比亚迪为啥被称为汽车界的华为?我们如何自研汽车芯片就知道了。

2022年时,中国第一季度车规级IGBT市场份额中,大部分都被外企占据,英飞凌以超过50%的市场份额成为中国在汽车IGBT市场里最大的供应商,在它后面只有一家比亚迪,其他都是外企:比如三菱电机、赛米控、富士电机等等,更关键的是它是唯一一家车企,也是中国唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企。

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要知道,IGBT被称为电力电子装置的“CPU”,它是电动车混动系统和电驱系统等关键部件的核心设备,直接影响着车辆电机的动力输出。

在整个新能源汽车上,需要用到几十上百颗的IGBT芯片,它们成本仅次于电池,可以占到新能源汽车的5-10%。

因此,它和动力电电池的电芯并称为新能源汽车的“双芯”,重要性就相当于在手机里的大型芯片。

但是这样的关键的设备却被外企长期垄断,中国车企想要购买必须要看他们的脸色才行,而且根本买不到,用汽车行业内的话说:“它不是价格多高的问题,而是根本买不到”。

你知道要中国车企要等多久才能有货吗?答案是起码半年以上。

像意法半导体、英飞凌等IGBT厂商的货期普遍在40-50周,部分甚至超过52周,也就是说,即便是你现在订货,等拿到货都是明年的事了。

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IGBT芯片成为新能源汽车领域为数不多的被外企占据主导位置甚至被垄断的技术,如果没有比亚迪等企业,我们新能源汽车想要快速取代美日德燃油车地位也几乎不可能。

那么IGBT到底是什么?比亚迪又是如何突破技术我们的IGBT行业到底是什么样的状况?我们能够摆脱这种卡脖子的局面吗?

一、神秘的IGBT芯片

IGBT的全称叫“绝缘栅双极型晶体管”,属于半导体的一种,它的名称虽然有些复杂,但是作用并不复杂,你可以把它当作一个“超级开关”,每秒开关速度高达上万次的那种,可以非常高效、稳定地将直流电转化成交流电。

比如,电池输出的是直流电,而驱动电机要用的却是交流电,这时候就需要用IGBT把电池输出的直流电,转化为电机用的交流电。

还有光伏电池板发出来的电是直流电,但是电网是以交流电为主,想要将光伏发的电并入主电网中,也需要用IGBT进行转化。

可以说有用到电流转化的地方,一般都需要它充当能源转换与传输的核心器件。

因此它的应用非常广泛,而且大部分都属于高端电子装备领域,小到变频家电、光伏、大到高铁、电网、航空航天等高端电子领域,它被称为电力电子装置的“CPU”是实至名归。

当然,也正因为它的重要性,所以国外也是长期对我国进行技术封锁。

二、IGBT芯片:被封锁的核心技术

2004年,中国从国外引进高铁技术,希望用市场换技术,在招投标时,德国西门子公司积极参与,但是在技术转让说明上,却明确地标注出几种无法转让的核心技术,其中就包含了传动和控制电驱动系统的IGBT。

参与技术引进的中国工程院院士、原中车株洲董事长丁荣军教授后来回忆说,“当时我看到这个很伤心,但反过来也激发了我们去努力的动力。”

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德国人之所以注明这样的条款,自然是有原因的。

IGBT是高铁牵引传动系统的核心部件,而牵引传动系统又是高铁的“心脏”。

要知道,德国西门子的高铁技术转让费总共也不过6亿元人民币,其中一个八列动车组的152个IGBT芯片成本就高达200万元,单个IGBT芯片超过上万元,现在一个IGBT也不过千元左右,两者差距十倍以上,这还没算上货币贬值的因素。

价格贵得让人心疼,但是你又不得不买,而且每次进货都得提前一年左右订货。

从2004年引进高铁列车开始,每年中国的高铁列车都需要进口约十万个IGBT模块,价值超过人民币12亿元。

德国西门子就是吃定我们没有IGBT技术,靠着垄断的优势,不仅要赚我们的技术转让费,更要赚后续的零部件费用。

那么,我们为什么会被IGBT卡住脖子?最直接的原因,就是我们起步得太晚。

IGBT芯片的起源,可以追溯到上个世纪70年代。

当时全球接连爆发了两次石油危机,石油资源不足导致西方国家陷入了严重的滞胀之中,西方各国都开始思考节能以及保证能源安全的问题。

替代石油的首要选择,无疑就是来源广泛、用途众多的电力了。

但是,当时电力设备中使用的能源转化器(MOS管)存在很大的缺陷,它不能承受较高的电压,工作时的电流也比较小,导致它无法用于大功率的电器上,使用场景非常有限。

为了解决这一问题,西方各国都开始在功率半导体领域加大投入。终于在1980年,美国通用电气公司的科学家B.贾扬·巴利加,发明了第一代IGBT芯片,成功的解决了MOS管存在的问题。

