中国半导体节能技术白皮书

1中国半导体节能技术白皮书（2009年版--汽车电子芯片）目录一、汽车电子芯片在节能工作中的重要意义1.1汽车电子芯片产业发展前景1.2汽车电子芯片在设计、制造、应用中推动新能源汽车的发展二、汽车电子芯片产业现状2.1技术现状2.2产业现状2.3新能源汽车对汽车电子芯片及系统的新要求2.4存在问题三、今后规划发展设想3.1技术规划设想3.2产业规划设想四、中央及部分地方政府政策支持4.1中央政府的支持政策4.2部分地方政府的支持政策五、汽车电子芯片设计、制造及应用主要单位介绍5.1上海航盛实业有限公司5.2上海交通大学5.3上海先进半导体制造股份有限公司六、编撰专家单位一、汽车电子芯片在节能工作中的重要意义1.1汽车电子芯片产业发展前景全球汽车电子芯片市场需求规模2008年将达到245亿美元,比2003年增长一倍,远远超出同期半导体市场的平均增长速度。汽车电子芯片市场增长较快的原因主要有:一是人们对于汽车的安全性和舒适性要求越来越高,汽车电子芯片可以在提升这些功能方面发挥更大作用;二是全球性的能源短缺将促使汽车的燃油效率进一步提高,电子产品可望在其中大有可为，既能提高发动机的效率，又能降低排放;2三是汽车的80％创新来自汽车电子部分，机械传动、驱动转向要逐渐发展为电子传动,这会为汽车电子芯片带来广阔的发展空间，电子产品在整车中的比重会大幅度增加,也会成为未来汽车提高竞争力的关键。汽车电子保证了汽车的高效、节能、安全、舒适，汽车电子芯片则是汽车电子中最起关键作用的核心器件。2009年，国家出台了汽车产业振兴规划和多项利好政策，国内汽车产业迎来了一个重大的转机。汽车产业是我国国民经济重要的支柱产业，产业链长，关联度高，就业面广，消费拉动大，在国民经济和社会发展中发挥着重要作用。因此,进一步落实国务院有关保增长、扩内需，调结构的总体要求，稳定汽车消费，加快结构调整，增强自主创新能力，推动产业升级，对于涉及汽车电子芯片产业领域的设计、生产企业提出了新的、更高、更迫切的要求。1.2汽车电子芯片在设计、制造、应用中推动新能源汽车的发展新能源汽车的出现和投入应用，使得其内部的汽车电子系统不再仅仅停留于传统使命，尤其是车控系统，除了担负着基本的控制和安全任务外，更要担负进一步提高燃料和电池等新能源的利用率和经济性、监控废气排放情况等，其工作所面临的电磁干扰环境也变得日趋复杂。基于“汽车绿色化”目标，汽车电子芯片及其系统也必须要打破固有框架，围绕新能源汽车的应用需求，改进传统的设计方法和设计理念，推动新能源汽车和汽车电子芯片之间的共同发展。20世纪90年代以来，国外知名汽车公司均投入巨资开始进行包括混合动力汽车、燃料电池汽车、纯电动汽车实用车型的研制开发。采用了包括现代电子、精密机械、控制技术、新型材料甚至航天技术在内的各种高新技术，使样车的主要动力性指标达到了燃油汽车的水平。很多车型都显示出优良的环保与节能性能。我国汽车工业与国际先进水平相比在汽车电子控制技术方面的差距尤为显著，主要表现在缺乏自主知识产权的核心关键技术和产品。动力总成控制系统由发动机、电动机、电池、动力合成装置等组成，由多能源控制动力总成管理器进行集中管理。混合动力汽车将传统汽车与电动汽车的优势相结合，近些年来有了飞速的发展。作为混合动力汽车的关键技术之一，多能源动力总成控制系统担负着信号采集、驾驶员意图识别、能量分配和控制命令输出等重要功能，是整车控制策略实现的核心部件，其性能优劣直接影响着车辆的经济性和动力性。一般根据驾驶员操作和车辆状态等信息，决定合适的车辆工作模式(纯电动驱动、发动机3驱动或混合驱动等)，再在该模式下对系统各部件进行功率分配。国外著名汽车生产商如福特、丰田、本田和日产等公司已开发出应用于量产车型的控制系统。科技部“863”电动汽车专项已经投入大量的经费用于电动车关键技术的研发，包括整车自主开发（关键是多能源控制管理器，因为其它为传统技术）和燃料电池发动机、电机、电池等关键零部件的技术集成和创新，并取得了阶段性进展。