國產芯片能否夾縫新生 全球巨頭豪擲重金布局汽車市場

全球巨頭豪擲重金布局汽車市場 國產芯片能否夾縫新生
近期，全球半導體矽片缺貨狀況加劇。業界消息稱，缺貨將延續至2019年底，產品價格也將一路漲至明年。從需求看，目前汽車芯片市場規模並非最大，但未來幾年受自動駕駛、車聯網及智能座艙需求快速增長刺激，汽車芯片需求增速將高於其他應用領域。
據相關統計數據顯示，芯片在每輛汽車中的價值從2000年的250美元飆升至去年的350美元。近三年全球車用芯片市場正以超過年複合增長率30%的速度增長，2017年市場規模接近350億美元，汽車市場被認為是半導體芯片市場中成長最快的應用領域。
可以預見的是，汽車芯片在未來3-10年，在國內將會迎來一個大的發展浪潮。國內在政策和資金方麵，也給了充足的空間。對於國內的芯片企業而言，機遇永遠存在，但能否抓住，是一個問題。
通過相關企業的調研訪談，《高工智能汽車》將會從芯片的基本組成、標準規範、行業趨勢等方麵，對國內汽車芯片的發展機會和風險做一個解讀。
芯片=集成電路 （IC）
芯片（Chip），又稱微電路（microcircuit）、微芯片（microchip）、集成電路（英語：integrated circuit, IC）。是指內含集成電路的矽片，體積很小，常常是計算機或其他電子設備的一部分。
來講，芯片就是集成了大量電子電路的一個載體。有時候，芯片或者集成電路行業，也會被稱為半導體行業。這是因為電子電路多半是用半導體材料製成，而芯片是電子電路的集成。因此有時候會範範的將芯片也成為半導體。
芯片從工藝上講，涉及設計、製圖（通常由EDA完成）、製造、封裝等過程。設計包括規格製定、細節設計等，需要明確目的、遵守行業規範等，擁有芯片設計能力的公司鳳毛麟角，都是站在金字塔尖的。
這樣的公司有英特爾、高通、博通、英偉達、美滿、賽靈思、Altera、聯發科、海思、展訊、中興微電子、華大、大唐、智芯、敦泰、士蘭、中星、格科等。
製造可簡單分為四個過程，金屬濺鍍、塗布光阻、蝕刻技術、光阻去除，所有的過程都要晶元上完成。由於芯片本身材質的原因，容易刮傷損壞，因此完成製造過程後，通常會在外麵包裹一個堅硬的外殼，這個過程就是封裝。
封裝通常有兩種，DIP （Dual Inline Package）雙排直立式封裝、BGA（Ball Grid Array）球格陣列封裝。前者多見於簡單功能的芯片（如電壓放大器），後者則用多用在複雜的芯片上（如電腦的芯片）。
以上兩種是傳統的封裝方式，芯片本身是提供算力支持，幾乎涵蓋了各個行業，而隨著現在各種功能的集成化，小型化，智能化，原有的芯片封裝方式難以滿足更小體積上完成更多功能的需求。藉此，一種新的封裝方式出現了SoC（System On Chip）以及 SiP（System In Packet）。
所謂SOC，意思就是係統級芯片，或者叫做片上係統，係統級的芯片主要構成有芯片控製邏輯模塊、微處理器/微控製器CPU 內核模塊、數字信號處理器DSP模塊、嵌入的存儲器模塊、和外部進行通訊的接口模塊、含有ADC /DAC 的模擬前端模塊、電源提供和功耗管理模塊；而針對其它不同功能的SOC，組成部分會發生不同。
簡而言之，SOC就是將原來完成單獨功能的芯片，進行了芯片級的集成，使得其在原油芯片大小不發生太大變化的情況下，可以完成更多功能。
當然實現SOC，並不是沒有難點，它要兼顧各個IC之間的功能，互不幹擾，同時SOC還需要其它IC廠商的IP（intellectual property）授權，這都會增加成本以及協調難度。但對於沒有獨立設計IC能力的公司而言，SOC是一種折中的方式。為了省去更多的麻煩，另外一種新的方式出現了，即SIP。
SIP意為係統級封裝，它並無一定型態，可為多芯片模塊(Multi-chipModule；MCM)的平麵式2D封裝，也可再利用3D封裝的結構，還有一種以多功能性基板整合組件的方式。SIP跟SOC不同，它是直接購買具有獨立功能的IC，然後進行封裝，減少了IP授權的部分，同時也避免了各個IC之間的幹擾。相對成本更低廉，難度較小。
以上，從生產製造，研發的角度上來講，難度等級為IC > SoC > Sip。一塊芯片從設計、製造、完成後，還需要經過測試的過程，隻有通過測試，才能證明芯片合格。
其中主要的半導體封裝與測試企業有安靠、星科金朋、J-devices、Unisem、Nepes、日月光、力成、南茂、頎邦、京元電子、福懋、菱生精密、矽品、長電、優特等公司。
中立的AEC-Q 100
芯片經曆設計、製造等過程，終於從車間走了出來，頗為不易，業內專門有一個名詞形容這一個小節點：流片。所謂流片，就是指試生產，即成型的芯片，要先試製一定數量的測試樣品，供初級的功能測試。
如果測試沒有問題，就可以進入大規模量產了。當然，如果測試出現問題，就又得重頭再來，解決問題，重新流片。
流片，並不是免費的。不同的流片渠道、規模以及流片方，流片的價格都會有極大的不同。

