我國車用集成電路標準化路徑研究

摘 要：目前汽車用集成電路試驗檢測較為通用的是采用美國汽車電子技術(shù)委員會（AEC）制定的標準，由于標準制定和更新過程我國企業(yè)無法參與，技術(shù)細節(jié)無法參與討論，導(dǎo)致我國汽車用集成電路無法參與國際競爭、無法打入整車市場，車用集成電路的優(yōu)化升級和自主創(chuàng)新發(fā)展能力被嚴重制約。目前國內(nèi)集成電路行業(yè)已具備一定的生產(chǎn)制造能力，但缺乏符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的國家統(tǒng)一的質(zhì)量保證要求，急需研究適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的標準化路徑，有效保障集成電路在汽車應(yīng)用時的質(zhì)量和可靠性水平。本文從車用集成電路行業(yè)現(xiàn)狀、供應(yīng)鏈到配套標準情況進行了研究分析，提出了集成電路標準化的路徑建議，對推動車用集成電路標準化自主創(chuàng)新工作具有重要意義。

關(guān)鍵詞：集成電路，車用，標準化，產(chǎn)業(yè)鏈

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.14.009

0 引 言

根據(jù)美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SIA）的數(shù)據(jù)顯示，2023年全球半導(dǎo)體銷售額達到了5268億美元。總體來看，2023年全球共售出了1.15萬億片芯片，其中增長最快的是“汽車級”芯片。英飛凌、恩智浦、瑞薩、德州儀器和意法半導(dǎo)體五大廠商占據(jù)了近一半的市場份額。我國產(chǎn)車用集成電路國產(chǎn)化率不足5%，供應(yīng)高度依賴國外[1]。一方面，是由于汽車工況較為復(fù)雜，對集成電路可靠性與功能安全性有極為嚴格的要求，加之車用集成電路產(chǎn)業(yè)長期被歐美日韓廠商，國內(nèi)車企（獨資、合資、國產(chǎn)）幾乎都是采購國外公司符合汽車級標準要求的集成電路，一級系統(tǒng)供應(yīng)商與二級芯片供應(yīng)商開發(fā)協(xié)同效應(yīng)顯著，供應(yīng)鏈格局較為穩(wěn)定；另一方面，是我們對車規(guī)級集成電路的質(zhì)量要求不夠熟悉也少有研究，更沒有與國際接軌的汽車級元器件標準、檢測與認證等相關(guān)技術(shù)支撐能力與手段，作為全球汽車消費大國，汽車級元器件標準遠落后于歐美、日、韓，且國內(nèi)車規(guī)級芯片廠商應(yīng)用規(guī)模小，自主設(shè)計生產(chǎn)的產(chǎn)品難以獲得信任，少有機會在整車應(yīng)用中檢驗芯片性能，制約迭代升級。國產(chǎn)車用集成電路標準化過程注定是漫長且困難重重的，但是為了降低產(chǎn)業(yè)鏈風(fēng)險，完成符合國內(nèi)需求的車用集成電路標準化工作勢在必行。尤其在全球集成電路產(chǎn)業(yè)越發(fā)集中、本土化運行的基礎(chǔ)上，為了贏得未來，必須加快車用集成電路標準化進程?，F(xiàn)階段急需適用國內(nèi)行業(yè)發(fā)展的車用集成電路標準體系。

1 國產(chǎn)車用集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

1.1 車用集成電路要求特殊、轉(zhuǎn)型困難

汽車集成電路相對普通消費類集成電路來說，不需要非常先進的制程工藝，但由于汽車使用工況更為復(fù)雜，對溫度、振動、電磁干擾等要求更高，因此考慮到汽車安全性與功能性，車規(guī)級芯片產(chǎn)品在可靠性、一致性、安全性、穩(wěn)定性和長效性方面有著更為嚴苛的要求，因此投入資本大，產(chǎn)品研發(fā)與認證周期長，且車用集成電路品類繁雜、整體出貨量小，單價較低，短時間內(nèi)難以形成規(guī)模并獲得利潤，因此很多企業(yè)望而卻步[2]；其次，國內(nèi)大部分車用半導(dǎo)體集成電路通常由消費類產(chǎn)品轉(zhuǎn)型而來，但其由于車用集成電路工藝先進性不足，芯片企業(yè)轉(zhuǎn)型的推動力不足。目前國內(nèi)集成電路設(shè)計企業(yè)數(shù)以千計，所設(shè)計的產(chǎn)品更是品類繁，但可以滿足車規(guī)級要求的產(chǎn)品，特別是諸如傳感器、控制器等關(guān)鍵核心車用集成電路的產(chǎn)品卻較為稀少，因此整體上來看，國內(nèi)車用集成電路產(chǎn)業(yè)較為分散，應(yīng)用規(guī)模較小、技術(shù)和資金難以形成合力。除此之外，由于車用集成電路在安全性、可靠性方面要求嚴格，所以需要較長的測試驗證流程才能得到應(yīng)用，而傳統(tǒng)汽車行業(yè)供應(yīng)鏈相對穩(wěn)定，整車廠與一、二級芯片供應(yīng)商合作緊密，彼此之間有相對牢固的信任度，通常情況下國產(chǎn)芯片企業(yè)想要導(dǎo)入產(chǎn)品，在整車應(yīng)用中驗證并迭代并非易事，整個行業(yè)對國產(chǎn)車用芯片的牽引力不足。

