比亚迪的芯事：半导体产业的缩影与鸿沟

近年来，除了原材料价格的上涨，汽车行业听到最多的就是“缺芯片”，一个小小的芯片价值甚至翻了几百倍。即便如此，依然是“一核难求”，这也导致全球各大车企因为芯片不足而纷纷选择减产甚至停产。但就是在这样的大环境下，才有车企可以独善其身。是比亚迪，要自己造芯片。一、国内芯片行业现状半导体自称是科技界的“原油”。没有半导体产品，就生产不出科技产品。然而，国内芯片行业仍然严重依赖进口，无论是汽车领域还是其他高科技行业都受到影响。2021年，芯片成为中国最大的进口商品，是石油的两倍多，进口额近4400亿美元，约合2.8万亿人民币。芯片进口占GDP近2.45%，中国每年集成电路进口占中国全部进口的16%。也就是说，每进口6美元的商品，就有1美元是筹码，这个数字还是在美国制裁之后。我们真的应该感谢美国的“当头一棒”，让我们意识到芯片对国家科技发展的重要性。距离2019年5月华为芯片被制裁，已经过去了三年多。近年来，中国也开始大力发展半导体产业。到2021年，中国的芯片产能已达到每天10亿片，但这还包括在中国设厂的海外企业，如TSMC、三星和海力士。所以排除海外企业，国内芯片生产还是很落后的。其实国家早就注意到了这种情况，制定了一系列的方案来应对，但是到目前为止，并没有达到预期的效果。2015年，“中国制造2025”规划发布，自制半导体成为规划的重点核心产业。2025年规划中设定，到2020年，半导体自给率达到40%，到2025年达到70%。现在2022年，如果算上所有国产芯片(很多都是低端芯片)，自给率只有36%，而2019年中国芯片自给率在30%左右，也就是说两年内自给率提高了6%，年均增幅只有3%。如果按照这个增速，到2025年中国芯片自给率也只能达到48%和70%。国产芯片要实现2025年70%自给自足的目标还有很长的路要走。所以目前中国芯片产能不足，容易卡死，尤其是高端芯片和汽车芯片的生产。根据中汽协2021年的数据，我国汽车芯片自给率只有5%左右，这也是为什么上海疫情爆发后，很多汽车主机厂因为缺芯片而停产，因为过于依赖进口芯片。二、一个核心事件:比亚迪自研芯片历史提到比亚迪，很多人的第一印象是一个汽车品牌。其实在半导体领域，比亚迪也可以称得上是国产芯片的“开创者”。比亚迪2002年成立IC(集成电路)设计部，几乎与造车和电池规划同时开始。目前比亚迪芯片已经在很多领域得到应用甚至盈利。比亚迪拥有1167项授权专利，建立了完整的自主知识产权体系，在芯片设计、晶圆制造、模块封装测试、系统级应用测试等方面取得了一定的成绩。尤其是在功率半导体、IGBT、SiC的研发上，比亚迪有着5年打破国外公司垄断，13年追平世界一流的辉煌业绩。IGBT，又称“绝缘栅双极晶体管”，就像一种承担“开关”功能的半导体器件。它可以在电子设备中通过高效快速的切换来切换电流类型和控制放电规模。IGBT设备的种类很多，比如高铁、航空航天、汽车，甚至工程设备等。，比亚迪专注于汽车级IGBT芯片。2009年，第一代IGBT芯片研发成功，一举打破国外技术垄断，2018年，比亚迪也推出了IGBT4.0芯片。到2020年底，…D IGBT芯片已装载超过100万辆汽车，自行车行驶里程超过100万公里。目前比亚迪已经研发成功IGBT6.0，采用90纳米工艺，是所有汽车芯片中最小的。与几纳米的手机芯片不同，车载芯片的技术核心是技术的成熟度。由于其特殊的使用环境，车载芯片不需要那么小，车载芯片更注重可靠性、耐用性和制造成本。从比亚迪的招股书可以看出，比亚迪IGBT采用IDM模式，可以自行设计、制造和封装。比亚迪IGBT已经连续三年获得全球第二，国内厂商第一，但是和排名第一的英飞凌相比，差距还是挺大的。目前英飞凌依然占据国内60%-70%的份额，比亚迪稳定在15%左右。当然，这也与比亚迪长期奉行“自用优先”的发展路线有关。然而，随着比亚迪半导体的分拆上市，比亚迪IGBT的市场表现在未来几年将有巨大的提升空间。