汽车芯片出货超1亿颗，纳芯微计划单车价值从400元到增长到2000元以上
来源:电子发烧友网发布时间:2023-05-202386浏览
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电子发烧友网报道（文/程文智）随着汽车智能化和电动化的发展，汽车内的单车半导体使用量正在大幅增加。据公开数据显示，目前汽车的单车半导体平均价值在400美元左右，但在汽车完成电动化与智能化后，单车半导体价值量会快速达到2000美元，甚至3000美元以上。这是因为汽车的电动化和智能化，增加了电驱逆变器、车载充电器、DCDC变换器、电池管理系统、传感系统、智能座舱、以及自动驾驶等电子模块，每个模块中都会用到大量的功率、模拟及数字芯片。
根据美国半导体行业协会（SIA）发布的报告，2022年全球半导体行业的销售额为5735亿美元，相比2021年小幅增长3.2%，但其中汽车半导体的销售额为341亿美元，同比增长29.2%，大大高出其他细分领域的增幅。其实，在国内半导体市场表现也差不多，据纳芯微电子CEO王升杨在“纳芯微十周年暨2023媒体沟通会”上透露，2021年时，纳芯微汽车电子的营收占比还不到10%，2022年则增长到了23.13%。“考虑到我们公司的营收在2022年实现了90%多的增长，这意味着我们汽车电子在过去一年取得了约4倍的营收增长，是我们增速最快的一个赛道。”
图：纳芯微电子CEO王升杨据他介绍，纳芯微围绕汽车应用场景，主要布局在两方面：一是围绕汽车的电动化趋势来做产品布局，主要集中在新能源汽车的三电和热管理领域；二是围绕汽车的智能化趋势做产品布局，主要集中在智能座舱、自动驾驶、整车域控、智慧照明等领域。目前，在一辆高端的新能源汽车上，纳芯微已经量产的产品，大概可以实现超过400元的单车价值量。
“我们还会持续进行新的产品拓展，及应用拓展，进一步提升我们的单车价值量。”王升杨在分享中表示，预计在2025年前，纳芯微可以量产的产品单车价值量能突破2000元。那么，纳芯微的汽车产品解决方案主要有哪些？未来会如何布局呢？在随后的汽车电子主题分享中，纳芯微产品线总监张方文与纳芯微产品线市场总监叶健分别就纳芯微新能源汽车动力总成解决方案和热管理系统解决方案做了详细的解说。动力总成解决方案
在张方文看来，汽车的电动化让汽车增加了很多新的电子模块，比如说车载充电机（OBC）、电控、电动压缩机等等。而且新能源汽车的整个动力总成在往多合一的方向发展，“早期都是一个个独立的系统，比如电机和减速机是一个供应商，电控是一个供应商，但现在市场主流已经变成了三合一的方案，他们将电机、电机控制器和减速器集成在了一起。而OBC与DCDC也逐渐被厂商集成在了一起，然后就有的厂商做出了六合一，甚至八合一的产品解决方案。”
图：纳芯微产品线总监张方文至于未来的发展趋势，据他观察，首先是集成化。汽车厂商可能会将整个动力总成与电池包集成在一起，形成智能化的底盘，甚至把底盘控制都集成在一起，这种解决方案被称为“滑板”。据说，这种解决方案已经开始在一些商用车上面，尤其是卡车类电动汽车上开始做商业化了。这么做的好处，一是可以最大限度减少体积；二是在安全性方面，因为减少了走线，整车的安全性也更高；三是降低了成本，因为它减少了被动器件、滤波器、保护器件，以及线束等的使用；四是可以降低整车的重量，增大续航里程。其次是功率密度持续的提升，针对每一个零部件，大家都在想办法提高功率密度，而提高功率密度的核心还是要把体积做小，这样才有利于做集成。目前的一个趋势就是很多电动汽车的电压平台开始从400V往800V转换，海外的高端乘用车基本都在走800V路线，国内的小鹏、比亚迪等发布了800V的车型和充电桩。未来不光是新能源车，充电桩系统也会发生非常大的变化，现在欧洲的充电桩的标准基本都切换了，充电电压要支持到1000V。