1.2 產(chǎn)業(yè)鏈凝聚力不足、發(fā)展模式?jīng)Q定了核心競爭力低

通常半導(dǎo)體集成電路行業(yè)依據(jù)生產(chǎn)設(shè)計及制造能力不同劃分為三種運營模式：IDM（集芯片設(shè)計、制造、封裝、測試、銷售等多產(chǎn)業(yè)聯(lián)環(huán)節(jié)與一體的全產(chǎn)業(yè)鏈運作模式）、Fabless（無工廠芯片供應(yīng)商）、Foundry（代工廠）。由于國外半導(dǎo)體集成電路起步早，技術(shù)積累深厚，產(chǎn)品成熟度高，市場占有率大，目前諸如三星、英特爾、意法半導(dǎo)體、德州儀器等國外車規(guī)級芯片龍頭企業(yè)多采用IDM模式，這種產(chǎn)業(yè)模式可以很好地協(xié)同設(shè)計、制造等環(huán)節(jié)以實心技術(shù)閉環(huán)，且有助于快速發(fā)掘技術(shù)潛力，產(chǎn)品線豐富，功能覆蓋面廣，能夠為客戶提供多樣化、系統(tǒng)化的解決方案，但是運作費用昂貴。而國內(nèi)大部分車規(guī)級芯片公司多采用Fabless加Foundry模式。Fabless主要負責設(shè)計、銷售，無需考慮產(chǎn)線投入，投資規(guī)模較小，可靈活轉(zhuǎn)型，但是通常無法與代工廠做到技術(shù)協(xié)同設(shè)計，很難完成嚴苛的指標；而代工廠只負責芯片制造、封裝或測試的其中一個環(huán)節(jié)，不用考慮市場或產(chǎn)品設(shè)計缺陷的決策風(fēng)險，但是投資規(guī)模大，維持產(chǎn)線穩(wěn)定運行的成本較高，且需要不斷投入以提高工藝水平。隨著去年疫情后供應(yīng)鏈逐步恢復(fù)，國內(nèi)車廠選擇國內(nèi)車用集成電路的意愿有所增強，為國內(nèi)相關(guān)集成電路企業(yè)導(dǎo)入產(chǎn)品的機會有所增加。

2 國產(chǎn)車用集成電路標準化過程存在的挑戰(zhàn)

2.1 現(xiàn)有車用集成電路標準現(xiàn)狀

目前全球范圍內(nèi)車規(guī)集成電路在設(shè)計、生產(chǎn)、可靠性認證等階段有相對應(yīng)的參考標準，包括設(shè)計階段的ISO 26262、生產(chǎn)制造階段的ISO/TS 16949、可靠性認證等階段的AEC-Q系列標準。其中特別是AEC系列標準，如：AECQ 100、AECQ 101、AECQ200等[3]，此系列標準是由美國汽車電子技術(shù)委員會牽頭制訂，該委員會擁有上百家成員單位，包括世界各大汽車公司、主要汽車電子零部件供應(yīng)商、主流半導(dǎo)體公司，能夠牽引上下游產(chǎn)業(yè)鏈，使得AEC系列標準一定程度上成為了芯片進入前裝的基本要求，并得到業(yè)內(nèi)的廣泛認可。而國內(nèi)還沒有完整的車用集成電路的檢驗標準體系，大部分車用集成電路企業(yè)依據(jù)AEC-Q相關(guān)試驗要求進行檢驗測試，但AEC-Q標準所涉及的內(nèi)容較為寬泛，如可靠性試驗、測試、工藝等，每個人對此標準的理解也不甚相同，且AEC-Q系列標準主要針對與傳統(tǒng)燃油車用集成電路，而目前備受推崇的新能源汽車與傳統(tǒng)燃油車有較大的的區(qū)別，很多車用集成電路的應(yīng)用模式與環(huán)境發(fā)生了較大的變化，而目前國內(nèi)外在這一方向上的標準也處在空缺狀態(tài)。

2.2 國內(nèi)車用集成電路標準化過程中存在的問題

標準化是推動科技進步，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要抓手。車用集成電路作為現(xiàn)代汽車工業(yè)中的明珠，尤其是在科技的帶動下使得汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電氣化的大背景下，備受各方關(guān)注，但是我國車用集成電路長久以來自主化程度極低，長期受制于外部力量，適合國內(nèi)發(fā)展的車用集成電路標準化進程緩慢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

