前文是：1、车载SoC芯片基本介绍
2、车载SoC芯片产业链分析
2.1 产业链结构图
车载SoC芯片的整个产业链可梳理为：
- 上游：IP核授权和EDA软件等设计工具厂商、半导体材料以及设备厂商
- 中游：芯片设计、晶圆制造以及封装测试厂商
- 下游：Tier1和主机厂
车载SOC芯片产业链结构示意图
2.2 上游产业分析
芯片设计企业的上游主要包括：IP核授权和EDA软件等设计工具厂商，这些设计工具厂商能够赋能芯片设计厂商，助力其加快芯片的开发周期和上市时间；晶圆制造和封测企业的上游主要包括：EDA软件、半导体材料以及半导体设备厂商。
2.2.1 芯片IP
1）什么是芯片IP
芯片 IP 是由专门的公司针对特定功能需求而开发的、标准的芯片功能模块，特点是经过验证的、成熟可靠的、可重复使用的标准化产品。它的作用在于能够帮助芯片设计公司提升设计效率，缩短开发周期，同时还能降低设计风险、设计成本和开发难度。
一款SoC芯片的内部通常都是由不同的功能模块构成。高重复度使用的功能模块就会被设计成标准的“积木”模块 - 芯片IP。这样，芯片设计公司在做SoC芯片设计的时候，对于一些高度标准化的功能模块，可以通过IP授权的方式，直接购买一些现成的、合适的“积木”模块进行组合设计。
2）芯片IP的分类
在做车载SoC芯片设计的时候，芯片设计公司会根据不同的系统规格和应用场景，采用不同类型的IP进行组合设计。通常情况下，汽车芯片IP可划分为处理器IP、存储IP、接口IP和安全IP：
- 处理器IP：CPU、GPU、DSP、ISP、NPU等IP。
- 存储IP：包括片外存储DRAM（外存-动态随机存储器）和片上存储SRAM（内存-静态随机存储器）两类。比如，DRAM包括DDR、LPDDR、GDDR等。
- 接口IP：包括高速外设接口（例如PCIE，HBI等接口）、面向特定应用需求的总线接口（例如MIPI、HDMI、以太网等接口）。
- 安全IP：包括硬件信任根（Hardware Root of Trust）、安全引导和访问控制（Secure boot & access control ）、V2X安全身份认证（ Secure identification &authentication）等。
车载SOC芯片架构示意图
3）芯片IP市场现状
当前全球核心IP主要由ARM、Synopsys，Cadence提供，行业集中度较高。现阶段，我国车载SoC芯片在设计研发过程中所用的IP也大都从国外购买。主要原因在于国内IP厂商发展较晚，IP资源池不够丰富且缺乏生态体系。
采用国际头部企业的芯片IP的好处在于产品成熟，可靠性好。但问题在于这些IP的授权费用较高。并且，从长远来看，这种模式也会对我国国产芯片的自主和安全产生潜在的风险，因此推进关键IP的国产化是一条必须要走，并且迫在眉睫的路。
芯片IP类型及特点（信息来源：公开资料整理）
2.2.2 EDA工具
1）EDA定义与分类
EDA（Electronic Design Automation），即电子设计自动化，是指以计算机为工具，设计者通过设计软件来完成集成电路的功能设计、综合、验证、物理设计（包括布局、布线、版图、设计规则检查等）等流程的设计方式。EDA工具的应用贯穿芯片设计、制造、封装和测试的全部环节。
按照使用对象和场景的不同，可将EDA工具分为模拟设计类、数字设计类、晶圆制造类、封装类和系统类五大类别。
EDA工具的分类(信息来源：华大九天，概伦电子，公开资料整理)
2）EDA工具市场现状
目前Synopsys、Cadence、Siemens三家企业在全球EDA工具市场占据垄断地位。据集微数据咨询数据显示，在2022年，这三家公司占据全球EDA市场近八成的份额。
从国内市场来看，排在第一位的是Cadence，市场占比29%；其次是Synopsys，占比为28%；第三位是Siemens，占比为16%。三家国际巨头共占国内市场70%以上的份额，头部优势明显。国产EDA厂商华大九天在国内市场排名第四位，市占率约为7%。虽然EDA国产化进展不错，但受制于海外EDA头部企业的深厚技术、经验积累等优势，国产EDA厂商依旧面临技术、人才、用户协同等不同方面的挑战。
2022年中国EDA行业市场格局(信息来源：集微咨询)
国外三巨头的优势在于能提供完整的EDA工具，覆盖从前端设计、后端设计、仿真/验证直到流片的整套产品，形成了设计闭环。
国内众多的EDA公司仍然以点工具产品为主，但同时也在点工具基础上往全链条工具方向拓展。目前，国内EDA公司布局验证工具者较多，设计全工具链企业较少。
与国际EDA巨头相比，国内EDA厂商在产品系统性、技术先进性等方面仍存在一定差距。因此，国内EDA企业需要坚持自主创新，持续提升自身在某单点细分领域的优势，进而不断由点及面地拓展产品线，循序渐进，不断拉近与头部企业的差距。
