- 袁锋:以应用为牵引在半导体领域做长板
6月14日,在第十六届中国汽车蓝皮书论坛上,芯联动力董事长袁锋发表了名为《以应用为牵引,在半导体领域做长板》的主题演讲,介绍了芯联动力聚焦碳化硅芯片,以应用领域和客户要为牵引,在半导体领域做强竞争力的发展思路。
据他介绍,碳化硅并不算是新材料,但因为材料难、工艺难和可靠性要求高,而且非常集中地应用在车的主驱上面,所以在早期发展阶段,国外和国内都有没解决的问题。某一些程度上,在第三代半导体上,国内是跟世界在同一水平线上面去发展的,并没有落后太多。
2021年芯联动力开始研发碳化硅,2023年开始正式量产,真正把碳化硅做到车里去。现在芯联动力的产品和英飞凌在一个技术水平线%,远高于国际上的同行,一个月7千片产能也是全亚洲最大的。
他认为,碳化硅芯片的成功就是从应用为出发,对其他芯片领域,也要以应用为牵引做长板,不要去卷价格,而是要用技术创新去做降本。
袁锋:大家下午好,感谢蓝皮书论坛的邀请,让我在这儿有机会跟大家做一些分享。
我来自半导体行业,但在半导体之前我做投资。有两三年时间在广汽做投资,天天跟着我们老板去抢芯片,抢着抢着干脆自己去做芯片了。
从去年下半年开始到现在还不到一年时间,我自己从一个汽车公司去了一个半导体企业。回过头来,我思考了一下,中国的汽车半导体后面该如何去做,有哪些东西是我们自己能抓住的。
我们说新能源汽车是弯道超车也好,换道超车也好,半导体领域有没有一些可以弯道超车、换道超车的机会?碳化硅跟电驱是紧密结合的,这会是我今天要讲的很重要的点,但也不完全集中在碳化硅上面。
早晨贾可老师提到了电动车发展惊喜的数据,包括纯电、插电,我这里不再继续阐述。无论是电动化的上半场,还是智能化的下半场,都没有走完。
我们现在看电动化,电池也在持续在迭代,磷酸铁锂电池现在续航里程也慢慢变得长了,大家还在解决电池的安全性问题,可能还在想会不会有下一代电池,比如固态电池。电驱系统也一样,大家越做越多,原来是独立的,现在变成三合一、四合一、五合一、六合一,还有人在做九合一电驱系统。
碳化硅的应用,从特斯拉2018年开始在Model3上面用碳化硅芯片,我们正真看到了慢慢的变多的车,尤其是今年北京车展的时候发布的车,基本大家好像全部都上了碳化硅,无论是800伏还是400伏的系统都上了碳化硅。
它确实有好处,第一是能量转化效率高,第二是电机损耗低,第三是体积小。现在碳化硅在800伏系统上面,提升的效率是5%到8%,拿6%做综合成本,一个电池几万块钱,提升了6个百分点,几千块钱就省出来了。2024年是碳化硅的元年,确实大家都在上碳化硅。
碳化硅在高电压上面有更强的耐力,更高击穿电场的强度和更高的导热能力等,但它也遇到很多挑战,比如成本比较高,应用比较集中。
我的一个思考是,我们看这个数据,汽车在新能源车没有到来的时候,全球前十的品牌肯定一个中国企业都没有。新能源时代,从2023年的数据分析来看,全球前十的新能源汽车品牌有6家本土的车企。
在传统油车时代,全球最好的汽车半导体企业,前十名也跟中国人没什么关系,其实他们是形成了一个完整的产业链。如果你再仔细看,比如丰田和大众是最好的燃油车时代的企业,他们会有很紧密合作的Tier1供应商,比如博世和电装,后面又有很好的汽车半导体合作伙伴,比如英飞凌、罗姆、瑞萨等,它们形成了一个完整的产业链,一起去做。
在中国汽车行业当中,全球前十的电动汽车企业,中国占了半壁江山。我们再看全世界汽车零部件Top100排行榜排名,油车时代可能中国就一家企业进去了,去年已经有17家企业进到了百佳排行榜当中。不单是汽车行业卷也好,或者更好的竞争也好,零部件现在也慢慢变得强了,甚至整个电动化的零部件当中,比如电池,中国可能占了半壁江山。