然而，随着电动汽车对电池容量、电机功率、充电效率和损耗的市场需求越来越大，IGBT器件受制于材料特性，性能明显是瓶颈，于是器件和汽车厂商纷纷转向SiC(碳化硅技术)。根据研究数据，在750V的高电压下，碳化硅(SiC)组件的能量效率提高了8-12%，传导损耗降低了14%。此外，碳化硅可以在高频下稳定工作。得益于此，由该材料制成的控制芯片不仅可以实现更快的开关频率(约为IGBT的5-10倍)，而且开关损耗降低了75%，为相应的软件管理策略预留了更多空间。在SiC模块领域，比亚迪推出了1200V 1040A SiC功率模块，突破了高温封装材料、长寿命互联设计、高散热设计、整车法规水平验证等技术难题。2020年7月上市的比亚迪韩EV(参数|询价)通过搭载自主研发的碳化硅电机驱动控制器，实现了3.9秒的0-100km/h加速时间和更为抢眼的续航里程。虽然比亚迪在SiC领域有了较大的突破，但是从全球碳化硅市场份额来看，比亚迪还是排不上号。目前，科锐占全球市场份额的45%，日本罗门的子公司SiCrystal占20%，II-VI占13%。在中国的企业方面，田可何达占5.3%，山东田玉娥占2.6%。目前主要的市场份额还是掌握在以美欧日为首的国家手中。第三，哪些环节会卡住？生产设备是二手进口的。比亚迪半导体虽然在车载级功率器件方面处于国内领先地位，但由于国内整体芯片产业水平，其芯片产业链并不完善。尤其是在制造设备上，比亚迪只能通过购买二手设备来提高生产线产能，并表示8寸晶圆二手设备在市场上也是供不应求。目前，长沙比亚迪半导体有限公司8英寸汽车芯片生产线已于9月5日顺利完成安装，并开始生产调试。预计10月初正式投产，年产汽车级芯片50万片。但这条生产线的关键设备，如光刻机、蚀刻机、离子注入机等都是进口的，共计208台、1133箱，价值约8.9亿元。受国内芯片行业整体水平的制约，比亚迪最关键的芯片设计工具EDA完全由人掌控。目前行业排名第一的英飞凌是从德国西门子的半导体部门拆分出来的，西门子EDA是全球第三大EDA开发公司。有了这层关系，英飞凌可以毫无障碍地使用最先进的EDA开发工具。另一方面，根据比亚迪在招股书中的描述，比亚迪只能通过购买旧设备来提高R&D和生产效率。随着海外三大EDA巨头Synopsys、Cadence、Siemens加入断供行列，比亚迪追赶英飞凌的R&D将更加困难……otsteps。但在EDA软件开发方面，中国也开始了全方位的布局。国内EDA企业在全定制模拟电路设计和数字前端后端领域积累了丰富的技术经验相信在不久的将来，国内EDA开发工具也将陆续面世。IGBT模块很难突破。除了生产工具被卡脖子，技术限制也是比亚迪不得不面对的事实。目前比亚迪可以达到行业领先水平，但如前所述，IGBT器件受限于材料特性，整体性能难以有所突破。所以各大厂商都开始向SiC发展。对于很多车企致力推广的800V高压平台，适合在高压环境下工作的SiC材料几乎是所有推广800V高压平台的车企的唯一选择。SiC模块的成本相当高，但比亚迪在SiC模块上还是有所建树的。虽然起步晚，但是产品迭代少，影响了比亚迪半导体在SiC模块的发展。同时，成本也成为比亚迪研发SiC模块的重要因素。目前比亚迪芯片主要是自用，所以比亚迪应该优先考虑车辆的成本控制。根据目前的市场情况，碳化硅(SiC)器件的价格大约是硅基IGBT器件的4到5倍。造成这种现象的主要原因是碳化硅材料的硬度远远高于硅基IGBT材料。因此，碳化硅(SiC)部件制造商需要重新开发从设备、技术、处理到切割的一切。即便如此，也不能放弃SiC模块的研发，因为搭载SiC组件的车辆可以适当简化驱动系统的散热设计，降低电池容量，SiC逆变器可以提高电池寿命5-10%，节省电池成本400-800美元(80kWh电池，102美元/kWh)。根据日本罗门公司的推测，到2025年，几乎所有搭载800V动力电池的车型都将通过采用碳化硅SiC方案而更具成本优势。