而在看到IGBT芯片的潜力之后,德国西门子、日本三菱、富士也都相继开始研制IGBT芯片,尤其是电力设备发达的德国,在这一方面的投入更大,取得的成就也更加辉煌。

1988年,德国西门子研制出其第一代IGBT芯片;接着在1990年,又推出了第二代的改进型的IGBT;到1999年,西门子拆分了旗下半导体部门,成立了一家独立的新公司,也就是后来垄断IGBT行业二十多年之久的英飞凌。

在引进高铁的2004年,英飞凌的IGBT芯片已经发展了二十多年,产品已经更新到了第六代,而国内却还没有任何一家生产IGBT芯片的企业,中间的差距大得难以想象。

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所以,德国西门子在转让高铁技术时,其实就已经打定算盘,在IGBT芯片上,这笔学费我们是交定了,而且随着计算机和各种信息科技的发展,IGBT的更新迭代越来越快,应用范围也越来越广。

中国开始逐渐认识到IGBT的重要性。

2006年起,国家开始大力扶持IGBT产业的发展,在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中,将IGBT列为15个重点技术之一。

之后,又划出专项资金用于支持IGBT产业的发展,在政策鼓励和引导下,一批中国企业开始尝试进军IGBT产业,打破西方国家的垄断。

这其中成绩最为亮眼的企业有两家,一家是国企——中车株洲,专注在高铁设备的研究,还有一家就是比亚迪

三、比亚迪IGBT芯片:在质疑中残存

2003年,王传福收购秦川汽车正式进军汽车市场。

比亚迪是做电池起家的,在进入汽车领域之后,就一直想要将电池与汽车结合起来,发展新能源汽车。

在初步的尝试中,比亚迪就遇到非常尴尬的问题。

当时的电动车在还属于新兴产业,全球相关的企业都很少,没有几家企业能生产配套的设备,因此比亚迪必须从头开始研究,再加上比亚迪当时的体量非常小,并不被市场看好,自然也没有人愿意配合比亚迪搞电动车的配套。

于是他们被迫自己研发三电、自己搞整车设备,甚至连汽车的模具都得自己造,逐渐走上自研核心设备的道路,俗称:垂直整合战略

其中在研究三电时,比亚迪发现电力从电池到电机的过程中,IGBT芯片是绕不开的关键环节,但是当时市面上都是工业IGBT芯片,没有电动车配套的IGBT给比亚迪用,而且这东西特别贵,大量采购会影响整车的价格,所以他们就想着能不能也自己搞一下。

2005年时,比亚迪第六事业部就成立了IGBT部门,专门组装和自研IGBT芯片,属于国内最早进军IGBT领域的企业之一。

IGBT也属于芯片的一种,因此它也需要EDA设计软件、需要流片、制造等,自己造的难度非常高。

比亚迪又是刚刚从电池领域跨界生产汽车,在半导体领域没有任何的基础,因此比亚迪初期的自研并不顺利,只能从代工并且购买其他企业生产的IGBT进行研发,而代工对象就是英飞凌的IGBT芯片。

不过在代工一段时间后,比亚迪发现英飞凌很多技术都是保密的,仅仅通过代工并不能真正掌握IGBT芯片设计和研发技术,最终沦为外国公司血汗工厂。

在2008年,比亚迪的董事长王传福决定赌把大的,他从有限的资金中挤出1.7亿元,收购了宁波中纬半导体公司。

中纬前身是台积电的一家被淘汰的工厂,主要做芯片代工业务,因为资金不足、产线老化等问题,已经陷入严重的亏损,就连当地政府都不愿意接受这个烂摊子。

而王传福却看中他们的半导体设计能力和研发团队,于是比亚迪这才斥巨资收购这家企业。

这笔交易就像当初比亚迪收购秦川汽车一样,被大众看衰,很多人把他们当作冤大头,因为当时的中国在IGBT上确实与国外差距太大,几乎没有任何突围的可能。

比亚迪顶住了外界的压力,不惜顶着亏损砍掉了不少中纬半导体原本的代工业务,把整个公司完全整合进比亚迪的产业链中,专门从事IGBT等车用半导体的研制。

2009年,比亚迪推出了自主研制的“IGBT 1.0”芯片,一举打破了西方国家在IGBT车载芯片领域的垄断,实现了从0到1的突破。

然而这是一次叫好不叫座的技术蜕变,因为IGBT 1.0就是第一代半导体技术,早就被西方给淘汰了,比亚迪自己的汽车也没办法大量应用这个芯片,只能作为技术储备。

好不容易研发出来的东西无法使用,很多等着看笑话的人就更开心了,于是他们更加看衰比亚迪半导体业务,各种“比亚迪将要亏损20亿”的传言满天飞,比亚迪的股价也因此大跌。

这种看衰中国芯片其实是当时社会的缩影,华为当初成立芯片业务也被很多人看衰,芯片作为高端设备的核心部件,难度自然很高,但更多的是他们打心里就没觉得中国制造业能够成功超越欧美。