據CIC（國研院晶片中心）公開的價格：台積電28nm，小麵積下是大約23.5萬RMB每平方毫米；45nm大約是12萬RMB每平方毫米。

《高工智能汽車》采訪了資深業內人士，了解到一款28nm芯片的流片成本通常在1500萬美金左右，由類似於台積電這樣的廠商完成，意法半導體也在做這樣的業務，但規模較小。

一塊芯片的成型，並不是一蹴而就的，很可能會經過修修改改。業內人士表示，完成流片之後，90%的情況下，不會出現太大問題，小問題一般可以通過修改軟硬件即可，硬件修改需要重開模，會花費數百萬美金。
當然這些都隻是研發一款成熟芯片的中間環節，當芯片終於順利投產，後麵等待它的，才是真正的大考。
同其它行業內的產品一樣，芯片也一樣需要得到業內客戶的認可。獲得認可的方式，首先是需要通過一係列標準體係認證，然後產品才能有擺上客戶案頭的資格。
芯片的標準認證，通常分消費級（商業級）、工業級、汽車級、軍工級、航天級等等。從認證的難度上來講，汽車級排在航天、軍工之後，消費、工業之前。
用一組簡單的芯片耐溫範圍數據來看更為直觀：
1.商業級芯片的溫度範圍是：0℃～70℃
2.工業級集成芯片(IC)的溫度定額為-40℃～85℃
3.汽車級集成芯片(IC)的溫度定額為-40℃～125℃
4.軍品級集成芯片(IC)的溫度定額為-55℃～125℃
航天級的大家自己腦補即可。本質上來講，所有的集成電路都是用相同的矽晶圓片，但為了滿足不同標準的要求，會采用不同的工藝，不同的封裝，甚至不同的材質。本文主要是講車規級芯片，因此就隻在車規芯片所要通過的標準進行展開。
車規級芯片，或者也可以叫汽車級芯片，要進入汽車領域，必須獲得兩張通行證：北美汽車產業所推的AEC-Q100(IC)、101(離散元件)、200 (被動零件)可靠度標準，以及零失效(Zero Defect)的供應鏈品質管理標準ISO/TS 16949規範(Quality Management System)。
引用網上的一張車用零組件基本要求說明圖，可以直觀清晰的了解到相關標準之間的聯係。
lSO/TS 16949是國際標準化組織（ISO）發布的名為“質量管理體係—汽車行業生產件與相關服務件的組織實施ISO9001的特殊要求”的標準，是一套國際通用的汽車行業質量體係標準，隻適用於汽車整車廠和其直接的零部件製造商。
當然，圍繞這個標準，在全球各個地區以及汽車主機廠都會設置分支協會，以及其它的一些標準規範，用於完善標準。
AEC 文件是為了服務於汽車電子工業，無論其標準是用在國內還是國際上，都可排除器件製造商和采購商之間各方麵的不一致性， 推動產品的提高和可交換性， 還能幫助采購商在最小的時間耽擱內選擇和獲得來自那些非 AEC 成員的合適的產品。
AEC 文件並不關注其采納的內容是否涉及到專利、文章、材料或工藝。AEC沒有認為對專利擁有者承擔責任，也沒有認為要對任何采用 AEC 文件者承擔義務。 汽車電子係統製造商的觀點主要是 AEC 文件裏的信息能為產品的說明和應用提供一種很完美的方法。
一句話概括，即AEC的標準是為行業實實在在服務的，很靠譜，無利益相關，無專利相關，隻攀援技術的高峰。AEC-Q100包括了一係列應力測試失效機理、 最低應力測試認證要求的定義及集成電路認證的參考測試條件。 這些測試能夠模擬跌落半導體器件和封裝失效，目的是能夠相對於一般條件加速跌落失效。
這組測試應該是有區別的使用，每個認證方案應檢查以下：
a、任何潛在新的和獨特的失效機理
b、任何應用中無顯現但測試或條件可能會導致失效的情況
c、任何相反地會降低加速失效的極端條件和應用
汽車級的測試會依據下列原則：
AEC-Q001 零件平均測試指導原則
AEC-Q002 統計式良品率分析的指導原則
AEC-Q003 芯片產品的電性表現特性化的指導原則
AEC-Q004 零缺陷指導原則
SAE J1752/3 集成電路輻射測量程序
此規格的目的是要確定一種器件在應用中能夠通過應力測試以及被認為能夠提供某種級別的品質和可靠性。如果成功完成根據本文件各要點需要的測試結果， 那麼將允許供應商聲稱他們的零件通過了 AEC Q100 認證。
供應商可以與客戶協商，可以在樣品尺寸和條件的認證上比文件要求的要放寬些， 但是隻有完成要求實現的時候才能認為零件通過了 AEC Q100 認證。
之所以花這麼大的篇幅，來特意講AEC-Q100標準，是因為它是行業公認的一個規範，凡是要進入汽車行業的零配件，都需要經過它的認證。除了器件的溫度工作範圍，還有電氣、使用壽命以及可靠性應力測試，AEC-Q100都有嚴格的測試驗證規範、要求。
通常，檢驗一款芯片的成色，亦或是一家芯片廠商的實力，往往可以通過查看其產品是否通過AEC-Q100的認證，或者具備類似產品研發的生產的經驗。當然，到了這一步，依然不能說芯片是成熟的，檢驗芯片成色的最後一道標準，是市場的接受度。
換言之，隻有被市場大規模使用過的芯片，才能稱得上獲得業內認可。而這個大規模，沒有幾十萬上百萬的出貨量，是很難作數的。