通过采用仿真与整车调试结合的手段进行系统开发，国内科研机构已开发出拥有自主知识产权的多能源动力总成控制器和整车控制器产品，但是由于缺乏电控产品工程化开发的技术、能力和经验，缺乏有助于技术成果转化的产业化平台，很多研发成果无法进一步转变为可以批量应用的具有高质量、高性价比、良好的一致性、可靠性和耐久性的产品。混合动力电动汽车以其低排放、低油耗的优良特性，成为解决能源与城市环境问题最行之有效的车型之一。多能源动力总成控制器，是保证混合动力汽车低排放和低油耗的关键零部件，实现混合动力汽车关键零部件的产业化将极大的推动我国汽车工业的技术进步，还将大大降低汽车的有害排放，显著的改善环境，提高人民的健康水平。我们有理由确信发展混合动力汽车是保证国家能源安全，保证环境清洁的必然选择，那么混合动力多能源控制管理器的产业化也是实现我国混合动力汽车快速发展的必然需求。混合动力汽车采用了精湛的机电耦合技术和智能化的整车控制策略，从而实现整车的高性能，低能耗和低排放，其中多能源动力总成控制器是保证提高经济性和动力性的重要部件，一般一台混合动力汽车配备一套多能源动力总成控制器。目前日本、美国等多家汽车公司现已向市场推出各种混合动力汽车产品。从国内市场来看，国内还没有专门生产用于混合动力汽车整车控制器的生产厂家。由于经济的持续快速增长，城市规模不断扩大，汽车数量迅速增加。各大汽车厂商也在不断的研发甚至投产混合动力汽车，这对多能源动力总成控制器来说也是不小的市场。二、汽车电子芯片产业现状2.1技术现状汽车电子是20世纪70年代后期发展起来的汽车技术之一。随着信息技术的高速发展，汽车电子设备在汽车上的应用比例越来越大，汽车电子技术也逐渐成为汽车高新技术的特征之一，并已经成为汽车发展的技术支撑和汽车产品竞争力4的关键。汽车电子产品的开发和应用，成为电子信息技术改造传统产业的一大热点，不仅给汽车产业的发展壮大带来新的生机和活力，也会带动整个信息产业的发展。随着汽车市场的快速发展和汽车电子价值含量的迅速提高，我国汽车电子产业将形成巨大经济规模效应，成为支持汽车工业发展的相对独立的新兴支柱产业。汽车电子的发展将不仅颠覆人们对汽车产业的传统认识观念，而且会给我国经济的发展带来新的经济增长亮点，产生极大的经济效益。随着全球汽车工业的发展和汽车产品升级，汽车电子化进程不断加速。近几年，全球汽车电子类集成电路市场一直保持较快的增长态势，其年均复合增长率远远高于全球IC市场的平均增长率，被认为是集成电路芯片产业发展中最耀眼的增长点之一。目前汽车产品几乎每个部分都实现了电子化控制，通过大量配备汽车电子产品（传感器、控制电路和电子驱动电路），汽车产品的安全、稳定、环保等性能得到了极大的提高，汽车的舒适性和娱乐性也有了很明显的改善。从汽车成本角度来看，汽车电子产品在汽车成本中的比重不断增加，在欧、美、日等发达国家和地区，轿车产品中汽车电子产品成本比重已超过30%，而一些高档豪华轿车的汽车电子成本甚至超过了50%。其中涉及如点火电路、电子变速系统控制、转向和姿态控制、安全气囊控制等等，这些电子芯片直接关系到用户的人身安全，因此对可靠性要求极高。综观国内市场，目前有关汽车芯片产品都依赖于进口，已成为阻碍我国研发自主品牌汽车及零备件国产化的主要技术瓶颈，亟待取得突破。据赛迪顾问（CCID）的市场报告显示，应用在我国汽车车载电子和车身电子产品中的集成电路产品分别占总市场的41.0%和32.8%，而应用在动力控制、底盘与安全系统中的集成电路产品所占市场份额分别为16.5%和9.7%。近年来，在我国汽车电子产业飞速发展的形势下，我国汽车电子类集成电路市场也呈现高速增长态势。我国是一个汽车生产的大国，但在汽车电子设计、生产、国际市场的占有率方面远远落后于世界发达国家的水平，与我们的目前的国情也是很不相称的。关于上述的问题，我们从汽车电子的产业链角度来理解我国现在的技术状况。