汽車行業的這半年，是被“芯片荒”刷屏的半年。前有福特、通用因缺芯減産巨虧，後有特斯拉因芯片供應不足加州工廠暫時停産。2021年，全球車企無不籠罩在芯片短缺的陰影中。

汽車早已不僅僅是由鋼鐵鑄就，更是由矽支撐。

這篇文章，我們挑選出了一些站在時代風口上的汽車半導體予以介紹。它們在眼下，以及不遠的将來，會深刻影響汽車行業的命運。

一、MCU

MCU（Microcontroller Unit）微控制單元，又名單片微型計算機，俗稱單片機。MCU把CPU、内存（RAM、ROM）、計數器以及I/O等多種接口集成到一枚芯片上，形成了一個隻有芯片大小，但能完成特定任務的計算控制系統。

MCU的構成形态相對簡單，往往隻能夠勝任某一特定任務，和大腦皮層的某一功能區（如枕葉區負責視覺、颞葉區負責語言）有些類似。同時，價格也相對低廉，最便宜的甚至隻需數元人民币。

然而，簡單便宜且應用廣泛的MCU，卻是今年汽車芯片荒的“罪魁禍首”。

在汽車上，幾乎所有經由電子控制的功能模塊，都配備了一枚單獨的MCU，比如發動機、變速箱、車身穩定控制系統、車門、安全氣囊等等。MCU與相關的外圍器件組成的闆卡，則被稱為ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）。

在汽車電子控制功能模塊越來越豐富的今天，一輛普通汽車上所用的MCU至少有20枚，高端與豪華汽車則更多。然而，雖然對汽車來說不可或缺，但MCU卻面對着嚴峻的産能供應不足問題。

MCU因為沒有很高的性能需求，因此一直使用着較為“陳舊”的芯片制程工藝。由于MCU價格便宜，其供應商往往不願意開設專門的生産線，即使是瑞薩、英飛淩等市場占有率較高的供應商，也将生産外包，這造成全球MCU的産能集中在少部分晶圓廠手中（咨詢機構IHS稱，全球70%的MCU産能集中于台積電）。同樣，由于MCU的利潤不如那些使用先進工藝的芯片（如5G芯片），晶圓廠并未為之準備大量的富餘産能，在生産周期變化和一些産線發生意外的情況下，車用MCU立即陷入了供不應求的狀态。

由于車用半導體的産線變更、建設需要一年或者更長的時間，因此至少在今年，MCU仍會是萦繞在各車企與供應商之間的“芯病”。

二、功率半導體（IGBT，SiC MOSFET）

功率半導體，主要是用于電力設備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件。而随着電動汽車的熱潮興起，功率半導體中的IGBT與使用SiC（碳化矽）材料的MOSFET随之出貨量大增。

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）中文名稱為絕緣栅雙極型晶體管，其實是兩種比它更“年長”的功率半導體BJT、MOSFET的複合體，它結合了這兩種半導體的優勢，能夠在大功率、高電壓的電路系統中工作。

在電路中，IGBT扮演的角色是電子控制開關。而通過電路設計與計算機控制打造出變頻器，IGBT可以對電流的性質和頻率進行變換。直觀地，在電動汽車上，IGBT的存在使得可以對直流、交流電機的轉動進行精确地控制，從而驅動車輛加減速。因此，IGBT可以說是電動汽車動力系統的心髒。

由于一輛電動汽車就需要上百個IGBT芯片組成IGBT模塊進行工作，因此其出貨量驚人，同樣市場規模也不小。有數據顯示，2019年，全球IGBT市場規模約為49.1億美元，中國市場約162億人民币，在其中汽車市場占比達到27%。

IGBT向來是歐洲、日本半導體廠商的強勢領域，英飛淩、三菱、富士電機、安森美、ABB五家企業的市場占有率超過70%。在車用IGBT市場，英飛淩更是一家獨大。不過，這兩年随着比亞迪自主研發生産的IGBT量産裝車，越來越多的國内企業進入這一領域，嘗試在車用IGBT的研發、設計、生産環節分一杯羹。

說完了IGBT，再看MOSFET。MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,）金氧半場效晶體管其實是誕生于上個世紀60年代的老前輩，其典型特征是工作的頻率可以很高，在需要高頻變換電流的場景應用較廣。但由于矽基材料和結構的限制，其對高電壓、高溫的耐受性較弱，支持的功率較低，因此電動汽車上原本并不适合使用MOSFET。