四、比亚迪半导体对国内芯片行业的警示王传福和比亚迪半导体高管在接受采访时表示，芯片不是因为想做，而是因为买不到。所以比亚迪半导体的强势方向是比亚迪集团发展汽车和光伏所必须的半导体产品。而且比亚迪也承认，其也通过购买二手设备提高了生产线产能，并表示8英寸晶圆二手设备在市场上也是供不应求。而且比亚迪半导体在芯片设计工具——EDA、ip核，以及其他上游原材料方面，并不具备自产能力。所以在很多层面上还是受制于人的。比亚迪半导体面临的问题不仅仅是自身的问题，还有中国半导体产业链的完整性问题。拥有IDM(设计和生产)能力的独立半导体厂商都面临着芯片设计软件和生产设备有限的问题，比亚迪半导体也未能幸免。而且国产芯片在生产工艺和产品质量上与行业一线厂商还有一定差距。这些差距需要国内半导体企业通过不断的工艺迭代和经验积累来形成突破。目前国内很多汽车厂商已经意识到芯片的重要性，不再轻易相信“全球一体化”这样的言论，纷纷宣布要加快芯片的研发。但是局限在一个领域，并不能对整个产业链产生太大的影响，而应该有为产业链造血的能力，应该有更多的汽车企业有孵化产业链的能力。只是受限于行业的发展，最终还是会纠结于行业。只有跳出行业的局限，才能颠覆行业。总结:目前国内半导体行业整体发展落后一步，主要核心设备仍受制于国外公司。而且半导体研发是一个长期的、巨大的投资行业。虽然国内从事半导体相关行业的公司有……雨后春笋，巨大的资金投入使得这些公司很难设计和生产高端芯片。只有华为、比亚迪这样资金雄厚的企业，才不怕烧钱、时间、人才。而且，一种资源一旦被放到战略层面，必然会陷入大国博弈。好在现在国内半导体行业已经得到重视，国家也开始给予大力支持。虽然和国际一线厂商有差距，但是差距在逐渐缩小。“专心做大事”是我们的优势。相信未来国产半导体不仅可以自给自足，还可以像其他行业一样，彻底打破海外垄断，把话语权掌握在自己手中。近年来，除了原材料价格的上涨，汽车行业听到最多的就是“缺芯片”，一个小小的芯片价值甚至翻了几百倍。即便如此，依然是“一核难求”，这也导致全球各大车企因为芯片不足而纷纷选择减产甚至停产。但就是在这样的大环境下，才有车企可以独善其身。是比亚迪，要自己造芯片。一、国内芯片行业现状半导体自称是科技界的“原油”。没有半导体产品，就生产不出科技产品。然而，国内芯片行业仍然严重依赖进口，无论是汽车领域还是其他高科技行业都受到影响。2021年，芯片成为中国最大的进口商品，是石油的两倍多，进口额近4400亿美元，约合2.8万亿人民币。芯片进口占GDP近2.45%，中国每年集成电路进口占中国全部进口的16%。也就是说，每进口6美元的商品，就有1美元是筹码，这个数字还是在美国制裁之后。我们真的应该感谢美国的“当头一棒”，让我们意识到芯片对国家科技发展的重要性。距离2019年5月华为芯片被制裁，已经过去了三年多。近年来，中国也开始大力发展半导体产业。到2021年，中国的芯片产能已达到每天10亿片，但这还包括在中国设厂的海外企业，如TSMC、三星和海力士。所以排除海外企业，国内芯片生产还是很落后的。其实国家早就注意到了这种情况，制定了一系列的方案来应对，但是到目前为止，并没有达到预期的效果。2015年，“中国制造2025”规划发布，自制半导体成为规划的重点核心产业。2025年规划中设定，到2020年，半导体自给率达到40%，到2025年达到70%。现在2022年，如果算上所有国产芯片(很多都是低端芯片)，自给率只有36%，而2019年中国芯片自给率在30%左右，也就是说两年内自给率提高了6%，年均增幅只有3%。如果按照这个增速，到2025年中国芯片自给率也只能达到48%和70%。国产芯片要实现2025年70%自给自足的目标还有很长的路要走。所以目前中国芯片产能不足，容易卡死，尤其是高端芯片和汽车芯片的生产。根据中汽协2021年的数据，我国汽车芯片自给率只有5%左右，这也是为什么上海疫情爆发后，很多汽车主机厂因为缺芯片而停产，因为过于依赖进口芯片。