0中国集成电路
产业发展.
China Integrated Circuit
全球汽车半导体产业现状
及对我国该产业发展的建议
朱晶1,2
1•北京国际工程咨询有限公司；2•北京半导体行业协会
摘要：汽车半导体是指用于车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的半导体产品，随着未来汽车安全、互联、智能、节能的发展趋势，以及无人驾驶、AD AS、车联网V2X）等层出不穷的新产品和新功能逐渐提升渗透率，对汽车半导体的需求将迎来快速增长。目前我国汽车半导体产业基础薄弱，缺乏产业话语权，自主率亟待提升。本文将通过分析全球汽车半导体产业发展特点、现状及基本格局、我国汽车半导体市场规模和现状，以及其存在的主要问题，提出我国汽车半导体产业发展的建议，为我国汽车半导体产业国际竞争力和国产化水平提升提供参考。
关键词：集成电路产业；汽车半导体；全球格局；主要问题；建议
中图分类号:F062.9；F49文献标识码:A
Status of global automotive semiconductor industry and suggestions for the development of the industry in China
ZH U Jing1，2
1.Beijing internationalengineering consulting com pany;
2.Beijing sem iconductor industry association
Abstract:A u!om otive sem iconductors leferto sem iconductor products used in car body electronic controldevices and in—vehic]e automotive e]ectronic control de^ice^W ith the future developm ent trend ofautom otive safety,^tercon-nection,intelligence and energy saving,aswellasunm anned driving,ADAS,and IntemetofV ehicles(V2X),etc.is
・产业发展中国集成电路[丿China Integrated Circuit
gradually increasing the penetration rate,the dem and forautom otive sem iconduclDisw：Lllusher in rapid growth.H ow-ever;autDm otive sem iconduclor industry in China has a weak foundation and lacks the rdghtto speak in the industry. The autonom y rate of sem iconduclor industry a]so needs to be im proved.This paper w ill analyze the devebpm ent characteristics,current situation and basic structure of the global au!om otive sem iconduclor industry,1he scale and currentsituation ofChina's autom otive sem iconductorm arket,and item ain prob]em s,and putiorward suggestions for the devebpm entofChina's autom otive sem iconduclor industry.
Keywords：Integrated circu:tindustry;AutDm otive sem iconductos;G]oballandscape;M ain issues;Suggestions
1全球汽车半导体产业基本情况
1.1汽车半导体的定义和基本要求
汽车半导体是指用于车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的半导体产品。车体汽车电子控制装置与机械系统配合使用，便是基于半导体结构的汽车电子装置，包括了发动机控制系统、底盘控制系统和车身电子控制系统。而车载汽车电子控制装置则是包含了汽车音响、导航、娱乐等在内，能在驾驶环境中独立使用的电子装置。按照功能种类划分，汽车半导体大致可以分为主控/计算类芯片、
功率半导体含模拟和混合信号IC）、传感器、无线通信及车载接口类芯片、车用存储器以及其他芯片（如专用ASSP等）几大类型，而且随着电气化以及智能化应用的增多，汽车半导体无论是安装的数量还是价值仍在不断增长之中。
汽车半导体与其它消费类半导体的最大区别是，它需要满足严格的车规级要求，例如：
一是环境上的要求。其中一个重要要求是温度要求，汽车对芯片和元器件的工作温度要求比较宽，根据不同的安装位置等有不同的需求，但一般都要高于民用产品的要求，比如发动机舱要求-40°C -150°C；车身控制要求-40C-125C。而常规消费类芯片和元器件只需要达到0C-70C。另外其它环境要求，比如湿度，发霉，粉尘，盐碱自然环境海边，雪水，雨水等）,EMC，以及有害气体侵蚀等，都高于消费类芯片的要求。
二是运行稳定要求。汽车在行进过程中会遭遇更多的振动和冲击，车规级半导体必须满足在高低温交变、震动风击、防水防晒、高速移动等各类变化中持续保证稳定工作。另外汽车对器件的抗干扰性能要求极高，包括抗ESD静电,EFT脉冲,RS传导辐射、EMC,EMI等分析，芯片在这些干扰下既不能不可控的影响工作，也不能干扰车内别的设备控制总线,M CU，传感器，音响，等等）等。
三是可靠性与一致性要求。①车规级半导体产品寿命周期的要求。一般的汽车设计寿命都在15年20万公里左右，远大于消费电子产品寿命要求。
②故障率要求。零公里故障率是汽车厂商最重视的指标之一，而要保证整车达到相当的可靠性，对系统组成的每一个部分要求是非常高的。由于半导体是汽车厂商故障排列中的首要问题，因此车厂对故障率基本要求是个位数PPM（百万分之一）量级，大部分车厂要求到PP&十亿分之一）量级，可以说对车规级半导体的故障率要求经常是；Zero Defect故障零忍受。相比之下，工业级芯片的故障率要求为<；百万分之一，而消费类芯片的故障率要求仅为<；千分之三。③一致性方面，车规级半导体在实现大规模量产的时候还要保证极高的产品一致性，对于组成复杂的汽车来说，一致性差的半导体元器件导致整车出现安全隐患是肯定不能接受的，因此需要严格的良品率控制以及完整的产品追溯性系统管理，甚至需要实现对半导体产品封装原材料的追溯。
四是供货周期要求。汽车半导体产品生命周期
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China lntegrated Circult
产业发展.
