車企缺芯危機沸沸揚揚已持續一年多，何時能夠過去？業界各家仍衆說紛纭。但車企到底缺什麼晶片？為什麼缺芯？車載晶片又到底有哪些分類？在缺芯危機嚴重的2021年，車載晶片行業又發生了什麼？《回望2021》特别策劃今天聚焦晶片，帶你讀懂所有車載晶片那些事兒。
文丨智駕網 黃華丹
2022已過去一月有餘，而車企缺芯的困境還遠未打破。
這場困擾全球車市多時的危機到底何時能徹底解決？
德國英飛淩汽車半導體業務單元負責人表示，預計在2022年底前都不會恢複正常，到2023年應該能解決短缺問題。
同樣，在特斯拉第四季度财報釋出後的電話會議上，馬斯克也表示，預計在2022年至2023年能解決晶片短缺問題。
2022也許仍會異常艱難，但至少，希望已在眼前。
業界普遍認為缺芯是由于疫情和供應鍊問題，以及半導體供應商無法提升産能導緻。
但行業分析公司IC Insights認為，除了疫情與供應鍊問題，短缺的真正原因在于2021年汽車晶片的需求激增。
在産能端，根據IC Insights的資料，與2020年相比，2021年半導體供應商面向汽車行業的出貨量增加了30%，已遠高于去年全球半導體出貨總量22%的增幅。
這一方面源于2021年車市終于結束逆增長，銷量開始上揚。
另一方面則是由于目前汽車大部分創新基于微電子技術（半導體），尤其是電動化和自動駕駛前裝落地的加速，行業對晶片的需求量大大增加。
車企最缺什麼芯？
車載晶片種類繁多。那麼，這兩年鬧得沸沸揚揚的缺芯浪潮中，車企最缺的到底是什麼芯？
在回答這個問題之前，我們先認識一個新名詞：MCU。
MCU全稱Micro Control Unit，即微控制器，又名單片機。通俗來看即可以了解成一個微型計算機。
MCU是把中央處理器的頻率與規格做适當縮減，并将記憶體、運算器、計時器、接口等整合在單一晶片上，形成晶片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制。
随着汽車智能化加速，整車将會搭載更多功能，大量執行元件需要MCU來控制。
從防抱死制動系統、四輪驅動系統、電控自動變速器、主動懸架系統，到現在逐漸延伸到車身各類安全、網絡、 娛樂控制系統等領域。
如今，一輛傳統燃油車需要使用幾十至數百顆MCU，新能源汽車的使用量更是翻倍。
如此大用量的MCU晶片，便是這兩年車企缺芯的主角。
而且，對MCU的需求還在不斷增加。
據IC Insights預測，全球車規級MCU市場規模有望從2020年的65億美元增長至2023年的88億美元。
而從格局來看，車用MCU市場集中在幾家頭部企業中。
2020年全球車用MCU市場佔有率占比前五名分别為瑞薩、恩智浦（NXP）、英飛淩、德州儀器和微芯，占比合計達87%。
在延續兩年的缺芯危機面前，頭部企業們正迅速作出反應擴大産能。
英飛淩在2021年投資16億歐元建成的12英寸（300mm）晶圓廠已正式投入使用。
英飛淩目前擁有兩座用于生産功率半導體器件的大型300毫米薄晶圓工廠，分别位于德累斯頓和菲拉赫。
晶圓代工霸主台積電則将營收的年複合增長率預期從10%至15%提高到15%至20%。
此外，台積電還計劃在美國亞利桑那州（5nm）、日本（22/28nm）、台灣高雄（7/28nm）和新竹（2nm）興建新晶圓廠，同時會将原有的南京工廠進行擴建，而位于德國和台灣台中（2nm）的建立計劃也正在評估中。
日本晶片制造商瑞薩電子也表示，到 2023 年将其汽車和電子産品關鍵部件的供應能力提高 50% 以上。
回到國内市場，中國MCU市場也是海外龍頭獨大。7大海外龍頭企業占據了約70%的市場佔有率，國産化率低。對本土企業來說，替代市場潛力巨大。
在市場大熱風口下，國内半導體企業紛紛入局汽車MCU。
其中風頭無兩的當屬今年1月27日剛剛在創業闆完成IPO過會的比亞迪半導體。不出意外，比亞迪半導體将成為國内首家車載晶片上市公司。
