比亚迪的芯事：半导体产业的缩影与鸿沟
罗鑫
[爱卡汽车 爱卡独角SHOW 原创]
近年来，汽车产业除了原材量价格上涨之外，听到最多的就是“缺芯”，一颗小小的芯片身价甚至翻了上百倍，即便如此仍然是“一芯难求”，这也导致全球各大车企都曾因为缺少芯片进而选择减产甚至停产。但就是在这样的大环境下，有一家车企却能独善其身，它就是那个连芯片都要自己造的比亚迪。
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一、目前国内芯片产业现状
半导体号称是科技界的“原油”，没有半导体产品，任何科技产品都没法生产。但是，国内目前的芯片产业依然重度依赖进口，不论是汽车领域还是其他高新技术产业都受到波及。
在2021年，芯片成为我国第一大进口商品，是石油的两倍还多，进口额近4400亿美元，约2.8万亿人民币。芯片进口额占GDP比例接近2.45%，中国每年进口集成电路的金额占中国所有进口金额的16%，也就是说每进口6块钱的商品中，就有1块钱是芯片，而这个数据还是在被美国制裁之后的数据。
我们确实应该感谢美国的“当头一棒“，让我们意识到芯片对于国家科技发展的重要性。从2019年5月华为芯片被制裁开始，中美贸易战已经过去整整3年多的时间，国家也在近些年开始大力发展半导体产业，到2021年中国的芯片产能已达到日产10亿颗，但这其中还包括了在中国设厂的境外企业，如台积电，三星，海力士等。所以刨除掉境外企业，目前国内芯片生产依然十分落后。
其实国家早就注意到了这一状况，并且制定了一系列方案来应对，但到目前为止，并没有达到预期的效果。2015年《中国制造2025》计划出炉，半导体自制，成为该计划的重点核心产业。2025计划中设定：到2020年，半导体自给率达到40%，2025年要达到70%。
如今已经2022年，如果将所有国内生产的芯片都算上（很多都是低端芯片），自给率也只有36％，而2019年我国芯片自给率为30%左右，也就是说两年的时间自给率增加了6%，平均每年增加仅3%，如果按照这个增速，到2025年我国芯片自给率也仅仅达到48%，与70%自给率这个目标相去甚远。要达到2025年70%自给率这个目标，国产芯片仍然还有很远的路要走。所以说，目前中国的芯片生产能力不足，很容易被卡脖子，尤其是高端芯片的生产以及汽车芯片。
根据2021年中汽协数据，我国汽车芯片自给率只有5%左右，这也是为何上海疫情爆发之后，许多汽车主机厂因为缺少芯片而停产的原因所在，就是因为太过于依赖进口芯片。
二、一段芯事：比亚迪自研芯片历史
提起比亚迪，很多人的第一印象是个汽车品牌。其实，在半导体领域，比亚迪也堪称国产芯片“先行者”。比亚迪在2002年成立IC（集成电路）设计部，与造车和电池计划几乎同时起步。目前，比亚迪芯片已经在多个领域实现应用甚至是盈利。比亚迪拥有已授权专利1167 项，建立起了完整的自主知识产权体系，在芯片设计、晶圆制造、模块封装与测试、系统级应用测试等环节均有一定建树。特别是在功率半导体、车规级芯片IGBT、SiC的研发方面，比亚迪有着5年打破外企垄断，13年追平国际一流的辉煌业绩。
IGBT，又称“绝缘栅双极型晶体管”，它像是一种承担“开关”功能的半导体器件，通过在电子设备中的高效快速开关，完成电流类型的转换和放电规模掌控。IGBT器件类型有很多，比如应用于高铁领域的、航天领域的、汽车领域的，乃至工程设备领域的等等，而比亚迪聚焦的就是车规级IGBT芯片。
2009年成功研发出第一代IGBT芯片，一举打破了国外的技术垄断，并且在2018年，比亚迪还推出了IGBT4.0芯片。截止2020年底，比亚迪IGBT芯片累计装车已超100万辆，单车行驶里程超100万公里。
目前，比亚迪已经研发成功IGBT6.0，采用了90纳米工艺制程，在所有车用芯片中是最小的。与几纳米的手机芯片不同，车载芯片的技术核心是工艺的成熟度，由于其特殊的使用环境，车载芯片也不需要做到那么小，车载芯片更重视的是可靠性、耐用性以及制造成本。并且从比亚迪的招股书中可以看到，比亚迪IGBT采用IDM模式，能够自行设计、制造与封装。
比亚迪IGBT已经连续三年拿下车规级IGBT模块全球第二、国内厂商第一的成绩，但与排名第一的英飞凌相比，差距还是相当悬殊的。目前，英飞凌依然占据国内份额的60%-70%之间，而比亚迪则稳定在15%左右。当然，这与比亚迪长期奉行“自用优先”的发展路线也有关联。不过，随着比亚迪半导体的拆分上市，未来几年比亚迪IGBT的市场表现将有巨大的上升空间。
但随着市场对电动车型的电池容量、电机功率、充电效率和损耗的要求提高，IGBT器件受制于材料特性，性能明显出现瓶颈，器件和车厂纷纷转向SiC（碳化硅技术）。据研究数据显示，在750V高压状态下，碳化硅（SiC）部件比相同的硅基IGBT部件能效增加8-12%，传导损耗减少14%。此外，碳化硅可以在高频状态下稳定工作，得益于此，以该材料制作的控制芯片不仅可以实现更快的开关频次（约为IGBT的5-10倍），同时开关损耗比前者下降了75%，这就为相应的软件管理策略预留了更大的空间。
而在SiC模块领域，比亚迪目前已经推出1200V 1040A SiC功率模块，突破了高温封装材料、高寿命互连设计、高散热设计及车规级验证等技术难题。在2020年7月推出的比亚迪汉EV(参数|询价)，通过配备自研的碳化硅电机驱动控制器，达成了3.9秒的0-100km/h加速时间和更亮眼的续航里程。
虽然比亚迪在SiC领域有了比较大的突破，但从全球碳化硅市场占比看，比亚迪还排不上名次。目前科锐（CREE）占据了全球45％的市场份额，日本罗姆（Rohm）的子公司SiCrystal占据20％，II－VI占13％；中国企业方面，天科合达占到5.3％，山东天岳为2.6％，目前主要的市场份额仍掌握在以美欧日为首的国家手中。
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