通常会要求15年以上即整车生命周期均能正常工作），而供货周期，则可能长达30年。因此对汽车半导体企业在供应链配置及管理方面提出了很高的要求，即供应链要可靠且稳定，能全生命周期支持整车厂处理田可突发危机。
1.2进入汽车半导体产业的高标准和高壁垒
由于车规级半导体极其严苛的可靠性一致性、安全稳定性和产品长效性等要求，大大提高了进入这个行业的标准与门槛。主要体现在：
车规标准多。为满足车规级半导体对可靠性、一致性、安全性的高要求，企业要通过一系列车规标准和规范。最常见的包括可靠性标准AEC-Q100、质量管理标准1SO/TS16949、功能安全标准ISO26262 等。其中,AEC-Q100主要用于集成电路离散部件为AEC—Q101/AQG324，无源部件为AEC-Q200）。而ISO26262则是用于汽车半导体汽车开发过程中功能性安全的指导标准。近期，国际标准化组织还更新了ISO262622018。在这一版本中，新增了半导体在汽车功能安全环境中的设计和使用指南。此外，还有针对车规级半导体制造相关的VDA6.3等标准。
研发周期长。一家从未涉足过汽车行业的半导体厂商，如果想进入车规级市场，至少要花两年左右时间自行完成相关的测试并提交测试文件给车厂，并通过相关车规级标准规范的认证和审核，只有通过严格考核的企业才能进入汽车前装供应链。此外，车规级半导体厂商需要在产品研发初始阶段就开展有效的DFM EA（Design Failure M ode and Effects Analysis的缩写，即设计失效模式及后果分析）与PFM EA设计ProcessFailurs M ode and EffectsAnaly-sis，即制程失效模式及后果分析），无形中增加了车规级半导体产品的研发周期。
隐形成本高。可靠性是车规产品最关键的指标，为提高可靠性而增加的质量管理投入也是车规产品成本高的原因之一，一般汽车行业的百万产品失效
率DPPM）为个位数，需要非常有效的各级质量管理工具和方法才能实现，这些都是极其隐形但不可省略的投入和成本。
配套要求高。由于可靠性要求，对车规级半导体生产和封装的规范测试比消费级半导体的同类产品要严格得多。比如，安全功能件的配套要求必须要有一条经过3SO26262ASH认证的专用车规级生产线。因此对于汽车半导体厂商而言，只掌握设计部分符合车规级标准还远远不够，还需要到符合车规级认证，具备车规级半导体产品生产经验以及长周期稳定供货的制造及封装产线，无形中提高了进入车规级市场的难度。因此在汽车半导体行业,!DM （垂直整合）模式是厂商主要的发展模式,2019年全行业］DM企业贡献的收入为364.71亿美元，占比达 到88.9%遥
连带责任大。如果由于汽车半导体导致出现安全问题，模块供应商甚至半导体厂商将承担责任，支付包含产品更换、赔偿、等等各类支出，对于资金实力相对较弱的中小企业而言，很可能因此而陷入困境，以致于再也不能进入汽车供应链。汽车半导体关于安全和可靠性的连带责任问题，也会使众多厂商对做出进入车规级市场的选择慎之又慎。
应该看到，由于上述汽车半导体产业的高标准和高门槛，把大量缺乏资金实力，缺乏产业配套资源，
并且想要快速做出芯片投放市场取得效益的半导体厂商拒之门外。缺乏新玩家的进入，也使得现有汽车半导体企业Tiei2）、零部件供应商Tier1）、整车厂商OEM）已形成强绑定的供应链关系，对新进企业构成坚实的行业壁垒。
2汽车半导体全球市场规模和格局
上世纪五十年代，汽车制造中所采用的半导体产品还不到制造总成本的1%遥如今，其成本已经可以多达总成本的35%，并且预计到2030年将增加到50%遥除了常见的多媒体娱乐系统、智能钥匙和
中国集成电路
China lntegrated Circult 产业发展
自动泊车系统外，汽车半导体更重要的是被广泛应
用在汽车发动机和变速箱控制系统、安全气囊、驾驶
辅助系统、电动助力转向、ABS、电子稳定性系统
（ESP）、行人保护、胎压控制、电动车窗、灯光控制、
空调系统、座椅调节系统中。汽车半导体产品的大量
应用也造就了汽车半导体全球市场的快速增长。
从产业规模上看，来自市场研究机构G artner的
数据显示，全球汽车半导体市场2019年销售规模达
410.13亿美元，预计2022年有望达到651亿美元，
占全球半导体市场规模的比例有望达到12%，并成
为半导体细分领域中增速最快的部分。其中，欧洲汽
车半导体2019年产值达到150.88亿美元，占到全
球汽车半导体总产值的36.79%，为全球第一。美国
贡献了全球第二大汽车芯片收入规模，达到133.87
亿美元，占全球32.64%遥日本汽车半导体2019年产
值达到106.77亿美元，占比在26.03%遥而中国大陆
2019年汽车半导体实现销售收入仅为10亿美元左
