中国汽车论坛 | 菅端端:提升车用集成电路产业链韧性的探索

来源:盖世直播时间:2023-07-10 17:27:56

2023年7月5日-7日,由中国汽车工业协会主办的第13届中国汽车论坛在上海嘉定举办。本届论坛以“新时代 新使命 新动能——助力建设现代化产业体系”为主题,设置“1场闭门峰会+1个大会论坛+16个主题论坛+N场发布”共18场会议及若干发布、展示、推广等活动,旨在凝聚各方力量,形成发展共识,为建设现代化产业体系贡献汽车行业的智慧和力量。其中,在7月6日下午举办的“主题论坛三:芯路历程、协同并进”上,中国电子技术标准化研究院技术总监菅端端发表精彩演讲。以下内容为现场演讲实录:

各位嘉宾大家好!我是来自中国电子技术标准化研究院的菅端端。今天我给大家汇报的题目是《提升车用集成电路产业链韧性的探索》。

一、汽车产业是集成电路的重要引擎


(资料图片仅供参考)

车用集成电路市场这几年有比较大的增长,从1997年的73亿美金增长到2022年的784亿,2022年的增速为13.5%。2022年,汽车应用贡献了13.7%的集成电路市场,相比去年一些消费类市场的大幅缩水,汽车行业成了第三大增长贡献,一共贡献了21.8%的增长,对集成电路行业来说,汽车是非常重要的领域。

随着全球供应链体系逐渐转向本地供应链的趋势,各国推出了各自的出国管制法案,最近我们国家也推出了自己的应对法案,使得现在全球性的问题逐渐向区域化的问题转变。虽然汽车行业是全球化产业,我们集成电路号称全球化最彻底的产业,但是在现在这种政治环境下,将来的区域化趋势不可避免。

这种趋势下,给国产汽车芯片带来了发展良机。首先,国产汽车市场规模逐渐增长,连续八年排到世界第一。预计到2035年,车用半导体市场可以达到全球半导体市场份额的30%以上,现在我们只有百分之十几,这对我们来说是一个大趋势。从OEM定义车辆需求、Tier1规划零部件到芯片厂设计产品,大概有4-5年的循环周期,我们在循环周期内,对我们来说也是比较好的机会。我们参与到的汽车目录、对接手册中,发现国内从事汽车芯片设计的企业数量非常大,计算类、电源类、存储类产品的竞争力非常强。

在这种环境下,我们可喜的看到上下游的合作意愿非常强,在供应链保障、新应用、信息安全、道路安全、金融安全的相关产品,国产芯片具有较强的竞争力。国内fab有意愿进入车规工艺投入,工信部2022年发布《汽车标准化工作要点》,提出继续指导企业加大汽车芯片的技术攻关,推动汽车芯片生产线制造能力提升,指导车规级检测认证能力建设。

在这种大趋势下,给我们带来了比较好的发展前景,我们需要看到一个问题,我们主要从事标准制定,同时做标准相关的检测。在我们的检测过程中,我们发现一些问题。车规芯片相对于消费类和工业类有很多不同,主要的不同体现在温度、寿命、失效率。最大的问题是寿命,芯片本身很强大,可以在几个平方毫米的面积上实现非常大的功能。但是芯片本身也非常脆弱,很多失效机制,我们到现在还没理解清楚,长期使用过程中的失效机制,有很多在长期实验过程中才发现,我们也在研究,很多机理还不清楚,这导致汽车芯片其实是很脆弱、很需要关注的器件。

整体产品的良率是各个零部件良率相乘的结果,想要得到高质量的产品,就需要高质量的零部件,所以车企会要求零部件厂零失效,芯片本身就是非常脆弱的,非常容易失效,所以在现行的标准体系里,我们会规范非常多的标准实验,通过不同角度、不同维度来考察汽车芯片的可靠性。这就可以了吗?我们跟很多新能源汽车企业聊,其实现在的实验并没有覆盖所有的失效模式,代表着我们即使通过了现在的可靠性实验,还有很大的失效可能性。

现在的标准并不是强制性标准,它可以自声明。国内为什么有这么多第三方做认证?我觉得是车企非常聪明的做法,是车企检测成本的分摊,国内很多行业也在模仿国产车企的相关做法,从而把一部分的检测成本摊销到行业中去。

我们在工作中主要沿着三个方向走:

1、标准。刚才秘书长和几位嘉宾也在讨论,标准到底是什么,是不是都在缺标准,大家都在研究要做什么样的标准。其实在我们的理念里,并不是所有的产品、所有的事情都要按标准去解决,因为标准做得多了就成了计划经济,反而要提高社会成本。标准是降低社会成本的手段,一旦脱离了它的本质,做的标准就没有了意义。标准是上下游需求和成本的折中,是上下游企业协调一致的结果。下游企业可能要求我的需求非常多,要求功能非常强。但作为下游企业来说,如果要求多,那就会导致成本提高,就需要提供较大的采购量或者比较好的价格,这一点需要上下游协商。

2、测试。

3、认证。

测试主要是对样品负责,只对样品本身负责,至于样品长期能不能保证稳定性,供货商能不能保证它的质量一致性,这一点是做不到的。如果想采购他的产品,通常还要有认证,认证是对产品线的周期性检验,成果不一样。测试发的是测试报告,而认证发的是认证证书,会有第三方背书。

从标准的角度来讲,现在基本还是follow美国的AEC标准,现在国内是世界上唯一一个目前有可能替代这些标准的国家,因为我们的底层标准和美国的标准、JEDEC等标准相同,只有部分标准需要重新制定。