比亞迪半導體最初隻是比亞迪集團内部的一個事業部，2004年成立比亞迪微電子。其在MCU領域已有多年建樹，從工業級MCU，一路發展到車規級8位MCU晶片、車規級32位MCU晶片等産品及業務。
2020年正式拆分出來，剛獨立便被100多家VC/PE争搶，估值猛漲到300億元，僅用2年就即将實作IPO，這一速度堪稱神速。
四維圖新在MCU領域同樣有所布局。其旗下全資子公司傑發科技（Autochips）專注于汽車電子晶片，是國内首款量産車規級MCU的制造商。
▲Autochips 32位車規級MCU-AC7801x
此外，芯旺微電子（ChipOn），琪埔維（Chipways）等公司也已推出車規級MCU産品，紫光國微、中穎電子、兆易創新、北京君正、淩鷗創芯（晶豐明源并購）、芯海科技等國内設計企業也正加碼車規級MCU的研發和認證。
傳統企業擴大産能，新玩家強勢入局。解決全球車企缺芯問題，這是牽動整個行業的命題。
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車載晶片到底有哪些？
從資料處理能力來看，除了本質為控制指令運算的MCU，車載晶片還包括算力相對較強的主CPU和以智能運算為主的AI晶片（也有将CPU歸于和MCU同類的，此處不作展開）。
AI晶片對算力的要求最高。
廣義上講，能運算AI算法的晶片都叫AI晶片。但狹義上一般将AI晶片定義為“專門針對AI算法做了特殊加速設計的晶片”。
目前通用的CPU、GPU、FPGA等都能執行AI算法，隻是執行效率差異較大。
FPGA意為現場可程式設計門陣列（Field Programmable Gate Array），是在可程式設計器件的基礎上進一步發展的半導體器件。與為特定設計任務定制制造的專用內建電路(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)相比，FPGA 可以在制造後重新程式設計以滿足所需的應用或功能要求。
同時，也有部分晶片企業開始設計專門用于AI算法的ASIC專用晶片，比如谷歌TPU、地平線BPU等。
在智能駕駛産業應用沒有大規模興起和批量投放之前，使用GPU、FPGA等已有的通用晶片可以避免專門研發定制晶片（ASIC）的高投入和高風險。
但由于這類通用晶片設計初衷并非專門針對深度學習，因而存在性能不足、功耗過高等方面的問題。
專門定制的ASIC可以有效解決這些問題，但因其成本與風險過高，目前市場還并不成熟。
自動駕駛晶片常被稱為AI晶片，算力以TOPS（每秒萬億次）為機關。而智能駕駛座艙晶片算力要求比自動駕駛晶片相對略低。
而從晶片結構形式上來看，随着汽車智能化的不斷深入和自動駕駛級别的提升，傳統的CPU早已無法滿足智能汽車的算力需求。
內建了AI加速器的SoC異構晶片應運而生。
SoC（System on Chip）一般稱為系統級晶片，也稱為片上系統，即将能夠完成某項功能的一整個系統內建在一塊晶片上。SoC常由CPU+GPU+DSP+NPU+各種外設接口、存儲類型等電子元件組成。
自動駕駛晶片和智能座艙晶片一般均為SoC系統級晶片。
與MCU相比，SoC晶片系統複雜度更高，內建功能更豐富，支援運作多任務複雜系統。
MCU則是把CPU的頻率和規格做了縮減，複雜度較低。
MCU是晶片級，用于控制指令計算。SoC是系統級，用于智能運算。
為整車提供大腦的自動駕駛AI晶片
随着自動駕駛級别從L0到L5的提升，對為其提供大腦的晶片的算力要求也在不斷攀升。
實作L4及以上級别的自動駕駛到底需要多少算力？一般認為，L4需要的AI算力>100TOPS，L5需要的AI算力則高達500-1000TOPS。
但業界并沒有明确的定論。現有産品中，有Mobileye的176TOPS即可支援L4/L5級别自動駕駛，也有英偉達大手筆祭出1000TOPS算力備援的方案。
而算力上的比拼，顯然已成為各家AI晶片廠商間無言的默契。
後來居上的英偉達依靠強大的技術實力，在進階别自動駕駛領域遙遙領先，是目前當之無愧的自動駕駛晶片王者。
