扒一扒比亚迪在汽车芯片方面的实力,赶超第一梯队还有多少差距?

近期,比亚迪半导体对外称,已于2022年3月推出车规级8位MCUBS9000AMXX系列,应用领域为车身域传感器检测控制、车身域末端执行机构,该产品的客户端应用开发项目已启动。

众所周知,虽然比亚迪在销量上一枝独秀,远超蔚小理等新势力,但要是论起芯片,比亚迪离新势力们依旧有着一定的差距。而弥补上这个弱点的方法也很简单:砸钱。

比亚迪在2004年成立了比亚迪半导体股份有限公司,致力于半导体核心技术研发制造、销售、集成服务。比亚迪半导体公司为比亚迪汽车解决了很多核心芯片供给难题,稳定了疫情中的芯片供给难题。

而比亚迪半导体的产品也包括业级通用MCU芯片、工业级三合一MCU芯片、车规级触控MCU芯片、车规级通用MCU芯片以及电池管理MCU芯片等,累计出货量达到了20亿颗。

这次推出的BS9000AMXX系列是一款车规级8位通用MCU,该芯片采用S8051内核,主频最高为24MHZ,基于标准8051指令流水线结构。

包含31KBFLASH、2KBSRAM、1KBEEPROM;通信支持1路IIC、2路UART(其中一路支持Lin2.1协议)、1路SPI、最多达7路PWM;支持BLDC电机控制,最多达24路12位分辨率ADC,最多可支持26个I/O,并集成高可靠性电容检测按键模块,包括TSSOP28、QFN20两种封装形式。

芯片是汽车电子系统内部运算和处理的核心,比亚迪半导体最新的BS9000AMXX系列产品可以满足多种应用场景,对车内饰灯、氛围灯、门把手、空调触摸面板、各类传感器、BLDC电机等部件都能进行控制。

这种芯片的问世自然也不只是比亚迪一家收益,极有可能像刀片电池一样,推广到整个国内汽车市场,不知道攻克关键技术的比亚迪会不会再上一个台阶。

比亚迪的芯片实力

在芯片类型方面,比亚迪能做分立器件、电源管理、MCU、光器件、传感器等几种芯片,但还没有覆盖智能驾驶等所需的计算芯片、存储芯片;在芯片产业链条上,比亚迪能够设计、制造成熟制程的芯片,但上游材料、设备,基本不能做。

因此,可以说比亚迪具备了多种芯片的自研自产能力,但不是全部芯片,也还没有攻克先进制程的芯片生产,也还面临材料、设备的掣肘。

比亚迪能做啥?

也因此,目前没有企业能够贯穿整个产业链和所有产品。

要想理清比亚迪半导体的造芯能力,需要先理清半导体行业的产业特点。芯片产业链的分工模式大致分为三种:Fabless、Foundry和IDM。

为了便于理解,我们可以用建筑行业举例,Fabless公司就像建筑设计公司,只负责设计,不负责施工。Foundry就像是建筑包工队,不管设计,只管施工。而IDM则是像是总包公司,既能设计,又能施工。

对于不同的产业模式,对半导体公司的能力要求有所不同。

比如Fabless模式的公司,需要更强的市场研发能力,顺应市场需求才行。而是对于Foundry模式的公司,更像是传统的工业公司,考量的是工艺水平与成本控制能力。IDM模式公司,对综合能力的要求更高,什么都得会,什么都得强才能成功。

芯片业内不同模式下最出名的公司有,Fabless模式:英伟达,Foundry模式TMSC台积电,IDM公司INTEL(英特尔)。

比亚迪在不同的芯片种类上,采用不同的产业链模式:

在IGBT芯片上,具备IDM模式设计制造能力;

在车用MCU(微处理器)、CMOS摄像头、指纹传感器方面,以Fabless模式运营;

在模拟IC(电源管理)芯片上,比亚迪能做到Foundry模式,为其他企业代工生产。

如同比亚迪的新能源车坚持插电和纯电两条腿走路一样,比亚迪半导体的发展也是多种模式兼顾进行。

在产品种类方面,比亚迪半导体生产的芯片主要围绕比亚迪集团业务展开。比亚迪集团的主要业务种类有:新能源汽车、LED光源、光伏、储能、轨道交通、消费电子代工。因此比亚迪半导体所能生产的芯片种类,较为丰富。

比亚迪半导体所能生产的产品种类,除模拟IC外,其他芯片都可能用在汽车之上。

总体而言,比亚迪半导体所生产的芯片种类还是围绕新能源汽车、消费电子展开。随着汽车与消费电子产品的融合,比亚迪半导体所产芯片将可越来越多的应用于汽车之上。

客户和产能情况

理清楚产品后,再来看下比亚迪现阶段的客户有哪些?

