離開芯片 汽車寸步難行？ 帶你了解我的“芯”

李文慧

近日，大眾、東風(fēng)本田、廣汽本田等車企均被傳存在芯片短缺，影響生產(chǎn)的情況。

中國汽車工業(yè)協(xié)會副秘書長兼行業(yè)發(fā)展部部長李邵華在接受媒體采訪時表示，此次媒體集中報道的芯片供應(yīng)短缺問題是真實存在的。

芯片是什么，它為何如此重要，甚至能決定汽車的產(chǎn)量？

世界上最袖珍的“房子”

芯片，又被稱為集成電路、微電路、微芯片。用電子學(xué)的術(shù)語來講，它是一種將電路（主要包括半導(dǎo)體設(shè)備，也包括被動組件等）集中制造在半導(dǎo)體晶圓表面上的小型化方式。

以人類做類比，芯片不是“心”，更像是“大腦”，是汽車、電腦、手機(jī)和其他數(shù)字電器不可缺少的一部分。

那芯片又是如何工作的呢？如果用一個粗淺的例子來形容芯片工作原理，那就是“蓋房子”，即使這是世界上最精細(xì)、最袖珍的“房子”。

要想建造一棟房子，首先需要設(shè)計圖紙，要知道房子建設(shè)的目的、用途，房間數(shù)量，每個房間的布局等，芯片也是如此。

以常見的IC（Integrated Circuit集成電路）芯片為例，設(shè)計師首先要確定芯片的目的、效能為何，對大方向做設(shè)定，隨后還要察看有哪些協(xié)定要符合。

確定符合協(xié)定后，就是確定設(shè)計芯片的細(xì)節(jié)了。簡單地說，就是寫代碼、改代碼。

在 IC 芯片中，便是使用硬體描述語言（HDL）將電路描寫出來。常使用的 HDL 有 Verilog、VHDL 等，同時還要檢查程式功能的正確性并持續(xù)修改，直到它滿足期望的功能為止。

如何將HDL轉(zhuǎn)化到硬件中去，就相當(dāng)于是如何將設(shè)計草圖紙轉(zhuǎn)化成精確的設(shè)計圖紙一樣，這時候就要喜提一個強(qiáng)大的電子設(shè)計自動化工具EDA Tool了。

在電腦上將HDL CODE轉(zhuǎn)入到EDA Tool中，一份能實現(xiàn)設(shè)計圖景的電路圖就出現(xiàn)了。

這之后，還要進(jìn)行電路布局與繞線、形成光罩、疊成芯片，基本相當(dāng)于“蓋房子”的施工階段。

總而言之，制作芯片是十分復(fù)雜的過程，其中晶圓制作、封裝等過程就不一一贅述了。

強(qiáng)大的IGBT芯片

在汽車領(lǐng)域，MCU芯片的作用至關(guān)重要。MCU芯片是Microcontroller Unit 的簡稱，中文叫微控制器，俗稱單片機(jī)，是把CPU的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存、計數(shù)器、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機(jī)，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制。

有業(yè)內(nèi)人士介紹稱，本次全球供應(yīng)短缺的MCU芯片主要分為兩類：一類是應(yīng)用于ESP（電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)）的MCU。在市場中，一般中高端車型都會配備ESP，它是汽車主動安全系統(tǒng)的一部分，能起到防側(cè)滑作用。另一類則是ECU（電子控制模塊）中的MCU，ECU廣泛應(yīng)用于汽車各控制系統(tǒng)中。

而在新能源汽車領(lǐng)域，半導(dǎo)體芯片IGBT才是那個最重要的芯片。IGBT芯片屬于功率半導(dǎo)體芯片的一種，IGBT的英文為Insulated Gate Bipolar Transistor，即絕緣柵雙極晶體管。

IGBT芯片負(fù)責(zé)交流直流轉(zhuǎn)換、高低壓轉(zhuǎn)換，決定了整車的功率釋放速度和能源效率。因此，IGBT芯片可以讓電機(jī)在瞬間爆發(fā)巨大能量，也能瞬間減少輸出，還能根據(jù)用電需求對電機(jī)變頻調(diào)速，降低能耗，增加續(xù)航，被稱作是電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)最核心的元件。

半導(dǎo)體芯片應(yīng)用廣泛，包括應(yīng)用于電腦和各種移動終端中核心計算芯片的邏輯半導(dǎo)體，應(yīng)用于手機(jī)的RAM、ROM等的存儲半導(dǎo)體，以及廣泛應(yīng)用于汽車、高鐵、電力行業(yè)的功率半導(dǎo)體。

作為半導(dǎo)體開關(guān)之一，IGBT是能量變換和傳輸?shù)暮诵牧慵?。常見的?qiáng)電只有50Hz交流電，變壓器只能改變它的電壓。有了IGBT這種開關(guān)，就可以通過電路設(shè)計和計算機(jī)控制，改變交流的頻率，或者把交流變直流。

如果從功能來看，我們可以將IGBT理解為電路開關(guān)，非通即斷。它就像家里的電燈開關(guān)，只不過是由電信號控制，能承受幾十到幾百伏電壓、幾十到幾百安電流的強(qiáng)電，每秒鐘開關(guān)頻率最高可達(dá)幾萬次。

IGBT芯片如此重要地影響著新能源汽車的生產(chǎn)，但幸運(yùn)的是這些領(lǐng)域的車企正在積極自主研發(fā)芯片。早前比亞迪公關(guān)總監(jiān)楊昭曾告訴《新能源汽車報》記者，IGBT芯片是僅次于動力電池的組件，比亞迪一直在新能源電池、芯片等方面有一整套產(chǎn)業(yè)鏈，不僅可以充分自給，還有余量外供。此外，蔚來、小鵬、理想等造車新勢力也表示芯片短缺對其影響不大。