2021年4月12日，英偉達在GTC大會上推出面向自動駕駛汽車的新一代AI處理器NVIDIA DRIVEAtlan，單顆SoC算力達到驚人的1000TOPS，比大多數L4級自動駕駛車輛整車的算力還要強，它将用于多家汽車制造商的2025年車型上。
▲ NVIDIA DRIVEAtlan
英偉達此前的NVIDIA DRIVE Orin SoC便可提供254 TOPS的算力，可完整覆寫ADAS到L5級自動駕駛的需求。
NVIDIA DRIVE AGX Xavier則可為L2+級和L3級自動駕駛提供30 TOPS的運算。其核心是 NVIDIA首次生産的車規級Xavier系統級晶片。
Orin與Xavier是當下車企搭載的主流。
即将量産上市的蔚來ET7，智己L7，威馬M7，小鵬P5等車型均選擇了Orin X。
面對英偉達的壓力，Mobileye在2022 CES上推出三款全新晶片，分别為EyeQ 6L，EyeQ 6H和EyeQ Ultra。
EyeQ Ultra一共有64核的加速器，5納米制程工藝。同時支援176 TOPS的8 bit深度學習運算。跟競争對手的數字相比，176并不大，但Mobileye CEO Shashua教授認為關鍵的不僅是算力，還有效率。
從Mobileye的産品資料來看，176TOPS大概是10顆EyeQ 5晶片算力的總和。而Mobileye有使用8顆EyeQ 5驅動的Robotaxi。
由此可知，相當于10顆EyeQ 5內建的單晶片EyeQ Ultra完全能夠支援RobotTaxi所需的算力。而其價格隻需要幾百美金，且整個系統能耗非常低，不到10W。
EyeQ 6H和EyeQ 6L的算力大概分别為45TOPS和5TOPS，相比于前代産品在算力大幅提升的情況下功耗增加卻非常有限。
可以看出，Mobileye的亮點在于保證算力充分的前提下盡可能降低能耗與成本。
對于需要上車量産的晶片來說，能耗與成本也是算力之外非常重要的名額。
此外，除了英偉達與Mobileye，2022年初，自動駕駛晶片賽道又殺入新的重量級玩家。
同樣在2022 CES上，美國晶片公司安霸推出基于5納米制程的AI域控制器晶片CV3系列，其AI等效算力達到500eTOPS（eTOPS中的e就代表equivalent（等效）），可用于L2+至L4級自動駕駛。
相比上一代CV2，CV3的AI性能提升了42倍，增幅驚人。
電動卡車廠商Rivian、自動駕駛技術公司Motional和電動汽車制造商Arrival等均有采用基于安霸CV2的方案。
而采用“全鍊路”路線的特斯拉也自研了FSD（Full Self Driving）晶片。
FSD晶片的設計和規劃始于2016年，當時，特斯拉聲稱沒有找到适合他們的其他解決方案。FSD晶片目前已經應用于Model 3之上。
國内市場上，地平線、黑芝麻智能、芯馳科技等企業也紛紛推出了得到市場廣泛認可的自動駕駛晶片産品。
征程5是地平線第三代車規級産品，等效算力達128TOPS。可同時适用于高算力需求的自動駕駛和智能座艙平台。
早在2017年，地平線便已經獲得了英特爾近億美元的投資。
華山二号A1000 Pro是黑芝麻智能旗下最新一代大算力車規級自動駕駛計算晶片，2021年4月釋出，并于同年7月流片成功，為目前性能最強的國産車規級自動駕駛晶片。
黑芝麻智能此前便已推出華山A1000，擁有8核CPU，算力從58TOPS（INT8）-116TOPS（INT4）。華山A1000L為其簡配版，6核CPU，算力16TOPS。
單顆A1000L适用于ADAS輔助駕駛，單顆A1000适用于L2+自動駕駛，四顆A1000則可支援L4及以上的自動駕駛需求。
而2018年才成立的芯馳科技則推出了V9系列自動駕駛晶片。
2021年4月的上海車展期間，芯馳科技推出最新一代的V9T自動駕駛晶片，采用了兩組完全獨立的四核Cortex-A55應用處理器叢集，既可以獨立運作來提供更高的性能，也可以互為備援備份來提升安全性。