比亚迪半导体招股说明书上显示,在汽车领域,比亚迪半导体已进入小鹏汽车、东风岚图、宇通汽车、小康汽车、长安汽车等品牌客户的供应商体系。

在家电领域,比亚迪已进入美的、格力、奥克斯、格兰仕、志高、九阳、苏泊尔等品牌客户的供应商体系;

在工业控制领域,比亚迪已进入瑞凌股份、霍尼韦尔、北京时代、新时达、汇川技术、博世力士乐等品牌客户的供应商体系;

在消费电子领域,比亚迪已进入三星、传音控股、云蚁智联、闻泰科技、龙旗、TCL等品牌客户的供应商体系。

除了功率模块,比亚迪在智能控制IC领域具备较强的技术优势,MCU芯片和电源IC均具有丰富的量产经验和优质的客户群体,已进入比亚迪集团、美的、格力、格兰仕等品牌厂商的供应体系。

在智能传感器领域,比亚迪也具备较强的市场竞争力和应用端优势。其中,消费级CMOS图像传感器已进入三星、TCL、传音控股等知名品牌厂商的供应链体系,车规级CMOS图像传感器采用车规级BSI工艺和车规级IMBGA封装,星光级图像效果和宽动态表现方面具有优势。

从比例上来看,无论是车规级模块还是工业模块,都以自供为主,占比达到50%以上。

从招股说明书披露的数据看,2020年和2021年上半年,比亚迪功率半导体销售主要集中在车规级模块,占比分别为76.40%和81.98%,主要包括SiC模块、DM4.0混动模块、其他车规级IGBT模块等。

晶圆是芯片的载体。在晶圆制造方面,比亚迪披露的信息显示,2018-2021年上半年,晶圆产能利用率分别为78.61%、49.54%、32.33%和64.05%;晶圆产销率分别为97.97%、84.85%、109.37%和100.26%。

从产销率来看,比亚迪呈现出满产满销,说明了芯片产品的市场紧俏程度。

2020-2021年数据看,晶圆制造的自用比例有所提升,应该是受芯片短缺影响,自供比例上升,外采比例有所下降。

具体看2019年的产销比例大幅下降,主要是受国内新能源汽车市场整体影响,增长不及预期,晶圆自用及外销数量降低。2020年下半年以来,比亚迪产品销量持续增加,逐渐消化了库存晶圆,产销率大幅上升。

比亚迪自制晶圆主要用于功率模块生产。

竞争力情况

以比亚迪自主能力最强的功率器件来分析。

首先,在SiC的应用层面,比亚迪具备一定优势。从全球市场竞争格局来看,SiC产业链中美国、欧洲和日本企业居多,以科锐、英飞凌、罗姆半导体、意法半导体为代表的企业以IDM模式经营,占据了较高的市场份额。

国内厂商中,比亚迪集团已经在整车中率先使用SiC器件,比亚迪也是全球首家、国内唯一实现SiC三相全桥模块在电机驱动控制器中大批量装车的功率半导体供应商。

比亚迪的SiC模块于2020年3季度开始商用,搭载比亚迪汉高端车型,目前仅供比亚迪集团使用。2020年,比亚迪SiC模块出货量1.28万个。目前,市场上尚无与该模块规格类似、批量上车的产品可比。

根据公开资料,与品牌商R、品牌商M相比,比亚迪产品采用三相全桥拓扑结构,散热方式采用更先进的Pin-Fin水冷散热方式,电压等级一致,电流等级较高,价格位于合理水平,具体对比如下表所示:

根据招股说明书披露,芯片技术方面,比亚迪自主研发的高密度沟槽栅复合场终止IGBT芯片技术,IGBT芯片综合性能达到国际主流厂商的先进水平,在电驱应用具有较高的使用效率。

目前比亚迪基于高密度TrenchFS的IGBT5.0技术已实现量产。

比亚迪生产的IPM模块(IntelligentPowerModules,智能功率模块)主要应用于新能源汽车空调控制器、变频家电、步进电机、伺服电机等各类变频控制领域。

不过,在全球供应和市场份额上,比亚迪还远排不上名次。

模块技术方面,比亚迪采用针翅状直接冷却结构和双面散热封装技术,提高了散热效率和功率密度。

晶圆制造方面,比亚迪掌握栅极精细化加工工艺、超薄片背面加工工艺等核心工艺技术。模块封装方面,比亚迪在封装结构上采用针翅状直接冷却结构和双面散热封装技术,提高了散热效率和功率密度。

整体来说,比亚迪在国内车规级芯片,尤其是功率器件供应方面具备较强竞争力,但在国际层面,由于起步晚、配套车辆数量相对较少,可靠性方面还与国际大厂有明显差距。

卡脖子环节有哪些?