国内现在还没有这种强制的标准，但是如果现在再去做新的充电桩，还是只做到400V的充电，那就意味着未来有些车型支持不了充电，对于这些充电桩厂商的运营会带来非常大的麻烦，因此，张方文认为，未来充电桩会很快切换到800V的平台。还有就是第三代半导体的采用，在张方文看来，到了800V平台之后，IGBT和SiC的价格差异会大大减少，加上整车效率的提升，SiC器件将会带来一定的经济效益。此外，汽车上增加的电机越来越多，早期只有一个主驱电机，如今很多的主流车型都配有双电机驱动，甚至在一些高端车型中出现了四电机驱动版本。“这个趋势会从高端往中端车型、甚至一些低端车型上面去发展，并且电机的增加不一定意味着整个成本增加很多。原来一个电机驱动，如果要达到同样的驱动功率的话，电机的体积是要做的比较大。用多电机驱动时，可以电机小型化，因为动力可以叠加，电机小型化更利于整体的布局。所以可以从整车结构的角度去节约成本。另外，多电机控制的话，比如某些车型展示的原地掉头，必须是独立电机控制的，甚至包括水陆两栖、水上漂的功能，也是要通过这种技术去实现的。”他指出。谈到纳芯微的产品和解决方案时，张方文从汽车OBC/DCDC解决方案、车载主驱解决方案、电池管理系统解决方案几个方面进行了阐述。在汽车OBC/DCDC解决方案内，纳芯微的产品布局涵盖了前端的信号感知，包括电流检测、通用信号链的运放，参考、复位芯片，以及后端通用的电流、电压的传感器；还有信号链相关的产品，比如数字隔离器、对外的CAN/LIN接口、通用的运放、比较器，以及 PWM buffer等；第三类是电源管理相关产品，本身这上面所有芯片都需要供电，所以会有这种通用的电源管理，以及路径保护，高低边的开关；最后，新能源车充电枪内会有一个电子锁，会应用到电机驱动的芯片等等。在车载主驱解决方案方面，从信号感知角度，该系统会用到很多的传感器，因为它会涉及到非常大的 峰值电流，基本上会超过1000安，所以早期可能会用一些大的电流模块去实现，现在有很多公司都在尝试芯片级的解决方案，怎么样用芯片的方式去取代传统的大模块，原来这个模块大概要100元，一台车里面一个电机大约需要三个模块，也就是说，这个模块的价值量有300多元。“我们用一些芯片的方式去替代，不光能给客户降低成本，同时还会大大减少整车控制器的体积。”张方文表示。另外，在做电机驱动的时候，不能光是驱动它，还要知道驱动汽车是在往前走，是不是按照我们想要的方式往前走，所以需要用到电机位置的检测，也就是旋变。张方文表示，关于电机位置检测，纳芯微也提供相关的方案。除此之外，汽车内的温湿度检测、隔离器件等纳芯微也能提供相关产品。最后在电池管理方面，纳芯微与行业头部Tier 1企业展开了相关的合作，芯片布局方面与 主驱电机解决方案比较类似，值得一提的是，电池管理系统需要额外的绝缘检测需求，纳芯微创新地使用了电容隔离的技术，取代了原来的光隔离技术。热管理系统解决方案
新能源汽车与传统汽车很大的不同在于新能源汽车的热管理，传统汽车的热管理比较简单，就是利用发动机。发动机运作后会发热，通过制冷液把发动机制冷，而发动机剩余的一些热量在冬天就可以变成车内空调里面吹出来的热风。可以说，传统车基本上是靠发动机带动风扇、电子节温器这些部件去进行整车的热管理。
图：纳芯微产品线市场总监叶健新能源汽车的热管理就复杂得多。首先，新能源汽车有一个比较大的部件，就是电池。在北方，冬天的时候，新能源汽车的可用里程数会急剧下降，一个原因就是电池在低温条件下，发挥不了它的最大的能效比。在低温的状态下，新能源汽车原来400公里的里程，可能只能发挥到200多公里。在电池充电时，特别是现在这种快充电的时候，电池会急剧发热，这种情况下会有热失控的风险，因此，新能源汽车的整车热管理，首先要解决的就是电池的制冷和电池的加热。第二，与传统的发动机不一样之处，新能源汽车基本上都是用电驱、大的电机来做，这些大电机里面有很多的永磁材料，这些永磁材料如果是一直使用在高温的情况下，它的寿命会缩短，也可能会发生退磁的情况。