中国的汽车半导体或者中国的半导体,有没机会在这个竞争格局当中去突围呢?我们大家都知道这玩意儿特别卡脖子,我们能不能在电动化的发展当中,很好地抓住百年一遇的大变革,能去做突围?我后面会分享我们的思考。
首先我们从碳化硅入手。为什么先拿碳化硅出来说?它跟电动车很像,也是很多年前就有了,电动车也不是这三年的事儿,百年前就有电动车产品,但是非常不成熟,2014年中国开始推出电动车,2020年消费者开始愿意购买新能源汽车,也就这三五年的事儿,就让电动车有这么快速的发展。
碳化硅也一样,百年前可能就在提这个材料,但是也从电动车发展,才开始提上来。在早期发展阶段,一样有很多没解决的问题,国外和国内都有没解决的问题。其实我们某一些程度上,在第三代半导体上,我们是跟世界在同一水平线上面去发展的,并没有落后太多,所以我把它拿出来去讨论,看有没机会去做一些换道超车或者弯道超车。
碳化硅这样的一个东西,为什么这么难?原因有几方面,首先是材料就很难。硅芯片走了这么多年,非常成熟,良品率特别高。碳化硅芯片走到现在,大家还觉得它的衬底良率特别低,价格特别贵,缺陷特别多,所以它本身材料就很难。
工艺也特别困难,它是一个要到1700摄氏度高温中加热,去做高温离子注入,去做高温退火的东西,所以它的工艺也特别难。
可靠性要求也特别高,比如做800伏系统、做1200伏的碳化硅器件,要一直地用1200伏或者800伏的电压去击穿它,所以可靠性的要求特别高。
与此同时,它的应用非常集中,就是在车的主驱上面,可能占整个产品80%的应用,所以它不存在东边不亮西边亮,消费不好汽车好,手机不好家电好,家电不好汽车好。这玩意儿至少现在就一个地方在用,所以用户又非常集中,就是所有的车企。
车企的应用是在主驱上面,可能占到90%,这就是成本。因为它在发展的早期阶段,所以成本非常贵。现在从一颗芯片来看,可能它的价格是硅基芯片的4到5倍,如果把它做成模组,再把毛利率利润减一减,可能会做到3倍左右,1000元的IGBT模块,可能同样功率的碳化硅模块要卖3000元到4000元。
在往后推广的时候,很大程度上要考虑怎么样把成本进一步下降,让这么好的材料大家真正能用下来,后面很多车企都提了三年内要降50%成本的诉求,所以碳化硅也非常难。
我再说说我们企业,早期因为跟大家同步,所以我们去做。第一点做得最对的是抓住了中国的新能源核心终端企业,跟着他们一起把我们第一代产品做出来了。
我从广汽来到这儿之后,觉得这是非常好的资产。中国有非常多的投资人在投碳化硅的产业,但是就有点像很多年前的新势力造车,七八十家企业,大家也不知道谁跑得出来。早期碳化硅也是一样的,非常多,几十家企业在市场上,大家也不知道谁跑得出来。
2021年芯联动力开始研发,2023年开始正式量产,第一个真正把碳化硅做到车里去。这么好的资产一定要剥离出来,需要让中国的终端能够去参与它的成长,彼此一起成长,这是当时早期的思考。
2023年10月份,我们做了上市公司分拆动作,决定让芯联动力独立运作,发起人股东就有上汽、小鹏、宁德时代、阳光电源、博源基金等,就把真正要用的企业、需要一同成长的伙伴都拉在一起了。
从那时候只有2000片/月的产能,到现在已经有7000片/月,很稳定地生产了。一片晶圆大概能产生300颗碳化硅芯片,一台车上面大概用36颗。一片晶圆有可能可以给10台车去供应,7000片就是7万台车。今年我们预计能有接近100万台中国的新能源车在装我们的碳化硅芯片,芯片收入大概能超过10个亿,我们还会做碳化硅模块,可能会出现3亿多的收入,加起来可能会超过10几个亿的收入。