2.2.3 半导体原材料
按照原材料的使用场景，半导体原材料可以分为晶圆制造材料和封装材料。其中晶圆制造材料包括硅片、光掩模版、光刻胶、电子特气、溅射靶材、CMP抛光材料等；封装材料包括封装基板、键合丝、芯片粘结材料、包封材料等。
半导体原材料（信息来源：公开资料整理）
2.2.4 半导体设备
参考芯片生产制造的整个流程，半导体设备可以对应划分为制造设备（前道设备）和封测设备（后道设备）两类。其中，前道设备主要使用于晶圆制造环节，包括光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜沉积设备、CMP 设备、清洗设备等；后道设备主要用于封装和测试环节，包括在封装环节使用的减薄机、划片机、贴片机、引线键合机等设备，以及在测试环节使用的测试机、探针台、分选机等设备。
芯片制造过程中所涉及的工艺流程（图片来源：网络）
芯片制造过程中所使用主要设备（信息来源：公开资料整理）
2.3 中游产业分析
车载SoC芯片中游产业包括芯片设计、芯片制造和封装测试三个主要环节。其中，有部分企业进行了垂直整合，涉及到了所有的环节。也有些企业只是参与其中一个环节。根据所包含环节的不同，这些半导体企业的经营模式一般可分为垂直整合模式（IDM模式）、晶圆代工模式（Foundry模式）和无晶圆厂模式（Fabless模式）。
半导体行业三种经营模式特点对比（信息来源：公开资料整理）
2.3.1 芯片设计
车载SoC芯片设计通常包含以下几个流程：需求定义、系统级设计、前端设计和后端设计四大阶段。
1）需求定义
芯片产品部门结合应用场景、竞品分析、客户需求等多方面调研结果，进行市场需求分析，并输出MRD（市场需求文档），完成芯片的功能需求定义。
2）系统级设计
市场需求明确后，架构师团队会将市场需求转化为芯片的规格指标，即输出PRD（产品规格文档），详细描述这款芯片的功能、性能、尺寸、封装、应用等内容，进而完成芯片的产品定义。同时，架构师团队和算法团队会协同进行建模仿真，并输出芯片设计方案和芯片原型方案，然后移交设计团队。系统设计需要从功能、性能、成本、功耗、安全等角度出发进行全方位考量，确保芯片最终能实现各方面的平衡。
3）前端设计
在前端设计阶段，设计团队的工程师根据系统设计阶段确定的方案，针对各模块开展具体的电路设计，使用专门的硬件描述语言（Verilog或VHDL），对具体的数字电路实现进行RTL（Register Transfer Level）级别的代码描述。前端设计包括HDL编码、仿真验证、逻辑综合、静态时序分析、形式验证等环节。
前端设计涉及到的几个主要阶段（信息来源：公开资料整理）
4）后端设计
后端工程师拿到网表和约束文件后，先对电路进行布局（Floor plan）和绕线(Place and Route)，完成物理实现后，再对布线的物理版图进行功能和时序上的各种验证。验证不满足要求则需要重复之前的步骤，最终生成用于芯片生产的GDS II(Geometry Data Standard)版图。后端设计包括DFT （Design for Test 可测性设计）、单元布局规划 、时钟树综合、布线 、寄生参数提取、物理版图验证等流程。
后端设计涉及到的几个主要阶段（信息来源：公开资料整理）
2.3.2 晶圆制造
晶圆制造是把掩膜版上的电路图，通过多次重复运用光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、CMP（化学机械研磨）等工艺，最终将芯片设计公司设计好的电路图移植到晶圆上并实现预定的芯片功能。芯片制造又分为晶圆生产和晶圆加工两个环节。其中，晶圆生产是指将硅或其他半导体材料制成晶圆片（Wafer）的过程。晶圆加工是指在晶圆片上构建集成电路的过程。
芯片制造主要流程（信息来源：公开资料整理）
2.3.3芯片封测
在晶圆制造完成且通过晶圆代工厂的WAT（Wafer Acceptance Test，晶圆可接受测试）测试后则被送往封测厂。封测厂首先对晶圆进行CP测试（Chip Probing-针测，或称晶圆中测），CP 测试完成后进入封装环节。封装完成后的产品还需要进行终测 - FT测试（Final Test-成品测试），通过FT测试的产品才能对外出货。
三类重要测试（信息来源：公开资料整理）
芯片封装环节是指将晶圆上的晶粒（Die - 裸片）切割下来，并将其固定在封装基板上，同时将晶粒与封装基板上的电路连接起来，实现电路连通。然后再通过注塑成型工艺，在上面加一层保护壳，通过封装最后起到保护、支撑、连接、散热等作用。
