台积电以为自己不可或缺 其实我们已研究替代方案
台积电以为自己不可或缺 其实我们已研究替代方案
台积电近期的争议事件引发了广泛关注。作为全球领先的芯片制造商，台积电在中国市场的发展前景备受关注。然而，中国在汽车芯片领域的布局和进展表明，中国已经具备了强大的替代能力。本文将详细介绍中国在芯片设计、制造、封测等环节的现状和进展，特别是针对汽车芯片的三个主要类别（AI芯片、MCU芯片、IGBT）的国产替代方案。
在最近的风口浪尖上，曾被诸多国人称赞，被视为中国企业成功典范的台积电，狠狠地伤了众多同胞的心。
台积电高层近期的言行，媒体已经有诸多报道分析。只能说，在大国博弈之中、历史大势面前，任何一家企业都不要高估自己。
不可否认，以台积电为代表的台湾半导体行业实力很强，但即便它们在全球半导体行业中举足轻重，甚至是当地经济命脉，但在14亿人口的大陆市场面前，在中国科技实力不断崛起的发展大势面前，那都不叫事。
汽车，是继PC和智能手机之后，芯片下一个主战场，是中国芯片产业的主要突破口。借着智能电动车这一千载难逢的历史良机，我们的芯片与汽车两大产业，都想摆脱技术与标准落后、关键技术受制于人的产业痛点，都想抓住这次良机实现产业转型升级。
产业融合的大趋势之下，2019年以来，在汽车行业各大论坛上，芯片、操作系统都是讨论热点，热度甚至高于动力电池。针对“缺芯少魂”的问题，来自芯片、汽车两大行业的企业代表、行业专家与政府主管部门，早已开了多轮会议，研讨对策了。
汽车芯片有望打翻身仗
梳理下来，我国的芯片产业虽然确实落后，但也并非毫无基础，一穷二白。芯片产业，按制造流程分三大领域：设计、制造、封测。
在芯片设计上，国内企业其实做得不错，用业内人士的话说是接近国际先进水平。从28纳米到16纳米，到14纳米，再到7纳米，甚至更先进的5纳米制程的芯片，国内都有芯片设计公司在做。SEMI数据显示，仅2021年一年，我国就新成立了592家芯片设计公司。
在芯片制造环节，国内也有代表企业，中芯国际、华虹半导体已进入全球晶圆工厂营收前十。中芯国际已初步建成覆盖90nm-14nm的主流制程工艺体系，具备向车规级工艺升级的基础。
此前被台积电多次打压、被行业人士称为中国芯片产业崛起的希望之光的中芯国际，2020年以19天的时间“光速”登陆科创板，创下科创板最快过会纪录的同时还刷新募资额度。中芯国际受重视的程度，由此可见一斑。
在芯片封测环节，国内也有长电科技、通富微电、华天科技三家企业进入全球封测公司前十。2021年上半年，长电科技成立“汽车电子事业中心”，其国内工厂已具备40nm及以上车规级芯片封测能力，其28nm及以下制程商规级产品线经过管理IT化、生产自动化和人员专业化等升级改造，也可达到车规级要求。
封测环节是我国芯片产业最早进入、发展最成熟的领域，也是最容易实现国产替代的领域。
汽车芯片，按照算力性能、工艺水平的高低可以分为三类：AI芯片、MCU芯片、IGBT，难度由高到低。
行业公认技术难度最高的高性能、大算力芯片（AI芯片），是国内芯片企业发力的重点，也是芯片产业投资的最大热门。
地平线、华为和黑芝麻已经推出28nm、16nm、12nm的车规级AI芯片，并大规模量产装车，同时具备7nm AI芯片的设计能力。此外，寒武纪、芯驰科技等科创企业，也都宣布已经具备车规级、7nm大算力芯片的设计能力，预计1-2年后便能量产装车。
目前来看，车规级大算力芯片，是自动驾驶技术的基础，在全球都属于新生事物，国际上也只有英伟达、高通、Mobileye、特斯拉等少数企业在做，国内企业起步不算晚，技术水平也不差。
MCU芯片（微控制器），汽车是最大应用领域。MCU芯片广泛应用于汽车ADAS（高级驾驶辅助系统）、车身、底盘及安全、信息娱乐、动力系统等，几乎无处不在。
近两年席卷全球汽车产业缺芯潮，缺的主要是MCU芯片。MCU芯片长期由国际芯片巨头主导，IC Insights今年6月发布的《McClean报告》显示，恩智浦、意法半导体、英飞凌、Microchip、瑞萨电子前五家MCU厂商，占2021年全球MCU销售额的82.1%。
2020年之前，国产MCU厂家虽有几百家，但主要集中于消费电子、智能卡和水电煤气仪表等低端市场，在汽车、工业控制、物联网等利润较高的中高端市场，国产MCU连打价格战的机会都没有。
在席卷全球的缺芯潮、汽车产业“新四化”变革、国际贸易摩擦等一系列因素影响下，国产MCU迎来重大发展机遇。从2021年开始，车规级MCU芯片已经成为投资热点，兆易创新、中颖电子、乐鑫科技、芯海科技等MCU芯片的实力厂商纷纷布局车规级MCU芯片。
目前，杰发科技、芯旺微、比亚迪等已量产55nm、40nm车规级MCU芯片，在车窗、雨刷、空调等方面得到应用。
IGBT（功率半导体）作为“电子电力行业的CPU”，本来已经是相当成熟的产业，但在车规级IGBT的带领下，同样成为备受重视的新赛道。