但是他们却忘记了不管是华为还是比亚迪,他们都不是单独做芯片去与欧美竞争,而是将它当作主营业务的一个垂直战略,盈利都是次要的,未来才是他们看重的。

比亚迪IGBT也是如此,他们并不需要半导体业务盈利,比亚迪需要的是解决IGBT这个核心设备配套问题,就像秦川汽车一样,只要能支撑起比亚迪的电动车战略,那么它就是一笔成功交易。

因此,在这之后,比亚迪并没有放弃IGBT的研发,反而不断地更新迭代,在之后的几年时间里陆续推出IGBT 2.0以及IGBT 2.5芯片,比亚迪半导体业务距离成功只差一个契机。

四、比亚迪IGBT:多年蛰伏,终于一飞冲天

2014年,比亚迪终于等到一飞冲天的机会。

这一年国家出台了对新能源汽车的补贴政策,新能源汽车正式成为中国汽车重点发展方向。

IGBT芯片作为电动车核心器件自然也受到各大企业的关注,西方很多IGBT巨头开始研发相关的配套。

而比亚迪筹备了多年IGBT芯片一下子备胎转正,无缝衔接比亚迪新能源汽车垂直供应链的战略,他们研发的第二代和第三代IGBT也被大量用在比亚迪的汽车上,据统计截至2020年时,比亚迪就有超过100万车辆应用了这两代产品。

想想看如果没有当初对于IGBT的坚持,比亚迪汽车还能这么强吗?答案当然是否定的,因为比亚迪核心三电、混动技术都离不开这玩意。

但这还不是比亚迪最大的成果。

随着比亚迪新能源汽车销量的暴涨,比亚迪的IGBT技术也随之飞速发展,2018年,比亚迪推出了“IGBT 4.0”芯片,不仅达到了国外同一阶段IGBT的主流性能水平,在部分性能指标上还实现了反超。

其电流输出能力较当时市场主流的IGBT高15%,温度循环寿命更是相当于其他市场主流IGBT的10倍以上。

而反过来,IGBT技术水平的提高,又帮助比亚迪的新能源汽车技术提升,不仅做到了输出功率更大、可靠性更好,并且成本要比其他同行更低。

比亚迪电车的性能越好,卖得就越多,也就有越多的钱和数据改进升级IGBT芯片。2021年,比亚迪推出了“IGBT 5.0”产品,性能指标不仅追上甚至超过了国际先进水平。

比亚迪IGBT 的中国市场份额也一跃上升到第二,仅次于英飞凌,至今已经连续三年保持这种成绩。

2020年-2022年,在全球爆发缺芯浪潮中,各家汽车行业巨头都曾因为缺少汽车芯片被迫减产,或者被迫提高售价。

尤其是2022年,全球因为缺芯减产了约450万辆汽车,丰田、本田、通用等等汽车巨头,普遍减产10%左右,而比亚迪却逆势上扬,新能源汽车年产量达到了1877034辆,同比增长209.17%。

比亚迪多年的坚持,终于得到大众的认可。

其实在这中间比亚迪战略也发生转变,他们不再执着于垂直战略,而是选择开放汽车供应链,并且将电池、半导体等业务拆分,让他们自己独立发展。

这个转变有两种原因。

一个是因为垂直战略是时代的需求,比亚迪为了把控新能源汽车产业链,只能自己单干,但是现在新能源汽车产业链已经成熟,比亚迪汽车业务有了众多的选择,垂直战略就不再是最佳的选择了 。

另外一个原因是整个集团战略考虑

比亚迪集团的业务不只是汽车,还有手机、电池、半导体、轨道交通等业务,以前大部分业务都是为了电动车服务,这种模式初期很成功,它的确帮比亚迪确立了新能源汽车供应链的优势。

但到了后期反而会成为汽车的累赘,反正产品生产出来都给自己用,那么就不用担心市场竞争,没有竞争就没有技术更新迭代的压力,长久发展下去就容易产生惰性,拖累汽车业务。

有些人说比亚迪IGBT芯片名不副实的原因就在这里,没有接受市场的考验,那么它不是温室里的花朵,也是在成为花朵的路上。

因此将业务拆分,让供应链接受市场的考验,就成为比亚迪接下来的重点,比亚迪半导体业务也不再以IGBT芯片为主,而是将它扩大到整个汽车芯片,比如电池电芯、汽车智能芯片等等。

然而这种战略并不容易,因为IGBT芯片是一个高门槛的行业,很多车企习惯与一家企业进行深度合作,比亚迪想要抢夺市场难度不小。

其实,比亚迪半导体也不是高枕无忧,他们依然面临高端封锁的困境。

现今的EDA设计软件、生产线、生产设备等在不同程度上受到封锁,因此他们的产品想要跟上英飞凌等世界巨头的脚步,就需要比亚迪,乃至中国整个芯片行业付出更多的努力才行。

好了,我是熊猫,本期就到这里,我们下期见!