封装环节的基本工艺流程包括：晶圆减薄、晶圆切割、芯片贴装、固化、芯片互连、注塑成型、去飞边毛刺、 上焊锡、 切筋成型、打码等。但因封装技术不同，工艺流程会存在差异。
在芯片封装测试中，封装环节价值占比约为80%-85%，测试环节价值占比约为15%-20%。做封装业务的企业一般同时拥有测试业务，其中，封装业务是核心业务，测试业务属于补充和辅助业务。随着芯片设计行业的迅速发展，产生了大量的测试业务需求，原来的封测一体化企业没有精力去覆盖到所有的需求，因此便催生了一些独立的第三方芯片测试公司。
根据 Frost & Sullivan 数据，中国大陆封测市场预计在2025年达将达到 3551.90 亿元的市场规模，占全球封测市场比重约为75.6%，其中，先进封装业务在中国大陆封测市场比重将达到 32.0%。
近些年，高通、联发科等知名芯片设计公司逐步将封装测试订单转向中国大陆企业，全球晶圆制造龙头企业也陆续在大陆建厂扩产，与此同时，国内芯片设计企业的规模也在逐步扩大。在此背景下，国内封装测试企业进入发展“快车道”。
2.4 下游产业分析
Tier1和车企属于芯片设计公司的下游客户。在以往的产业链模式中，整个供应链是线性的，芯片设计公司作为Tier2，与Tier1之间的接触和合作比较密切，与车企之间很少接触。现在很多车企却会主动找头部芯片公司进行交流和合作，共同调研用户需求，定制开发适合自身需求的芯片。这种合作模式既有利于提升车企自身的产品竞争力，也有利于保证芯片供应的稳定性。
2.4.1车企SoC芯片布局
目前主流车企纷纷布局车载SoC芯片赛道，不过，布局方式并不完全相同，甚至有的车企会同时兼顾使用多种模式。布局方式大致可以分为以下四种：自研、合资、战略投资和战略合作。
- 第1种模式：自研模式 - 车企采取Fabless模式 ，组建团队做芯片设计研发。
- 第2种模式：合资模式 - 主机厂与芯片公司成立合资公司，进行优势互补。
- 第3种模式：战略合作 - 主机厂通过与芯片厂商深度战略合作。主机厂提需求和架构，芯片厂商完成设计和开发。
- 第4种模式：战略投资 - 主机厂参股芯片公司，达成战略合作，形成更紧密的协作模式。
主流车企车载SoC芯片领域布局情况梳理（信息来源：公开资料整理）
2.4.2 车企SoC芯片自研
车载SoC芯片目前主要应用在智能座舱和智能驾驶两大领域。其中，自研智能驾驶SoC芯片的车企相对比较多，以特斯拉、蔚小理等新势力为代表。自研智能座舱SoC芯片的主机厂还比较少。那么车企自研车载SoC芯片的动机是什么呢？
1）满足定制化/差异化需求：对于打算全栈自研的车企来讲，自研芯片便可以自己定义芯片规格需求，甚至可以基于自己的算法架构来设计芯片架构，因此，这有利于更好地实现软硬件协同，使得硬件和软件达到一个最佳的适配度，进而帮助车企量身打造一款有别于竞争对手的高“性价比”产品，进而提升整车产品的竞争力。
2）提高对车载SoC芯片供应链的掌控度：尤其是在经历过疫情期间的芯片供应链风险后，车企对于关键核心芯片的供应链安全问题更加重视。自研SoC芯片在一定程度上能够帮助车企减少对供应商的依赖，提高芯片供应的稳定性。
那么，车企自研SoC芯片会面临的哪些挑战？
1）车规级芯片设计人才稀缺：自研芯片的前提就是要能够成功组建一支出色的芯片设计团队，自研团队不仅需要具备良好的硬件设计能力，还需较强的软件开发能力。只有设计出一套“好用”的软件栈，让硬件和软件充分耦合，才能挖掘出芯片的性能潜力。
2）资金投入大：在研发投入方面，据知名半导体技术研究机构相关统计结果显示，28nm芯片研发需要5130万美元，16nm芯片需要1亿美元，7nm芯片需要2.97亿美元，5nm芯片需要5.42亿美元，3nm芯片将接近10亿美元。现在应用在座舱或智驾的大算力SoC芯片至少都是7nm工艺起步，否则，很难跟市面上主流的SoC芯片进行同台竞争。
3）回报周期长：从时间维度来看，自研一款全新的芯片，从研发到量产，需要依次经历：产品需求定义、系统架构设计、前端设计、后端设计、流片与封测、车规可靠性认证、功能安全认证、量产等环节，至少需要3-5年的时间。并且，等到芯片可以量产上车时，它在市场上是否还有竞争力 —— 不管是价格，还是产品性能，都非常考验芯片团队的前瞻规划能力和设计开发能力。
4）成本上难获得优势：如果车企自家车型销量提不上来，芯片出货量不足，那就既不能均摊芯片研发带来的巨大成本，也很难从根本上解决芯片供应链问题。另外，即使把芯片团队拆分出来独立运营，该芯片团队由于跟股东车企存在“血缘关系”，也较难获得其它车企客户的订单。
作者：焉知汽车产业研究
来源：焉知汽车
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