右，占比不到3%，和欧美日相比，差距很大。
表1汽车半导体产业主要国家/区域
市场份额占比及主要汽车半导体领域
主妥團家
他紐）占比主•賢汽车苓导辆域
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欧洲1地鯛儿牟规烦助羊半序体.车用MEMS传醪驚芋
10.06  2.45%
汽车功丰賠件.电用制笔型冉
10.74  2.62%
矍、车用护琏囂寻舍计410,11i
资料来源：根据G Mer相关数据整理
从产品结构来看袁汽车功率半导体以及计算、控制类芯片市场规模最大，两者合计规模达到229亿美元，占到了全部汽车半导体市场的55%以上。需求规模位于第三位的是车用传感器，规模为76.7亿美元。而通信及存储器的市场份额相对较小，但随着未来汽车安全、互联、智能、节能的发展趋势，以及无人驾驶、ADAS、车联网V2X）等层出不穷的新产品和新功能逐渐提升渗透率，对通信芯片及车用存储器的需求将迎来快速增长。此外狂飙的新能源车市场使得汽车电动化对执行层中动力、制动、转向、变速等系统的影响更为直接，其对功率半导体的需求相比传统燃油车增长明显。
表2汽车半导体产品结构及市场份额
产島种类
销習盘離
（忆捷无）
占比代義佥鱼
2S.54  6.2%
Cvprcss年被英飞凌107.532i5.2%
謁萨、NXP恩智浦、甦飞菰、ft
仪囂、艾伸达
76.7凿世、丸飞也.NXP.屏
121.63
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爭株、德阳仪恭、ADU益恬
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启函-许過、携浩半爭値、NXP 43J910.5%
410.1310（Wb
资料来源：根据G armer相关数据整理
从产业格局来看，目前全球汽车半导体市场由欧美日等国的巨头企业占据垄断地位。如表3所示，在全球前20大汽车半导体厂商中，美国企业数量达到9家，接近一半，欧洲日本企业数量各为5家，但欧洲汽车半导体企业综合竞争力更强,5家企业中有3家进入全球ToP5。虽然目前全球头部汽车半导体厂商对于芯片的布局基本涉及全部的汽车模块分类，但是由于汽车半导体较长的开发周期和较高的技术壁垒，恩智浦，英飞凌，瑞萨，德州仪器，意法半导体等高端市场供应商能够相对地专注于不同的产品和细分市场。主要表现：
①排名第一的恩智浦。其近一半的汽车半导体销售是针对特定应用的，均匀分布在分立处理器计算和控制类芯片），功率半导体和射频收发器等通信类芯片上。
②排名第二的英飞凌，其汽车业务销售目前主要由动力总成和安全领域推动，最大的优势产品是功率半导体，在其完成对C ypress赛普拉斯的收购后，将超越恩智浦，成为全球规模最大、产品品类最
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产业发展.
表3全球前20大汽车半导体企业列表3我国汽车半导体产业基本情况
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资料来源：根据G artner相关数据整理
全的汽车半导体厂商。
③排名第三的日企瑞萨电子。其汽车半导体收入主要包含车用M CU和车用系统单芯片SoC等计算和控制类芯片、以及车用模拟和电源控制芯片遥目前瑞萨在汽车半导体市场的营收占比已经超过整体营收占比的50%遥
进入全球前20大汽车半导体厂商排名的最后一家企业来自中国大陆的安世半导体，是由中国大陆企业
闻泰）收购了原恩智浦标准件业务而设立的汽车半导体企业，也是目前中国规模最大、水平最高的车规级半导体厂商。
综上所述，全球汽车半导体产业格局非常稳定，并且由于供应链和产品验证周期形成的高壁垒，造成整个产业具有规模量级的新玩家并不多，目前全球超过2亿美元销售规模的企业也仅有35家。
3.1我国汽车半导体发展情况和主要企业
我国作为全球最大的汽车生产和消费市场，汽车半导体市场也获得快速发展的机遇。2019年全球汽车半导体产业规模超过400亿美元，而我国汽车半导体产业总收入规模仅为10亿美元左右，全球占比不到3%，也低于我国整体半导体行业的自主率水平，凸显我国汽车半导体领域国产化替代空间巨大。无论从自主汽车品牌的供应安全性，还是基于汽车半导体快速增长的市场需求，实现车规级芯片的国产化，都具有十分重要的现实意义及经济效益。
如表4所示，近年来，我国企业通过收购，将海外优质汽车半导体资产进行整合，为国产替代打开表4我国汽车半导体企业列表
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资料来源：北京半导体行业协会根据网络资料整理