一是車用集成電路標準體系不完善。目前國內(nèi)尚未形成較為統(tǒng)一的汽車集成電路標準化體系，車用集成電路相關(guān)標準僅限于翻譯應(yīng)用，且各方對現(xiàn)有的諸如AEC-Q系列等國際相關(guān)標準認知理解不一，且現(xiàn)有標準版本老舊，無法完全適用于國內(nèi)的應(yīng)用場景，車用集成電路企業(yè)無法依據(jù)明確的標準進行產(chǎn)品研發(fā)、驗證、測試。

二是標準支持不足，上中下游產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同能力欠缺。車用集成電路貫通于整個汽車產(chǎn)業(yè)鏈，上中下游協(xié)同發(fā)展對整個產(chǎn)業(yè)鏈來說至關(guān)重要，但是由于國內(nèi)缺乏有力的標準支持，產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)部分無法很好協(xié)同發(fā)展。上游半導(dǎo)體材料、設(shè)備技術(shù)儲備較弱，中游集成電路設(shè)計、制造、封測等相關(guān)企業(yè)配合度低，產(chǎn)品很難得到市場認可，導(dǎo)入下游整車廠應(yīng)用困難，而下游整車廠的需求，中上游企業(yè)又無法完全滿足。下游企業(yè)沒有提供足夠的牽引力，上游企業(yè)向下拓展的原動力又不足，整個產(chǎn)業(yè)鏈的目標不明晰，嚴重影響了產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展。

3 國產(chǎn)車用集成電路標準化路徑建議

3.1 聚焦全產(chǎn)業(yè)鏈，摸清產(chǎn)業(yè)脈絡(luò)

車用集成電路產(chǎn)業(yè)鏈涉及半導(dǎo)體材料、設(shè)備、芯片設(shè)計、封測、整車應(yīng)用等，牽扯的企業(yè)眾多。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈相對來說較為全面，但是整體競爭力偏弱，每個部分的發(fā)展方式及目標各異，側(cè)重點也不盡相同，在標準化過程中首先要摸清楚產(chǎn)業(yè)鏈中各部分的發(fā)展方向，梳理交叉融合點，連點成線，連線成面，逐步串聯(lián)其整個產(chǎn)業(yè)鏈，以此增加產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)動性。

3.2 堅持市場引導(dǎo)，全面協(xié)同發(fā)展

標準化的最終目的是服務(wù)產(chǎn)業(yè)，服務(wù)市場，而市場健康有序發(fā)展必然也會有力促進標準化發(fā)展。中國作為全球最大的汽車市場，車用集成電路規(guī)模也逐年增長，且在國內(nèi)新能源汽車大力發(fā)展的情況下，車用集成電路市場需求旺盛，因此應(yīng)該堅持市場引導(dǎo)，最大程度發(fā)揮市場主觀能動性。市場需求是其穩(wěn)定運行的動力之一，而下游整車廠作為最終產(chǎn)品輸出終端，是整個產(chǎn)業(yè)鏈的最終價值體現(xiàn)，因此下游企業(yè)的牽引作用極為重要，在標準化過程中需要發(fā)揮其引領(lǐng)作用，以此切實推動全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。

3.3 加強政策扶持，發(fā)揮優(yōu)勢力量

我國車用集成電路整體尚處于起步階段，在發(fā)展的過程中需要一定的政策扶持，近年來國家相關(guān)部門也加大了重視程度，但需更加精準出臺一系列政策，同時應(yīng)借助國內(nèi)有一定產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的重點方向，優(yōu)先發(fā)力，如我國在功率半導(dǎo)體、車用通訊集成電路以及高算力的智能輔助駕駛芯片等領(lǐng)域起步較早，技術(shù)積累深厚，占有一定的市場規(guī)模，可以加大扶持力度，持續(xù)增加市場影響力。同時著重加大產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用端的政策引導(dǎo)，推動制造企業(yè)搭建符合車規(guī)芯片生產(chǎn)的產(chǎn)線及能力，為國產(chǎn)車用集成電路上車應(yīng)用提供支撐。

3.4 搭建標準體系，完善認證流程

搭建符合國內(nèi)實情的車用集成電路標準體系。標準是用來服務(wù)市場，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展的，標準化需要聯(lián)合整個產(chǎn)業(yè)鏈，在產(chǎn)業(yè)鏈的各個方向上達成共識。下游整車應(yīng)用在整個產(chǎn)業(yè)鏈中有相對較大的影響力及話語權(quán)，因此在標準化過程中需要下游企業(yè)深度參與，切實發(fā)揮其牽引力的作用，以此來規(guī)范、促進中上游企業(yè)協(xié)同發(fā)展。在標準體系構(gòu)建的過程中需要同步建設(shè)認證平臺，以此來保證標準可以得到嚴格落實，為產(chǎn)業(yè)鏈注入強心針，提高相互之間的信任感。

參考文獻

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[3]湯朔， 李錕. 集成電路國際標準分析[ J ] .中國標準化，2021（S1）：170-177.

作者簡介

尹航，碩士研究生，工程師，研究方向為集成電路標準化及產(chǎn)業(yè)政策。

（責任編輯：張瑞洋）