我们晶圆的产能正在向1万片/月去做,2025年做到3万片/月,最终2027年一个月做到6万片,6万片就是全年能有70多万颗芯片,能提供给700万台车,预计那时候15万元以上或者20万元以上的车都在装碳化硅,可能我们6万片/月就能占到全球接近30%的市场占有率,这是芯联动力远期的规划。
为什么能想去做到这个事儿?我觉得很重要的一点,是技术的创新也离不开资本的加持。确实我们做到了,很多我们的股东也是我们的计算机显示终端,和我们一起,不只是打磨今天的产品,还得打磨下一代产品,真的跟着中国的终端一起去走。
这是我觉得我们中国做半导体的企业,尤其是在新能源汽车上面,会跟其他全球前十名的企业去比,最大的优势就是能跟着终端,真正把研发放在这儿,能理解我们的终端,能跟着我们终端一起做研发。
2021年做出来之后,我们用了三年的时间迭代了三代的产品。到2023年我们第1.7代的产品,和英飞凌、安森美、罗姆在一个技术水平线上。与此同时,我们的良率现在达到了85%,远高于国际上的同行,所以用碳化硅上车这个事儿,产品已经做到技术上跟全球在一个水平线上,良率达到了全球最好的水平,一个月7千片产能也是全亚洲最大的。我们在碳化硅这个事上面实际做到了不落后于其他人,而是在同一代的水平上。
已经有了这么多的量产客户和这么多的定点客户,我们在这里放了一个钻石(PPT上画了钻石图案),是啥意思?比如最早的alpha客户是和比亚迪去做,它可能会提了一些要求,到小鹏和蔚来又会提出要求,就像不断在打磨你的产品。
你跟着所有中国的企业,因为大家都在做电驱电控,都在自主做研发,国内有阳光电动力、联电,有独立第三方也在做,他们每个人都跟你提不同的要求,需要满足每个人的要求才能定点、量产,所以就不间断地积累自己的数据,不断在被打磨,这是我们今天能达到的效果。
关于降本,我们有很多方法,第一是芯片技术不断去突破,第二还是6英寸转向8英寸。碳化硅大家都知道,今天所有人都在6英寸上量产,只有科锐(Cree)可能有条8英寸的线,但良率也不是非常高。
6英寸提升到8英寸,晶圆面积和芯片的产出量多了接近2倍,这对于降本很重要,所以我们后面要做8英寸。因为国际友商都在做整个产业链的,所以我们还需要在整个碳化硅的产业链上面去做降本。
技术上面,可能从现在平面结构变成沟槽的结构,线%,可能它的应用就会更广。与此同时,又有国内一家头部的Tier1说,你不能只有硅基的IGBT,也不能只有碳化硅,可能在某一个功率段或者某一个汽车的价格段会有混碳的模块,特斯拉也提了这样的一个东西。所以我们后面又做了创新的方案,就是混碳的方案,三分之一碳化硅,三分之二的IGBT。
最后想讲一下,芯联集成是一家什么样的企业?芯联集成以前叫中芯绍兴,2018年之前它是中芯国际的一个特色工艺的事业部。
2018年我们剥离出来的时候,跟中国绝大部分的晶圆厂做消费品不一样,剥离出来那一刻就做新能源汽车芯片,这6年间总共投了差不多400亿元,建成了国内第四大的晶圆厂,月产24万片硅基8英寸晶圆以及40万套给风光储和新能源主驱供的模块。
我们收入的占比当中,新能源汽车占50%,工控占30%,消费占20%,今天的芯片80%已经供给了中国的新能源汽车行业,这是中国唯一一个工厂,跟欧洲工厂、日本工厂比较相似的是,大部分的产品不在消费电子,而是在新能源汽车。产品的方向有功率器件、模拟芯片、MCU控制器,也在做信号链,连接芯片等。
通过年报也能看到,我们公司一直说自己是技术驱动的企业。每年大概25%-35%的出售的收益是投在研发上面的,每年会进入到一个新的领域。2017年,我们从中芯国际剥离出来时,只有传感器业务,后来进入硅基功率器件,再进到模组,到高压IC,再到碳化硅。
