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公众号：新能源汽车百年
作者：韩悌信
写一篇高质量的文章真是太难了，平时上班太忙，下班后那点时间根本不够，所以只能用周末的时间捣鼓一篇。我一直想不明白，有些公众号日更一篇是怎么做到的？
此外，写什么主题也让我挺纠结的，一方面，我希望通过写作的过程让自己得到提高；另一方面，也力求文章能有知识性、故事性和趣味性。
自疫情以来，汽车缺芯一直是个问题，供应商提的最多的话题就是保供，主机厂在选取供应商时，也会着重考虑交付问题。
缺芯问题为何在汽车行业如此突出？是因为汽车上用的芯片数量多吗？怎么没有听到手机因为缺芯而无法交付的问题？…
如果你也有同样的疑问，那么本文值得一读。
一辆汽车究竟需要多少芯片？
在回答这个问题之前，做一些知识铺垫是有必要的。
芯片是什么？我在网上找了很多资料，定义各不相同。百度百科：芯片是半导体原件产品的统称，听上去比较抽象。还有将芯片与集成电路（integrated circuit, 简称IC）混为一谈的。还是一位知乎博主说的比较到位：芯片的本质是半导体+集成电路。
上图就是一个芯片，只有指甲盖那么大，上面集成了100多亿个晶体管！
芯片很脆弱，用外壳封装后，才是你通常看到的样子。
晶圆（又称硅晶片）是芯片的载体，其原材料是硅，硅由沙子中提炼而来，纯度达99.999999999%（小数点后7-9个9，甚至12个9）。高纯度多晶硅首先会被加工成圆柱形的单晶硅，形成硅晶棒，再经研磨、抛光、切片，得到硅晶圆片，也就是晶圆。晶圆的尺寸（直径）一般为6英寸（约150mm）、8英寸（约200mm）、12英寸（约300mm）规格不等。一片晶圆能切十几K到上百K芯片。
晶圆
那我们平时说的14nm、10nm、7nm、5nm芯片又是什么意思？纳米（nm）是芯片的制程，是平面晶体管时代（1997年之前）的叫法，那个时候是指晶体管上栅极的长度，这个长度越短，晶体管开闭的速度就越快，芯片性能也就越好。再说直白一点，无论多么先进的芯片，本质上都是对1和0这种二进制指令的处理，而晶体管的开闭就代表了1和0 。
不同形态的晶体管
到了1999年，出生于中国，先后毕业于中国台湾大学、美国加州大学伯克利分校的现任美国国家工程院院士、中国科学院外籍院士—胡正明，发明出了鳍式场效应晶体管，晶体管栅的长度大幅度缩小，远远小于晶体管其他部位尺寸。2012年之后，又出现了一种叫FinFET的3D晶体管，更没有办法用单一尺寸来衡量芯片的制程，自此，单纯用晶体管栅长度命名芯片制程已经没有意义。但为了统一性、延续性，业界依然遵循“0.7倍”命名法，即我们通常听到的14nm、10nm、7nm、5nm。看了这篇文章，不要跟别人问，为什么没有6nm的芯片？闹笑话！
有了上面的知识储备，你就很容易理解，我国芯片短缺，主要缺的是高端芯片。世界上有很多国家可以自行制造低端芯片，但无法造出14nm、7nm、5nm这样的高端芯片，我国也不例外。华为很牛逼，不仅因为他的5G技术，他还可以设计5nm的芯片，但是空有设计不行，国内没有制造5nm芯片的设备和技术，在美国的制裁下，有这种设备和技术的代工厂也无法为华为提供服务。
由此可见，芯片制造业的门槛非常高！疫情原因，产能不足，是导致芯片短缺的主要原因！
中国的疫情控制的很好，但中国恰恰缺乏高端芯片的制造能力，因此，面对世界范围内的“芯荒”，中国这个制造大国也无能为力。
疫情以来，芯片短缺已经影响到全球100多个行业，如：手机、汽车、空调等。
因为身处汽车行业，我对汽车缺芯的影响感触更深。
手机、空调等这些电子产品上用的芯片和汽车上用的不一样，他们都是消费级的，而汽车上用的大部分芯片都是车规级的。
芯片按照应用场景，可分为军工级、车规级、工业级和消费级。
芯片级别分类
汽车关系到人身安全，因此，对芯片有特殊要求，即“安全”、“可靠”。手机发热、死机，不会带来多大损失，但汽车因为芯片出故障，可能会死人。
百万芯片量中，消费芯片的允许出错率是300-500个，而车规级芯片的要求是无限接近于0，每位车主的生命都很重要。这就使得车规级芯片的研发难度大大增加，其设计、研发、验证周期都很长。
我始终认为，造车要有一种敬畏之心，一切都要以安全为前提，不能拿车主当小白鼠！不要把有安全隐患或自己心里都没谱的汽车产品交到市场上去！
车规级芯片光测试费就是消费芯片的5倍。
一款汽车芯片问世后，还要通过多重认证才能得到市场的入场券，如ISO 26262（道路车辆功能安全国际的标准）、AEC-Q100（车用可靠性测试标准）等等。这是对车规级芯片产品安全性、可靠性的验证，是重要的考量指标。
AEC成员
一辆汽车上用到的芯片数量很多，传统车上大约500-600颗，现在的汽车上已在1000颗以上了，一些智能化的新能源汽车则更多。注意，不要惊讶，这里指的是芯片个数，并非控制器（ECU）个数。
汽车半导体分类
汽车芯片应用领域
汽车芯片可分为功能芯片（MCU）、功率半导体（如IGBT、MOSFET）和传感器3大类。
汽车半导体产业链
功能芯片是我们最熟悉的，又称“微控制单元”或“单片机”，也是汽车上用量最多的。汽车上车身控制系统、信息娱乐系统、动力系统、自动驾驶系统等的正常运行都离不开功能芯片。全球前5大MCU供应商是日本瑞萨电子、欧洲的NXP和英飞凌、美国的德州仪器和微芯科技，占据了82.7% 的市场份额。
功率半导体集成度较低，属于分立器件，主要包括电动车逆变器和变换器中的IGBT、MOSFET等。IGBT芯片起着交直流转换的作用,要把220V标准交流电转换成电池需要的直流电，当在行驶状态下，IGBT再将电池输出的直流电转换成交流电供给交流电机，同时在这一转换过程中，IGBT芯片还需要实时调控全车电压，起着变压器的作用。MOSFET简称MOS管，汽车上升压还是降压都是随着MOS管的不断开闭而实现的。
传感器是汽车的感知系统，负责收集汽车运行的各种工况，如车速、各种介质的温度、发动机或电机转速、扭矩、胎压等，便于汽车“大脑”决策。
汽车是一个复杂的系统，缺少任何一个部件，车辆都无法生产下线。一些传统器件还好，中国可以自给自足，国内替代方案也比较多。但是一些必须搭载高端芯片的MCU短缺，势必会导致主机厂停产。
使用国产化率较高的MCU则会带来极大的风险，不是因为对国产芯片没信心，而是因为芯片这个产品需要时间的积累和市场的检验，没有经过百万、千万量级的考验，凭什么就敢搭载在事关人身安全的汽车上？
但汽车芯片的国产化这条路是一定要走的，只是方法和节奏要把握好，可以先从一些不影响行车安全的部件上进行逐步替代，而不是搞大跃进！