现有的标准很多不符合现在新能源汽车的要求,我们需要对它进行修订,修订首先要做替代。制定标准还有路线的选择,我们的标准是只考虑汽车行业的需求还是考虑所有行业的需求,这是芯片企业非常关心的。在欧洲的话,他制定标准的时候会考虑消费产品和汽车相关的技术融合。在美国,他考虑航天和军工可靠性技术的融合,主要原因是汽车行业的供应量比较小,而且对价格相对敏感,如果希望更多芯片企业进来,就需要有更多领域、更多量来支撑这个产品,这样才能做出高质量的产品。

要制定标准,首先要有标准化组织,我们国家实行5G标准制,国家管制的是国家标准、行业标准、地方标准,各个领域也有自己的标委会,汽车领域就是TC114,电子行业一共有23个标委会,分属在不同的企业里,秘书处分属不同企业,电子标准院一共管理着14个秘书处。制定国标和行标的优点,管制范围高,但是相对来说要求低,还是上下游协调的结果,可能把要求高的标准协调掉了,制定周期长,一般是2-3年,所以现在国家鼓励做团体标准。

我们在中电标协下成立了汽车电子元器件标准工作委员会,实现急用先行、边试边利。

在集成电路领域做标准的话,主要目标是查漏补缺,关注几个点:车规工艺、EDA工具。汽车领域应用产品要求比较高,要求定制车规工艺,之前很多厂不太愿意做车规改造,因为产品量无法支撑起产品线,国家也投了一些钱,包括最近做28/40nm EF工艺开发,保证产品工艺。国内的EDA工具基本可以成链了,随着过去三年国家在EDA领域的大量投入,现在针对国产应用的EDA工具基本可以成链。国产工具的好处在哪儿?它可以针对国内的特殊应用做定制化开发。因为以前在消费品的时候,这种工具除了先进制程,一般制程用不太多,因为消费品的应用周期短,车规产品应用周期长,有些失效场景仅仅通过实验是做不出来的,因为实验是有概率的,这个坏的芯片如果真正被用到车上的话,就是非常危险的情况。所以现在的国产工具也在做针对车规工艺的芯片开发,我们重点集中的目标就是国产工艺和EDA,我们做了相关的标准组织来支撑这方面的标准制定。

在检测方面,由于汽车芯片的检测要求成本低,集成电路行业经常讲trade off,尤其在汽车芯片检测里,是产品、安全性的trade off。

打通“一纵三横”,做好芯片送到车厂去,“三横”是检测时间降到大家允许的范围内,另外是检测成本,我们也借鉴集成电路MTW的概念,另外是标准化,把不必要的过压实验去掉,满足新能源车或者国产车所需要的特殊应用场景,最终基于现有的标准体系做更新。

我们要做生产线验证,D组实验是所有实验中最缺乏的,也是我们制定标准的目标。另外,我们做现有标准基本针对可靠性实验,但是可靠性实验做完以后,去测参数,现在并没有明确的说法。我们为什么不做相关标准,其实这是上下游协调的结果。现在有些企业在做类似的标准,但其实只是引导性的,最多能不能用或用哪些指标,其实都是车厂和芯片厂去协调的结果。我们能做的就是,如果提出指标,我们就要能测,目前我们可以覆盖10大类100余种芯片的测试。

我们基本覆盖了国际上通用的机台,很多芯片厂做CP的时候可能基于不同的机台去开发,我们作为检测机构如果用的是同一款机台的话,很可能要求芯片企业做CP的时候,为了降低成本,需要他的板子和我们的机台完全匹配,这一点也不是很合理,所以我们这边会做各种各样的机台,你的CP做完了,基本可以到我们这儿做后端认证和开发。

作为检测机构,作为技术能力来讲,肯定不如芯片企业,但是我们有一个优势,可能接触的失效模式会更多一点,任何一家企业顺利通过当然很好,如果不通过的话,我们基本会共同参与他的失效,会形成经验沉积。比如有些封装在标准允许的范围内,其实你没必要这么做,因为这么做很可能导致你失效。我们算是核心竞争力。

建立汽车芯片检测是从2014年开始,当时做汽车芯片方向的验收工作,是工信部唯一一家授权的集成电路测试评价重点实验室。我们现在适配的芯片速度在60Gbps、电流小于162A、电压小于75V的产品都可以在我们这里测试。

我们横向会联合设计、制造、封测、EDA等公司进行分化,纵向推动建立芯片、模组、车厂一体化检测体系,促进标准互认。整车方面的测试,芯片层面更严苛,有些现在已经在推动了,这样会降低大家后续的检测成本。

同时,因为汽车领域对价格比较敏感,作为芯片来说,上车风险比较大、投入比较高,我们也和一些保险公司做了联合项目,将来在上车的时候,芯片可以投保,将来出了问题也有一定保障。

我们做自己的工作的时候,也在协调,包括零部件检测企业,包括整车检测企业,我们在做整体的规划,我们也恪守自己该做的事情,把可靠性实验做好,讲解结果给到下游的零部件检测机构,再给到整车检测机构作为检测依据,我们的实验室也向行业开放,整车企业到我们这里租用进行实验。

总的来说,现在集成电路产业正在经历从全球化到区域化的大变革,现在很多体系将我们努力向排除。汽车芯片的困难需要在政府推动下,由集成电路产业、汽车产业共同赋能,打通从芯片厂、模组厂到车厂的“一纵”,相向而行是重要途径。我们现在也在努力推动优秀芯片上车,提高芯片检测效率。作为我们来说 也是一手托两家,为车厂牢把质量关,降低车厂检测成本。遵循行业规律,探索两行业融合的平衡点是国产汽车芯片向下走的必由之路。谢谢各位!

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)

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