通过上述分析,可以看出比亚迪半导体在车规级功率器件方面,在中国市场上处于相对领先的位置。

但受制于中国整体芯片产业水平,比亚迪的芯片产业链也并不完善。

比亚迪半导体在招股说明书上坦言,自己是通过购买二手设备的方式提升产线生产率,并表示,8英寸晶圆二手设备在市场上也处于供不应求状态。

比亚迪半导体在没有提到的芯片设计工具——EDA、IP核,以及其它上游原材料方面,也都不具备自产能力。

但比亚迪半导体所面临的问题,不只是自己所面临的的问题,而是中国半导体产业链的整体性问题。具备IDM能力的自主半导体厂家,全部面临芯片设计软件、生产设备受限的问题,比亚迪半导体也未能幸免。

同时,芯片生产工艺、产品质量上,仍然与业内顶流厂家存在一定差距。

这些差距,需要比亚迪半导体通过不断的工艺迭代与经验累积,才能形成突破。

国产芯片道路全力突破“封锁”

近期中芯国际高层表示N+1工艺即将量产,业界预期该工艺相当于台积电的7nm工艺;另外中科院表示它研发的risc-V架构的香山核心以28nm工艺生产的芯片性能已达到较为先进水平,预计下一代香山核心的性能将赶上ARM当前领先水平,这预示着国产芯片的发展进入新阶段。

芯片制造工艺可谓国产芯片的瓶颈,当前国产最先进的芯片制造工艺为14nm,这相当于台积电在2015年量产的16nmFinFET工艺,芯片制造工艺的落后已成为国产芯片前进的主要障碍。

不过中国制造对芯片需求多种多样,除手机芯片、CPU等少数芯片需要先进芯片制造工艺之外,其实大多数芯片只要14nm及更成熟的工艺就足以满足需求,据悉国内芯片有八成都是采用成熟工艺生产,其中比亚迪的IGBT芯片更是采用90nm工艺生产,但是在性能方面同样居于汽车芯片行业领先水平,原因是成熟工艺生产的芯片更可靠。

中芯国际能推进至7nm工艺将能满足国内九成以上的芯片需求,并且中芯国际量产7nm工艺的话也将推动它成为全球第三家拥有先进工艺制程的芯片制造企业,原因是位居它之前的联电和格芯都已停止研发7nm及更先进工艺,可以说中芯国际凭借7nm工艺已居于行业领先水平。

在芯片制造方面突破瓶颈之后,国产芯片也在芯片架构方面推进,此前国产芯片主要基于ARM架构研发,不过自从华为的遭遇之后,国产芯片已开始在多种架构方面推进,在X86、ARM、alpha等架构方面都有参与。

除了上述架构之外,目前它们还在大力投入研发的芯片架构就是Risc-V,Risc-V架构为全新架构,目前尚未有欧美企业取得专利优势,中国芯片行业及早介入,可以获得Risc-V架构更多专利,甚至获得主导权。

中科院、华为、阿里巴巴等国内众多芯片企业都已加入Risc-V阵营。其中阿里巴巴在Risc-V架构商用方面进展最快,阿里平头哥开发的玄铁系列已出货数十亿颗,广泛应用于AIOT行业,证明了Risc-V确实可以成熟工艺开发出性能足够、功耗比ARM架构更低等优点。

如今中科院开发的香山芯片可以28nm工艺生产出性能接近10nm工艺的高通骁龙835,更是证明了Risc-V架构具备以成熟工艺生产出性能领先的芯片,中科院预期下一款芯片以14nm工艺生产将可以达到当下的4nm芯片骁龙8G1的水平。

如此以国内芯片设计技术水平,加上中芯国际的7nm工艺,再辅以芯片堆叠技术,国产芯片在性能方面赶超安卓芯片领先者高通和联发科已不再话下,甚至赶超苹果都有可能,而安卓芯片当下已基本失去了赶超苹果的实力,这更将是国产芯片的重大突破。

可以说国产芯片诸多行业的共同合作,不仅可望在手机芯片行业赶上全球领先水平,更有可能如苹果那样杀入PC处理器市场,苹果的M1处理器不仅性能跟上了Intel的PC处理器而功耗却只有后者的一半,让业界对RISC架构充满了热情,国产芯片研发Risc-V架构芯片也可以复制苹果的成功,颠覆手机芯片和PC处理器市场。

THE END
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