二、一个核心事件:比亚迪自研芯片历史提到比亚迪，很多人的第一印象是一个汽车品牌。其实在半导体领域，比亚迪也可以称得上是国产芯片的“开创者”。比亚迪2002年成立IC(集成电路)设计部，几乎与造车和电池规划同时开始。目前比亚迪芯片已经在很多领域得到应用甚至盈利。比亚迪拥有1167项授权专利，建立了完整的自主知识产权体系，在芯片设计、晶圆制造、模块封装测试、系统级应用等方面取得了一定的成绩……艾斯汀。尤其是在功率半导体、IGBT、SiC的研发上，比亚迪有着5年打破国外公司垄断，13年追平世界一流的辉煌业绩。IGBT，又称“绝缘栅双极晶体管”，就像一种承担“开关”功能的半导体器件。它可以在电子设备中通过高效快速的切换来切换电流类型和控制放电规模。IGBT设备的种类很多，比如高铁、航空航天、汽车，甚至工程设备等。，比亚迪专注于汽车级IGBT芯片。2009年，第一代IGBT芯片研发成功，一举打破国外技术垄断，2018年，比亚迪也推出了IGBT4.0芯片。截至2020年底，比亚迪IGBT芯片已装载超过100万辆汽车，自行车行驶里程超过100万公里。目前比亚迪已经研发成功IGBT6.0，采用90纳米工艺，是所有汽车芯片中最小的。与几纳米的手机芯片不同，车载芯片的技术核心是技术的成熟度。由于其特殊的使用环境，车载芯片不需要那么小，车载芯片更注重可靠性、耐用性和制造成本。从比亚迪的招股书可以看出，比亚迪IGBT采用IDM模式，可以自行设计、制造和封装。比亚迪IGBT已经连续三年获得全球第二，国内厂商第一，但是和排名第一的英飞凌相比，差距还是挺大的。目前英飞凌依然占据国内60%-70%的份额，比亚迪稳定在15%左右。当然，这也与比亚迪长期奉行“自用优先”的发展路线有关。然而，随着比亚迪半导体的分拆上市，比亚迪IGBT的市场表现在未来几年将有巨大的提升空间。然而，随着电动汽车对电池容量、电机功率、充电效率和损耗的市场需求越来越大，IGBT器件受制于材料特性，性能明显是瓶颈，于是器件和汽车厂商纷纷转向SiC(碳化硅技术)。根据研究数据，在750V的高电压下，碳化硅(SiC)组件的能量效率提高了8-12%，传导损耗降低了14%。此外，碳化硅可以在高频下稳定工作。得益于此，由该材料制成的控制芯片不仅可以实现更快的开关频率(约为IGBT的5-10倍)，而且开关损耗降低了75%，为相应的软件管理策略预留了更多空间。在SiC模块领域，比亚迪推出了1200V 1040A SiC功率模块，突破了高温封装材料、长寿命互联设计、高散热设计、整车法规水平验证等技术难题。2020年7月上市的比亚迪韩EV(参数|询价)通过搭载自主研发的碳化硅电机驱动控制器，实现了3.9秒的0-100km/h加速时间和更为抢眼的续航里程。虽然比亚迪在SiC领域有了较大的突破，但是从全球碳化硅市场份额来看，比亚迪还是排不上号。目前，科锐占全球市场份额的45%，日本罗门的子公司SiCrystal占20%，II-VI占13%。在中国的企业方面，田可何达占5.3%，山东田玉娥占2.6%。目前主要的市场份额还是掌握在以美欧日为首的国家手中。第三，哪些环节会卡住？生产设备是二手进口的。比亚迪半导体虽然在车载级功率器件方面处于国内领先地位，但由于国内整体芯片产业水平，其芯片产业链并不完善。尤其在制造设备上，比亚迪只能通过购买二手设备来提高生产线产能，并表示8寸晶圆二手设备在市场上也是供不应求。目前，长沙比亚迪半导体有限公司8英寸汽车芯片生产线已于9月5日顺利完成安装，并开始生产调试。预计10月初正式投产，年产汽车级芯片50万片。然而，这条生产线的关键设备，如光刻机、蚀刻机和离子注入机是非常重要的……d，共208套1133箱，价值约8.9亿元。受国内芯片行业整体水平的制约，比亚迪最关键的芯片设计工具EDA完全由人掌控。目前行业排名第一的英飞凌是从德国西门子的半导体部门拆分出来的，西门子EDA是全球第三大EDA开发公司。