所以对于电池的主驱电机，都会使用一些冷媒去给它进行降温。新一代的汽车降温有些都不是普通的水冷，而会用油冷这样一些新的方式进行降温。此外，主驱电机在运行过程中它也是需要去制冷的。新能源汽车上有OBC，特别是现在的快充应用场合，因为所有的线束上都会走大几十安培的电流，这些电流经过导线，都会产生一部分的压降，然后也会在导线上引起一些发热。整个的 OBC系统里面是有电力电子的，像这种大的IGBT或者碳化硅器件，在这里面进行开关作用，本身这些动态损耗和包括静态损耗都会带来一部分的发热，所以OBC在汽车里也需要进行制冷。最后就是座舱里面的空调，原来在传统的汽车上，发动机带动空压机来进行制冷；电动汽车则是用电池来进行制冷，所以它会有电子空压机的需求。实际上热管理系统在新能源汽车上有很多部件组成，主要分布在新能源汽车的底盘上。一般的情况下，在挥发器的地方会有两个风扇，相当于通过风扇来进行风洞的热交换，还会有很多水冷和油冷的系统，所以新能源汽车在电池、主驱电机、以及OBC里面，都会有一些液体的管子、管道，把这些制冷液或者是这样的一些水冷的液体，流进制冷制热的部件，这里就需要水泵和水阀去控制液体的流动。如果发现了一些局部发热的地方和一些局部需要去制冷的地方，需要去进行热交换，厂商会在里面安装一个比较智能的水阀去控制水流，而热的流和冷的流需要实现最高热交换的效率，去进行对流，由此就应运而生了热管理里面大量的阀门，包括膨胀阀、球阀。另外，在智能座舱里面也会有一个完整的空调系统，比如说对着人、还是对着脚，或者是对着其他地方吹风，它在里面有大量的一些百叶、电机这样的控制器，实际上这也是属于热管理的一部分。
图：纳芯微展示的汽车空调出风口风门调节系统解决方案一般来说，传统的热管理系统在汽车底盘上会由很多的水泵、水阀、鼓风机、PTC、空压机组成，它的一个个部件分布在汽车底盘各个地方，所以我们把它称之为分布式的热管理系统。而新一代的热管理系统，会把水泵和水阀这些部件集成在一起，好处在于：一方面，热管理整个热交换的效率会提高；另一方面，从成本的角度来讲，集成后，整个在底盘上的安装成本下降了，另外它的部件所用的用量，就是换算成铜和铁的这种用量，实际上也下来了。因此，既提高了效率，也节省体积，这就是为什么很多厂家都在研究，从一个分布式的热管理系统变成集成式的热管理系统应用，由此，电子部件也会发生一些改变。在叶健看来，当前分布式热管理系统架构在国内还比较主流，在暖通空调控制模块上会有很多的高边、低边驱动，用于控制直流电机、电磁阀开关，比如说空调系统里面的各种风向转换这类应用里的直流电机。另外，总控的控制器会通过LIN或CAN总线，跟各个不同的水泵和水阀进行控制。比如说这个水阀是控制电池上面的水流流进，另一个水泵是控制主驱电机制冷液，最终用一个大脑去协调各个不同的躯干，各个不同的躯干其实就是由各种水阀和吹风机所组成的，在这里面就产生了大量的无刷直流电机的控制器需求。传统的无刷直流电机控制器在本地会有一块小的控制板，新一代的集成式的控制就在总控板上实现，这是风扇的无刷直流电机控制板。一般情况下，标配是三个膨胀阀，还会有一个四通阀或者八通阀的球阀，在这个里面也会有一些阀门的控制器。此外，风扇、百叶的控制器会在热管理的系统里面会应运而生，还有就有两个大的系统：汽车的空压机，以及PTC控制器。所有管道里面的水压实际上是需要被监控起来的，新一代的热管理系统，对水压的监控，是既监控水压也监控水温，所以会用到压力加温度的二合一传感器，这些传感器连进它的主控板，还会有一些信号调理的电路。谈到纳芯微的机会，叶健以高压PTC举例说，这里面就会用到很多的模拟器件，比如PTC内有12V电池供电的线缆，也有高压800V或者400V供电的线缆，这就是说内部存在高压侧和低压侧。在高压侧和低压侧之间，需要有很多的隔离芯片来做信号的隔离，因为基本上CAN总线是挂在汽车的总线上，所以 CAN总线和它在高压侧的 DSP之间是需要隔离芯片的。