2022年我们开始量产激光雷达,所以中国好多激光雷达公司也在我们这边量产。我们每年进入一个新的领域,每进入一个新的领域之后,花2年到3年时间就能做到这样的领域国际上一流的水平。
我们看一张全局图,把一个汽车1千多颗芯片的品类打开,然后看看芯联集成能在这当中从最早只能做传感器,到后面能做功率器件,再后面高压模拟IC出来之后,就模拟通信和控制类也能做了。今天一台新能源智能汽车1千多颗芯片,芯联集成能做当中超过70%的品类。
IGBT是我们最早的产品,我们第四代+的产品,跟英飞凌的EDT3是在一条水平线上,甚至在国内比英飞凌大规模量产早2个多月。BCD平台,我们用三年时间投了100多个亿,搭建了一个完整的高压模拟平台。这里面能够完全满足车的很多、很多产品,包括了我们说的区域控制器,通信芯片、模拟芯片、电源芯片,所以在所有品类当中我们大概能做到车的70%。
刚刚的碳化硅产品都是国际上已经有企业做得很成功了,我们因为跟中国的终端在一起,用更快的速度追上了国际上的水平。但回过头来,我们也在思考,除了碳化硅是一个点,我们还有无另外的的点,在汽车芯片当中可以去做长板?
我们举几个例子,一个是车的节点控制器。车往智能化去走之后,我们大家都知道从分布式的结构往域控制器,再往中央算力中心去走,后面的末端变成了ECU,变成了节点控制器。
我们第一个方案是跟国内南方一家比较领先的车企合作,把它的末端控制器ECU,从400多颗芯片、200多个品类做集成芯片,用4个品类就代替了原来100多个料号,所以整车的控制节点,直接把这个企业在车身上的节点控制器的芯片成本降低了40%。
这个电机是座椅上面的,车灯也是跟国内头部Tier1合作,也是把电机上面很多小芯片变成了一颗芯片,把车灯后面那个板子变成一颗芯片,这个也是跟国内比较领先的Tier1合作,直接把它的电机控制和车灯的氛围灯成本降低了60%。
碳化硅是应用为牵引,这些是相同的,以应用为牵引,以应用为出发点,一起去理解系统、理解应用,去做集成芯片,去做长板。
所以最后用一张图去总结,最下面是24万片/月的生产能力,全部是车规级,所有的认证都有。工艺平台当中有数字的、存储的、BCD的、功率的,在上面所有芯片设计IP也都有,再上面我们会自己和联合生态圈伙伴一起去开发产品,后面就是做产品组合,以我们理解系统做产品组合。
最上面是中国80%新能源客户,80%的风光储客户,都是我们的客户,今天再提1.0时代是国产替代,但现在很多领先企业在提2.0时代,就是怎么样以应用为牵引去做长板,整个公司形成了一个很好的循环体系。
本来我想说“卷”,但是贾可老师说不要用这个词,我就用了“强”。所以我觉得中国也要在半导体领域去做强,你得有抓手,在新能源集成的抓手是碳化硅,因为我有了碳化硅的抓手,所以我可以把它剥离出来,用资本的纽带把很多下游的客户,跟我形成一个很紧密的绑定。
当形成一个很紧密的绑定的时候,有了这个股权纽带的绑定之后,我就可以跟这些下游客户一起思考,下一代芯片怎么去开发,下一代芯片可能长啥样子,怎么样用技术创新的方法去降成本。
所以最后总结的话是,我们肯定要以应用为牵引,因为整个新能源的应用,和从车到零部件都在中国,怎样真正以应用为牵引做长板,我们别去卷价格,一定要用技术创新去做降本。
大家都有很大的成本压力,你去跟供应商谈10个百分点的降价是毫无意义的,一定要用颠覆式的方法,用技术创新看看能不能做成30%、40%、50%的降本。最后是卷出全球竞争力,上午贾可老师说完这个词不好之后,现在就改了一个字,改成“强出全球竞争力”,谢谢大家!