有了这层关系，英飞凌可以毫无障碍地使用最先进的EDA开发工具。另一方面，根据比亚迪在招股书中的描述，比亚迪只能通过购买旧设备来提高R&D和生产效率。随着海外三大EDA巨头Synopsys、Cadence、Siemens加入供应中断的行列，比亚迪要赶上英飞凌的R&D脚步将更加困难。但在EDA软件开发方面，中国也开始了全方位的布局。国内EDA企业在全定制模拟电路设计和数字前端后端领域积累了丰富的技术经验相信在不久的将来，国内EDA开发工具也将陆续面世。IGBT模块很难突破。除了生产工具被卡脖子，技术限制也是比亚迪不得不面对的事实。目前比亚迪可以达到行业领先水平，但如前所述，IGBT器件受限于材料特性，整体性能难以有所突破。所以各大厂商都开始向SiC发展。对于很多车企致力推广的800V高压平台，适合在高压环境下工作的SiC材料几乎是所有推广800V高压平台的车企的唯一选择。SiC模块的成本相当高，但比亚迪在SiC模块上还是有所建树的。虽然起步晚，但是产品迭代少，影响了比亚迪半导体在SiC模块的发展。同时，成本也成为比亚迪研发SiC模块的重要因素。目前比亚迪芯片主要是自用，所以比亚迪应该优先考虑车辆的成本控制。根据目前的市场情况，碳化硅(SiC)器件的价格大约是硅基IGBT器件的4到5倍。造成这种现象的主要原因是碳化硅材料的硬度远远高于硅基IGBT材料。因此，碳化硅(SiC)部件制造商需要重新开发从设备、技术、处理到切割的一切。即便如此，也不能放弃SiC模块的研发，因为搭载SiC组件的车辆可以适当简化驱动系统的散热设计，降低电池容量，SiC逆变器可以提高电池寿命5-10%，节省电池成本400-800美元(80kWh电池，102美元/kWh)。根据日本罗门公司的推测，到2025年，几乎所有搭载800V动力电池的车型都将通过采用碳化硅SiC方案而更具成本优势。四、比亚迪半导体对国内芯片行业的警示王传福和比亚迪半导体高管在接受采访时表示，芯片不是因为想做，而是因为买不到。所以比亚迪半导体的强势方向是比亚迪集团发展汽车和光伏所必须的半导体产品。而且比亚迪也承认，其也通过购买二手设备提高了生产线产能，并表示8英寸晶圆二手设备在市场上也是供不应求。而且比亚迪半导体在芯片设计工具——EDA、ip核，以及其他上游原材料方面，并不具备自产能力。所以在很多层面上还是受制于人的。比亚迪半导体面临的问题不仅仅是自身的问题，还有中国半导体产业链的完整性问题。拥有IDM(设计和生产)能力的独立半导体厂商都面临着芯片设计软件和生产设备有限的问题，比亚迪半导体也未能幸免。而且国产芯片在生产工艺和产品质量上与行业一线厂商还有一定差距。这些差距需要国内半导体企业通过不断的工艺迭代和经验积累来形成突破。目前国内很多汽车厂商已经意识到芯片的重要性，不再轻易相信“全球一体化”这样的言论，所以都安……他们将加快芯片的开发。但是局限在一个领域，并不能对整个产业链产生太大的影响，而应该有为产业链造血的能力，应该有更多的汽车企业有孵化产业链的能力。只是受限于行业的发展，最终还是会纠结于行业。只有跳出行业的局限，才能颠覆行业。总结:目前国内半导体行业整体发展落后一步，主要核心设备仍受制于国外公司。而且半导体研发是一个长期的、巨大的投资行业。虽然国内从事半导体相关行业的公司如雨后春笋般涌现，但巨大的资金投入使得这些公司很难设计和生产高端芯片。只有华为、比亚迪这样资金雄厚的企业，才不怕烧钱、时间、人才。而且，一种资源一旦被放到战略层面，必然会陷入大国博弈。好在现在国内半导体行业已经得到重视，国家也开始给予大力支持。虽然和国际一线厂商有差距，但是差距在逐渐缩小。“专心做大事”是我们的优势。相信未来国产半导体不仅可以自给自足，还可以像其他行业一样，彻底打破海外垄断，把话语权掌握在自己手中。

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