作為消費電子領域當之無愧的龍頭，華為決心要将其技術積累遷移至汽車領域，自然也不甘在自動駕駛上落後。
基于其為北汽ARCFOX阿爾法Ｓ定制的MDC Pro 610平台，華為打造出最新的面向所有車企客戶的平台化标準化産品MDC 810，算力可達400+TOPS。
華為号稱其為已經量産的最大算力智能駕駛平台。據稱該平台使用的是昇騰系列晶片昇騰610，但華為一直沒有正式公布。
零跑汽車則走了和特斯拉一樣的自研路線，與安全領域巨頭大華合作推出淩芯01。采用28nm制程工藝，運算能力4.2Tops，功耗4 W，搭載于零跑C11，已經量産上市。
零跑對淩芯01的定義是中國首款擁有完全自主知識産權的車規級AI智能駕駛晶片。
2019年初創成立的超星未來也于2021年5月在國際智能網聯汽車技術年會上釋出新一代進階别自動駕駛車載計算平台NOVA30P，使用了高性能處理晶片和功能安全ASIL-D等級MCU的異構硬體方案。
此外，雲端智能晶片生産商寒武紀日前也在投資者互動平台表示，其子公司行歌科技正在設計、研發面向高等級智能駕駛應用場景的車載智能晶片。
随着智能汽車的發展，AI晶片潛力巨大。
據東吳證券研究所測算，AI晶片單車價值将會從2019年的100美元提升到2025年的1000+美元。
大陸汽車AI晶片市場規模也将從2019年的9億美元提升到2025年的91億美元，複合增速達46.4%；到2030年将達177億美元，十年複合增速28.1%。
為車機提供大腦的智能座艙SoC
智能座艙晶片是車載晶片中另一類複雜度較高的SoC晶片。
智能座艙SoC主要負責座艙内海量資料的運算處理工作。
而随着智能座艙快速發展，座艙SoC不僅需要處理來自儀表、座艙屏、AR-HUD 等多屏場景需求，還需要執行語音識别、車輛控制等操作，智能汽車對座艙SoC的性能、算力需求也在持續攀升。
高通是智能座艙晶片領域絕對的霸主，目前市面主流的智能駕駛艙車機晶片基本都出自于高通。
高通已量産的SA8155P晶片AI算力約8TOPS，其第四代座艙SoC內建的NPU算力高達30TOPS，是目前已釋出的AI算力最高的座艙SoC産品，計劃2023年投産。
WEY摩卡、小鵬p5、蔚來et7、威馬w6與零跑C11等車型都不約而同采用了高通最新的8155處理器。
而一向不按常理出牌的特斯拉則從2021年11月開始将其性能版ModelY的座艙SoC從IntelA3950換成了AMD Ryzen。
據悉，相比于高通8155處理器，AMD Ryzen的CPU性能強2倍，GPU性能強大約1.5倍。
業界普遍期待，特斯拉的此次更新是否會改變智能座艙晶片一家獨大的局面，掀起智能座艙晶片新一輪的“軍備競賽”。
此外，三星、瑞薩、恩智浦、德州儀器等傳統車載SoC廠商也均有智能座艙SoC産品推出。
如2021年7月，瑞薩推出全新系列産品R-Car Gen3e，涵蓋六款新品，計劃2022年量産。
2021年11月，三星釋出了全新面向中高端智能座艙系統的Exynos Auto V7，已應用于大衆汽車的車載電腦ICAS3.1上。
而國内市場上，華為海思基于手機處理器麒麟990開發的麒麟990A，采用8核CPU，具有3.5TOPS算力，并支援5G網絡。
芯馳科技的X9U智能座艙SoC，CPU總算力達到100KDMIPS，AI計算性能1.2TOPS。
X9U僅通過一顆晶片就能支援多達10個獨立全高清顯示屏，包含前排儀表、中控屏、HUD及多個娛樂屏，實作多屏共享和互動。
聯發科技的AutusI20（MT2712）是一種高性能六核資訊娛樂解決方案，具有靈活的接口，支援多種顯示器，包含四顆ARM Cortex-A35處理器和兩顆Cortex-A72處理器。
此外，吉利旗下芯擎科技于2021年12月首度公開釋出新一代7納米車規級智能座艙多媒體晶片“龍鷹一号”，其AI算力達到約8TOPS。