另外，所有的PTC都会需要IGBT来驱动，这就带来了很多驱动芯片的需求。此外，隔离的电源供电还是从12V的电源来的，需要跨到高压侧，所以会有隔离电源的flyback的需求，包括电源管理等芯片的需求。空压机和PTC用到的芯片方案比较类似，同时，空压机还会有面向电流传感器的需求，比如说温度的传感器用于监控IGBT的功率管是否过温，这个系统里面纳芯微的布局也是非常全面的。此外，叶健还介绍了电子膨胀阀解决方案。将电子膨胀阀拆开可以发现，里面有一个小的步进电机去驱动齿轮传动，实际上它是控制水阀的阀门转动的夹角，控制阀门两端的水流量，以及控制控制两端的压力，最终需要去负反馈，知道夹角到底是多少，然后去通过步进电机来控制。一般的情况下，水阀是一个很小的物件，但它需要去控制一个步进电机，假如用分立的元器件来做，有8个MOS管，再加上CAN总线的分立芯片，再加上一个小的处理器，以及还有一个12伏转5伏的电源，如果是按这样的架构来设计的话，一块PCB是根本摆不下的。叶健表示，纳芯微看到了这个需求，他们将MOS管、LIN总线的物理层的转换器全部集成在了一起，变成了一个小的全集成SoC芯片，这样就解决了客户的需求。他同时表示，纳芯微还提供角度传感器来监控膨胀阀旋转的角度。“与其他友商相比，纳芯微走出了一条不一样的道路。因为我们是这些汽车芯片厂商里面把驱动、传感器、隔离都做全面覆盖的一家公司。比如我们也开发了压力加温度的压力传感器, 我们开发了ASIC，基本上就是一块芯片能把一个压力传感器里面所需要去应对传感器所有的信号调理，加上信号处理，加上通讯的这一部分做成三合一的、高集成的芯片来做的单颗压力传感器。”他总结道。结语
对于纳芯微单车模拟芯片价值量超过2000元，甚至达到3000元的目标，纳芯微电子CTO盛云自信满满，“纳芯微的产品分成传感器，信号链，电源管理三大方向，目前汽车内这三个方向我们虽然已经做进去了不少产品，但是还有大量的新产品正在布局。以传感器为例，我们现在有做一些电流传感器、测量方向盘转角角度的角度传感器、用于安全气囊的压力传感器，以及和大陆集团合作的轮速传感器等；在信号链方向，我们在车内的一些通用的信号链、运放等产品，也在进一步丰富产品型号；在信号链方向，我们其实也看到了SoC的机会，比如说我们不久前发布的一个集成MCU和马达驱动的专用的SoC芯片；电源管理方面，我们也看到了像 BMS，包括传统的12V蓄电池的BMS带来的一些新机会。”
图：纳芯微电子CTO盛云另外，他还谈到了在驱动方面，随着汽车安全要求进一步提升后，电机驱动需要具备功能安全的特性，因此，纳芯微也在开发具有ASIL-D功能安全的电机驱动产品；而电源类产品，不管是通用的汽车类电源，还是高边开关、低边开关、e-Fuse等，在汽车中的使用数量都相当多。以高边开关为例，可能未来单车的数量就可以达到100-200个通道。因此，盛云认为，在这样的市场机会下，未来纳芯微的单车模拟芯片价值能够做到2000-3000元肯定是没有问题的。
图：纳芯微电子COO王一峰至于年初以来，汽车市场的降价影响，纳芯微电子COO王一峰表达了自己的看法，确实今年汽车行业由于整车在降价，传导到零部件领域，确实也都有非常高的降本诉求。实际上纳芯微销售端也会将客户的降本诉求去跟公司各个层面传递，并且纳芯微已经开始采取行动，比如说从设计和供应链管理层面上会进行一些成本控制。他同时强调，除了价格因素之外，纳芯微希望向客户提供价格以外的价值。比如客户方案采用了纳芯微的一些器件之后，是不是整体变得更加高效了？比如其服务、整体质量的表现，超过一亿颗汽车芯片的出货能力是不是比很多公司更具有竞争力？“所以我们更多的希望在这些地方来影响客户，因为汽车领域的客户一旦回归到不缺货的逻辑下，他一定还是会把质量、整个管理体系等因素放在一个非常重要的角度考虑，并不会去单纯地去考虑价格因素。”
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