但在近些年，随着新型半導體材料SiC碳化矽投入使用，基于碳化矽制造的MOSFET在上述性能上有了質的飛越，在工作溫度和耐壓能力上都遠遠超出了傳統IGBT，由此可以做得更輕更薄，加之其本身的傳輸損耗更小，因此應用了碳化矽MOSFET的電動汽車能夠更高效地使用電能，獲得更遠的續航。根據特斯拉的數據，其Model 3在應用了SiC後續航表現提升了約6%。

特斯拉的示範效應讓SiC MOSFET成為IGBT之後的“明星半導體”，不過由于其生産良率低、成本較高，目前電動汽車主流應用的仍是IGBT。但許多汽車供應商相信，随着出貨量增加、應用增多，這些問題都将得到解決。

三、域控制器

域控制器的概念，随着汽車電子電氣架構這兩年的劇烈變革而被行業熟知。

由于消費者對汽車智能化的需求，各種應用軟件、智能車機、輔助駕駛功能頻繁上車，傳統汽車“一套功能對應一塊ECU”的架構難以适應新時代的需求。将相近、相關功能打包到一個“域”裡，由更少但是更強大的域控制器予以驅動，是這兩年新研發車型的普遍特征。這樣做的好處是，減少了各種功能芯片的使用量，降低了汽車内電氣連接的複雜度，同一個域内直接而即時的數據交換、計算，從而為開發一些更高難度的功能提供了可能。

在全新的架構中，車輛至少擁有動力系統域、車身控制域、智能座艙域、ADAS（高級輔助駕駛）域、連接域/網關域。在它們之中，ADAS域與智能座艙域是最有成長前景、最受關注的部分。相應地，為這兩個域提供計算支持的域控制器，是供應商們乃至車企的兵家必争之地。

這兩個域控制器核心的計算芯片，擁有一些共同特征——比如，都擁有顯著高于車内其他芯片的算力，動辄每秒計算上萬億乃至上百萬億次；都普遍應用了AI技術，從而實現圖像識别、語音識别等功能；另外，它們通常都很貴。

不過，由于肩負的職責不同，兩者也有不少區别——ADAS域控制器涉及行車安全，因此往往要求更嚴苛的車規認證，更高的功能安全等級（常常是ASIL-D）；因為要處理龐大的傳感器數據，ADAS域控制器的芯片算力通常也更高，自動駕駛能力越高的車輛，算力更強。而智能座艙域對安全不那麼敏感，因此安全等級要求适當放寬，但需要對互聯網應用生态有較好的兼容性。

因為處在劇烈的變動中且有着很高的附加值，ADAS域與智能座艙域的計算芯片競争激烈，傳統芯片供應商試圖固守這片高利潤市場，跨界的巨頭和新興的創企則渴望攀上價值高地，就連車企在感悟到掌握硬件的重要性後也試圖自研ADAS芯片。

在ADAS域控制器與其适用的芯片上，傳統供應商的主流産品包括Mobileye的EyeQ4/5，瑞薩的R-Car，恩智浦的S32V，德州儀器的Jacinto系列（J6、J7）等，跨界巨頭則有英偉達的Drive AGX（包括已量産的Xaiver和還未裝車的Orin），高通基于Arm架構芯片打造的Snapdragon Ride系列，華為基于昇騰系列芯片打造的MDC，以及國内創企地平線推出的征程2/3。

特斯拉為了更好的功能與效果，選擇了自研FSD芯片。不過需要注意的是，雖然特斯拉将FSD稱為“全自動駕駛”，但就其目前表現與特斯拉在向主管部門彙報的口徑上，它仍是ADAS功能，因此FSD芯片實質上是一塊用于輔助駕駛計算的芯片。

而在智能座艙域，上面提到的傳統供應商同樣有着命名相同或者相近的産品線，基于和傳統車企的長期供應關系，他們仍占有市場份額的大頭。但由于智能座艙正在緊密地和移動互聯生态結合起來，因此在手機SoC頗有統治力的高通，在這一市場正取得越來越大的份額，其骁龍810A、8155頗受智能汽車尤其是國産智能汽車的歡迎。華為則在這一市場布局710A，輔以鴻蒙生态互聯謀取市場。

另外，很早便試圖布局這一市場的英特爾，因為芯片架構生态的緣故表現不佳，不久之前剛剛被特斯拉抛棄。而英特爾的競争對手AMD，則通過為特斯拉供應新的車機芯片，進入了這一市場。

根據不同咨詢機構的數據，ADAS與智能座艙會在數年之後成長為價值上千億美元的巨大市場。作為其中成本最高的計算芯片，顯然還會在今後一段時間内上演新老勢力的激烈角逐。

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