作為國内唯一由台積電代工生産的7納米晶片，龍鷹一号是目前市面上極少數采用7納米制程的高端智能座艙晶片。
芯擎科技由億咖通與安謀中國合資成立。
除了以上談及的MCU晶片，自動駕駛AI晶片和智能座艙SoC，車載半導體還包括IGBT，MOSFET等功率半導體器件。
比亞迪半導體在IGBT子產品的表現尤為突出，2019年、2020年連續兩年中，比亞迪半導體在新能源乘用車電機驅動廠商中全球排名第二，國内廠商排名第一，市場占有率達到19%，僅次于英飛淩。
并購與投資，買買買完善業務
總體而言，目前車載晶片的市場仍處于被少數幾家巨頭壟斷的局面。但随着行業的發展，多家新興企業正在崛起，資本與技術紛紛入局。
2021年多家初創企業獲得新一輪融資。而傳統晶片廠商在競争壓力下也開始尋求鞏固自己的護城河。除了進一步開發新産品，通過并購完善技術與業務也是各大廠商普遍采用的模式。
比如沸沸揚揚延續了一年多的英偉達收購ARM案。
就在剛剛過去的2022年2月7日，英偉達正式宣布放棄收購ARM。
英偉達宣布要以400億美元的價格收購ARM還是2020年9月的事。
衆所周知，英偉達在GPU和AI晶片領域是王者一般的存在。而ARM是全球最大的半導體知識産權（IP）提供商。兩者的結合勢必會影響整個産業鍊的格局。
因而，這場收購案一公布，便遭到各行業巨頭乃至各國監管機構的一緻反對。
2021年12月2日，美國聯邦貿易委員會（FTC）釋出聲明，表示将于2022年8月9日正式對英偉達收購ARM提起行政訴訟。
2月7日，英偉達正式宣布放棄收購ARM。為此，英偉達還将損失已預付給軟銀的12.5億美元。
無獨有偶，2018年，高通拟收購荷蘭晶片巨頭恩智浦，最終也以相似的理由不得不宣布放棄。
但失敗并沒有阻止巨頭們的并購之路。
就在1月28日，中國國家市場監督管理總局剛剛宣布，有條件地準許美國晶片企業AMD以350億美元收購FPGA制造商賽靈思 (Xilinx) 的計劃。
此前，該交易已獲得包括歐盟、英國、美國在内的諸多國家和經濟體市場監管機構的準許。
成立于1984年的賽靈思，和Altera并稱為FPGA雙雄，是FPGA、可程式設計SoC及ACAP的發明者。2015年，Altera已被AMD的老對手英特爾以167億美元收購。
此外，繼2021年年初傳出消息後，今年1月又有外媒報道，三星拟收購英飛淩或恩智浦。
三星電子目前是全球最大的存儲晶片制造商，也是僅次于台積電的全球第二大晶片代工商。外媒分析認為其會并購汽車半導體領域的公司，以增強在這一領域的實力。
半導體巨頭們砸錢買買買，初創企業則忙着吸引投資。
2021年6月，地平線完成C7輪融資，融資金額高達15億美元，投資機構包括韋豪創芯、京東方等，投後估值高達50億美元。
2021年7月，芯馳科技宣布完成近10億元B輪融資，除多家基金與投融資公司外，甯德時代也通過晨道資本重倉加注。
黑芝麻智能則在2021年9月完成由小米長江産業基金領投的數億美元戰略輪和C輪融資後，又于2022年1月完成C+輪融資，投資方為博世集團旗下博原資本。
車載晶片行業的2021年既是艱難的，又是充滿生機的。
缺芯的車企不得不停工、減産，而晶片廠商則卯足了勁擴大産能，新玩家也紛紛入局。
政策層面，2月8日，歐盟委員會官網正式釋出《歐洲晶片法案》。根據法案，歐盟将投入超過430億歐元公共和私有資金，支援晶片生産、試點項目和初創企業。
同時，英特爾也于2月8日宣布，将設立一項 10 億美元新基金，用于扶持早期階段的初創公司和成熟公司，為代工生态系統建構颠覆性技術。
缺芯危機到底何時能夠過去？
業界有如英飛淩、特斯拉這樣的相對樂觀者，認為2022至2023年就能解決。但據财聯社消息，英特爾CEO日前表示，晶片供應緊張情況仍會持續2023年全年，2025-2030年供應形勢才會有所好轉。
無論這場危機何時能真正結束，我們相信，在市場需求的正面刺激下，行業将以最快速度向前發展，未來的格局必将有所改變。