5首先从汽车电子系统模块供应商和整车厂商的终端应用角度来看，我国汽车电子控制技术起步较晚，基础薄弱，落后于汽车整车的发展，与国外差距较大；例如；汽油、柴油发动机的管理系统，动力传动综合控制系统，制动控制系统，电子动力转向控制系统，电子悬挂系统和安全气囊等。在整车大总成和控制网络技术方面更是由外资企业占据着市场和技术的决定权。以大学、科研院所、大型汽车企业为主已开发生产的产品，装车应用数量有限，汽车电子的总体技术属于汽车电子技术应用，汽车电子产品尚未形成自主知识产权。车载电子技术的部分产品有市场优势，因为车载电子装置是在汽车运行环境独立使用，它的性能好坏并不影响整车的发动机性能。例如，遥控中央门锁、车载电话、娱乐系统、GPS等。即使这样的车载电子系统，关键的芯片和信息共享技术仍需进口。在我国生产的合资品牌汽车电子产品也多是外方原配套厂商提供的，国内自主开发的汽车电子产品很少进入其配套体系。汽车电子产品（系统）整车分布图据资料显示，唯一进入我国汽车电子品牌市场份额排名前十的航盛集团，多数产品也以汽车音响、语音娱乐系统为主。即使这样，也是航盛集团努力坚持十几年的结果。和国际汽车电子供应商的完整整车体系支持相距甚远，比如国际知名车用电子厂商如Delphi（初期为GM关系企业）、Visteon（初期为Ford关系企产品概念产品技术/知识产权产品设计芯片生产技术/知识产权芯片制造芯片封装系统、模块整车厂商汽车电子芯片平台6业）、Denson（Toyota转投资企业）。随着我国汽车工业的飞速发展，汽车电子工业的发展也越来越受到关注，如何在跨国巨头公司的夹缝中寻求发展成为我国汽车电子工业未来几年所要解决的主要问题。其次，从工业链图上，设计企业承接从汽车电子产品应用到芯片的制造工艺桥梁作用，但是在国外公司往往是一个IDM的方式，可以充分利用研发的资源和空间，如国际知名的汽车电子芯片厂商飞思卡尔（Freescale），恩智浦（NXP），英飞凌（Infineon）及意法半导体（STM）通过与整车厂、系统厂商的密切合作，充分利用自己的设计和制造优势，占领国际，国内市场。国内的设计企业、设计公司本身处于残酷的同质竞争中，同时受制于芯片制造厂商的配合力度，对于质量和验证门槛要求较高的汽车电子芯片设计，往往望而却步，即使有个别企业从事一些汽车电子的销售和研制活动中，其产品也多限于非涉及汽车核心技术、技术门槛较低的产品类型，如汽车音响、防盗器、中控锁等。同时，其自主的知识产权的设计库和应用电路又非常少，而且大多用于消费类的产品中（3C产品）。尔后看芯片的制造端，我国已经突破在关键制造工艺和技术的限制，基本提供先进的制造技术。而且通过代工，已经有了一定的制造技术经验积累。国内较大的芯片制造商中芯国际（上海）在上海建成的12英寸芯片工厂现已开始试产。这条技术领先的生产线可生产90纳米及以下逻辑芯片，目前正处于产能提升阶段。中芯国际（上海）拥有的海外工程及技术人员达1000多人，其中500多人来自台湾，约300人来自美国和加拿大，约200人来自日本、韩国以及欧洲部分国家。另外，上海华虹NEC生产的逻辑芯片大多供国内市场销售。上海先进半导体制造股份有限公司（简称“上海先进”）1995年开始为国际大厂（IDM）的代工生产用于汽车安全气囊的汽车电子芯片。数年来，通过一系列的汽车电子芯片制造质量体系的考核认证，积累了很多模拟、功率半导体制造技术，产品应用广泛，包括引擎控制、娱乐、驱动、电压转换等领域，从目前芯片制造角度来看，可以实现组建国内汽车电子产业链的目标。比亚迪拥有IT和汽车两大产业群,在广东及北京等地拥有七个生产基地。2002年，比亚迪组建了比亚迪微电子，专门从事集成电路设计，目前已开发出多种产品，主要集中在手机领域，包括电源管理芯片、CMOSSensor、LCDdriver和触摸屏控制芯片等。2008年10月，比亚迪旗下深圳比亚迪有限公司宣布以近2亿元人民币收购了浙江一家半导体制造企业--宁波中纬，将整合汽车产业链、实现电动车商业化，也标志着公司已拥有电动汽车