在车规级IGBT领域，英飞凌、三菱电机等国际厂商凭借多年积累，占据主导优势。但国内企业也在加速崛起，中车时代、比亚迪、斯达半导均已掌握车规级IGBT技术，并实现大规模量产装车。而且走的都是IDM模式，集芯片设计、制造、封测多个环节于一身。
从汽车产业的角度来看，国产芯片上车是迟早的事。外界打压，短期来看，确实会带来困难和干扰，加重缺芯问题；但长期来看，也会推动国产芯片崛起、加速国产芯片上车。
攻克产业链痛点要打持久战
当然，我们也不能盲目乐观。实事求是地看，我国芯片产业，还有诸多产业痛点没打通，关键技术依然受制于人。
芯片设计上，虽然我们有大量研发人才、大量创业公司等优势，但最基础的设计工具，还是被人卡脖子。
芯片设计需要EDA软件，没有EDA软件整个半导体行业寸步难行。EDA软件的TOP3——新思科技（Synopsys）、铿腾电子（Cadence）、明导国际（MentorGraphics）三家美国公司占据全球市场70%以上，占国内超90%的市场份额。全球四大主流的半导体架构X86、ARM、MIPS和RISC-V中，X86和MIPS都属于美国公司。
最新消息是，拜登政府计划让商务部发布新规则，禁止向中国出售用于芯片设计的特定类型EDA软件。在此之前，M方已经禁止相关从业者向中国出售10nm以下制程的EDA软件，现在限售范围将扩张至14nm以下。
中国虽然也有企业从事EDA软件的开发，但由于长期以来中国基础软件能力薄弱，国内厂家只占到市场份额的5%。
还有芯片设备领域，我国芯片制造设备80%以上靠进口。尤其光刻机长期被人卡脖子，我们无法进口最先进的光刻机，已经广为人知，成为我国芯片产业受制于人的典型象征。
就像EDA等设计软件，光刻机技术我们已经落后了几十年，近年才开始重视并加紧追赶，想要向国际看齐也不是一朝一夕的事。
芯片的原材料电子级多晶硅，也长期由美国、德国和日本的少数几家企业掌控。晶圆片制造上，主要是台湾、日韩、德国的企业主导，全球六大硅晶圆厂商占据全球90%以上的市场份额，市场主流的8寸与12寸的硅晶圆，我们90%以上依赖进口。虽然也有上海新昇、中欣晶圆等本土硅晶圆生产厂家，但成立时间短，尚未成气候。
眼下最为紧要的是，国产芯片想要上车，需要满足一系列专业认证测试。而车规级芯片的认证标准，不管是AEC-Q，还是ISO26262，都掌握在欧美企业手中，国内企业做认证周期长、费用高。
总体来看，在技术先进的高端芯片领域，我们的设计能力不差，但制造、封装测试等环节卡壳，如智能驾驶芯片和智能座舱芯片依赖的10nm以下制程工艺大陆企业尚不具备，高度依赖台积电。
在MCU与IGBT领域，我们的产业链相对完善一些，但车规级芯片产能严重不足，开足马力也跟不上市场需求。更为关键的是，国内芯片企业大多集中于芯片设计领域，国际芯片龙头普遍采取IDM模式，后者的产业链掌控力更强。
“中国芯片市场占全球的三分之一，但我们的自给率只占15%，汽车芯片自给率不足5%……全球超过60%的车规级芯片晶圆由台积电加工……这些数据值得我们反思，今后我们要努力改变这种局面。”2021年6月，在中汽协举办的第11届中国汽车论坛上，中国汽车工业协会总工程师、副秘书长叶盛基表示。
这场论坛上，作为芯片企业的代表，紫光国微副总裁苏琳琳的一席话同样引发不少关注：
国内芯片行业是有能力做车规产品的，之前我们是由于外部和内部多方面的原因，没有下定决心去做，但现在，在当前国际情况、市场情况以及企业未来发展情况的综合考量下，我们已经下定决心去做了，尽快实现国产汽车芯片的自主可控、稳定供应。
从各方讨论来看，“中国芯+中国软件（操作系统），产业链自主可控”，这是芯片与汽车两大产业各方人士的共识。国产芯片想要崛起，还有很长的路要走，要做打持久战的准备，而不是运动式喊喊口号、做做样品应付了事。
虽然时间紧任务重，挑战巨大，但我们也面临千载难逢的历史良机。
一来，汽车产业电动化、智能化的大趋势已经不可逆，而且中国走在这次产业变革的前列。近几年，国际芯片巨头发布最新、最先进的芯片，甭管是智能座舱芯片，还是自动驾驶芯片，基本都选择在中国首发。这也为国产芯片上车提供了机遇。
二来，国内整车企业与芯片企业在软硬结合、产业融合的道路上姿态更灵活，跑得更快。比如芯片开发上，一些国际巨头还在沿袭以往的“黑盒式”交付，地平线等国内芯片企业则更开放灵活，不仅欢迎整车企业参与到芯片开发中，还愿意站到幕后，支持整车企业自己开发芯片。
在中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟看来，产业融合的趋势之下，国内芯片企业与整车企业正在创造开放共生、生态型的新模式，这种新合作模式的意义和作用，比单一的芯片研发要大得多。
参考资料：
《新一代汽车供应链痛点研究——车用半导体篇》，中国电动汽车百人会与中国质量认证中心联合撰写。
图片：来源网络