯片，主要用于对电动机、电磁阀等各种执行器的控制；
4. 模拟信号处理器，主要用于对模拟信号进行滤波、放大、变换等处理，以提高信号的质量和准确性；
5. 显示驱动芯片，这类芯片则主要用于驱动车载显示屏幕，如仪表盘显示屏、中控屏等等。
除特定用途的模拟芯片外，模拟芯片按大致功能分为信号链模拟芯片和电源管理模拟芯片两大类。
几乎所有电子部件里都有模拟芯片的身影，这就造就了模拟芯片的量大特点：品类多、数量大。
以新能源车特别需要的隔离芯片为例，出于安全的角度，需要防范人体以及低压设备承受高压或者浪涌的冲击，这些高压信号需要被隔离。新能源汽车中用到隔离芯片的模块有很多，包括车载充电器模块（OBC，On Board Charger）、电池管理系统（BMS，Battery Management System）、车载里面DC/DC转换器、电机控制驱动、CAN总线等等，所以对隔离芯片的需求成倍增加。
在模拟芯片领域，过去德州仪器（TI）、亚德诺半导体（ADI）、英飞凌等国际大厂几乎垄断，现在，在部分品类，国内厂家在技术指标、性能和价格上可以和国际厂商抗衡，比如纳芯微、圣邦微、艾为电子等企业。其中，圣邦微主要聚焦消费市场，纳芯微更早嗅到新能源汽车市场的机会，布局汽车行业，2016年就发布首款汽车级芯片。
作为国内最早规模量产数字隔离芯片的公司之一，纳芯微的数字隔离器产品市场份额国内第一，在全球市场也是佼佼者。
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模拟芯车规级芯片到底难在哪
盘点完了车上的芯片种类、用途和国内外芯片企业，再来说说，为什么前段时间，汽车圈缺芯缺到车辆得停产、总裁要“跳楼”、采购天天跪！隔壁消费电子圈华为不得已把荣耀买了也没见这么哭天抢地的呀。
这里问题的核心，就三个字，“车规级”。相对于工业级和消费电子级芯片，车规级芯片的可靠性、一致性、安全性、稳定性和长效性等都有更严格的标准。
道理很简单，手机上芯片开小差了，最多就是不好用，卡死重启，实在气坏了就把手机砸了。但车的芯片出了问题，就可能危急生命安全。
一颗车规级芯片的诞生，要经过产品设计、流片、封测、车规认证、打造算法工具链，到功能安全认证，软件包开发，再到完善支持行业生态。这其中每一个步骤都有着极高的要求。
比如在芯片设计阶段，对于设计流程、人员的认证，包括服务器都有着严苛的要求。
而从样片到量产，也要经过复杂的认证，包括安全专家、功能安全流程和产品认证等，这一周期通常也需要2年时间。
再到质量验证阶段，一颗芯片通常会被交由第三方独立公司进行严格的测试和认证，比如加速环境应力可靠性、加速寿命模拟可靠性和缺陷筛查等等，整个测试流程大概在半年左右，而一旦中间出现问题，可能就要重新测试。
在这种严格要求下，一颗芯片想要满足车规级，然后“上车量产”，大概就是要从青铜炼到王者。
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国产车规级芯片到底行不行？
车规级芯片需求量大，对质量的要求高，那么，在贸易封锁的局势下，国内企业到底能不能冲出重围？国产芯片到底能不能打？
不可否认，当前阶段，从性能、技术、制造和成本，国际大厂都相对领先、甚至遥遥领先。过去在汽车产业，为了安全、稳定和效率，几乎就是国际企业垄断、国产靠边站。但当前的形势下，只有车企和汽车产业链给国产芯片信心和耐心，给到国产芯片测试、验证、考试、上车的机会，汽车圈和芯片圈相互理解、扶持，协同创新突破，才能真正开始我们的芯片崛起之路。
好的情况是，已经有车企开始批量使用国产，比如2022年上半年，长安汽车共应用了1900万颗国产芯片。在MCU、计算芯片、模拟芯片、传感器等各个领域，都已经有了可以合格“上车”的芯片企业和产品。
当然，要求“客户爸爸”支持国产还只是第一步，我国芯片企业也需要尽快增强自身实力，加强基础研究和人才培养，提高自主知识产权能力，同时提升技术和产品质量，这样才能逐步获得车企的信任。
还有一个挑战是，我国芯片企业目前存在“小而散”的特点。根据中国半导体行业协会数据，2020年国内芯片设计企业达到2218家。但是，销售额过亿元的企业仅为289家，销售额低于1000万元的高达1164家，同质化竞争严重，利润普遍不高，能与国际芯片大厂正面硬钢的企业更是凤毛麟角。
这种小、散、弱的局面，想要大力出奇迹，很可能是重拳打在棉花上。唯有国家和地方*合力建设好产业发展土壤，比如标准、制度、服务体系，然后集中资源扶持、培育、历练少量有基础、有潜力的种子选手，才能逐步培育出芯片产业独角兽，进而进化成有国际竞争力的世界级企业。
有人说，未来十年将是我国芯片产业的黄金十年。这个说法并不夸张，这是一场几乎全员参与的芯片突围，在芯片圈铆足了劲往前冲的时，汽车圈、资本圈、学术圈，甚至是每一个关心国产芯片的普通人，都需要给他们更多信心、信任和耐心。
破釜沉舟、卧薪尝胆，助三千越甲终吞吴。
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