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中国家电造芯记:打造自己的神经中枢系统 防患于未然
发布日期:2022-05-12     文章来源:中国家电网

近年来,“中国芯片卡脖子”问题受到全民关注,除了处于舆论旋涡中的手机通讯行业,其他诸如汽车、家电等行业也纷纷上马自己的“造芯”项目。以家电业为例,包括美的、海尔、格力、海信、格兰仕、TCL、康佳等在内的企业均发布了自己的“芯片半导体”规划,那么家电行业的“造芯”运动与手机造芯有什么区别,家电企业“造芯”的前景如何,带着这些疑问,我们开启了探索之旅。

 

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家电的“神经系统”

 

 

 

 

 

 

 


如果将家电比作一个有机的生命体,那么钢材、塑料等组成了家电的外骨骼,电机、压缩机等类似于心脏,制冷剂、连接器件等则犹如产品的血液和结缔组织,而要将所有部分联通运行起来还需要赋予产品一幅“神经网络”,而芯片与半导体元器件承担起这一角色。

 

以空调为例,当我们接通电源,手握遥控器发出指令时,一连串的奇妙反应便在空调内部发生了。当我们按下某个按键,遥控器内的线路板便接收到信号,通过电源管理模块“告知”室内机控制电路“你应该怎样做”,室内机的处理运算系统接收信号,激活传感模块去“感受”室内环境的温湿度并反馈给运算处理系统,得到“结论”的运算处理器将信息传导至风机电路,风机内的运行处理模块同样会对接收到的信息进行“解读”再传导给室外机的控制电路,同样的信号接收、运行处理过程在室外机的电源、电机和压缩机系统内上演,关于空调制冷/制热等指令完成。这一整套流程循环往复,让空调得以“生生不息”地运行。

 

在这一过程中,信号或信息的采集、感知与运算处理,便是由众多芯片和半导体元器件完成的。譬如,电源管理芯片(PMI)由众多模拟混合集成电路组成,它可以对电能的变换、分配、检测等进行管理,诸如交/直流电转换、电压调制、显示面板驱动、电池充电管理等均需PMI模块参与。

 

再如MCU芯片,它相当于家电的“大脑”,对应功能近似于电脑CPU,只是运算能力和功能相对简单;MCU承载了家电整体信息的集成与处理,存储等功能。在传统非智能家电产品上,一般搭配4位或8位MCU芯片即可,但是随着家电智能化的演进,32位的MCU已经开始加速运用于智能家居、智能家电产品上,可以满足设备的基础智能需求。根据艾睿电子相关数据显示,2019年中国大白电产品中,搭载8位MCU芯片的产品占比约为56%,搭载16位MCU芯片的占比约19%,搭载32位MCU芯片的产品占比约为21%。而代表更高算力的64位MCU芯片也已经出现,在运算效能上,该阶MCU芯片已经接近64位的电脑CPU。

 

除了PMI等电源芯片和MCU主控芯片外,家电产品内还存在大量传感器件,他们类似于神经元细胞,负责“搜集”诸如温度、湿度、质量、电磁、电阻、洁净度、转速、气味颗粒、位移等等信息因子,以咨处理器“参考”。此外,随着家电与外界“交互”需求的增加,WIFI、蓝牙等通信芯片也开始广泛运用于家电产品中。

 

华西证券调研显示,为了实现家电的变频功能,一款普通的变频冰、洗、空产品需要运用2-3颗PMI模块,而随着产品功能的升级,一款高端变频冰箱需要运用5组或以上PMI芯片。同理,家电智能化的升级,也在呼唤更高算力的MCU芯片和更高精度的传感元器件。

 

据家电业内人士介绍,传统上一颗普通的PMI芯片成本价约在1元,一颗MCU芯片成本价约为2元,传统白电产品中,芯片成本对于整机成本占比一般不超5%。但随着家电变频化、智能化发展,一款智能变频家电中整机芯片的成本逐渐提升到10%-15%,且该成本还会随产品性能需求的升级同步增加。

 

对于家电用芯片需求的提升是现实的一面,国产配套的不完善则是另一面,据中国科学院微电子研究所主任王云透露,2019年中国家电用芯片市场规模约为500亿元,而行业本土配套率仅为5%,国内家电用芯片短板亟需补齐。

 

目前,国内行业存在一些专业家电用芯片公司,诸如专注电源管理芯片的芯朋微,专注功率模块的华润微电子、闻泰科技等,专注主控芯片的华大半导体、中颖电子等,但在市场份额占比方面,国产品牌仍远落后于海外品牌。以PMI芯片为例,2019年中国电源芯片市场份额的96%均被海外品牌占据,同样在MCU芯片上,也是瑞萨、英飞凌、飞思卡尔等国外品牌占据绝对主导地位。

 

目前,中国冰、洗、空三大白电产品的合计年产能超3亿台,约占全球产能的70%,中国家电市场整体规模超万亿,两相比照,家电芯片国产替代的市场潜力巨大。同时,芯片国产替代在关键时刻能够维护我国家电供应链的稳定,并提升中国家电产品在全球价值链分工体系中的地位,这一点在贸易战和疫情期间已经得到充分验证。

 

 

 

 

 

 

 

“造芯”充满未知数

 

 

 

 

 

 

 


现在,中国家电企业“造芯”的干劲十足,但“造芯”前景还存在诸多未知数。

 

以美的为例,作为综合白电制造企业,美的应用的PMI模块也曾主要依赖进口,随着2018中美贸易战的打响,美的方面成立了项目组,启动PMI产业化研究,并于2019年宣布实现了PMI模块的自主可控。同样,在MCU芯片上,为了防止被国外“卡脖子”,美的于2018年成立了上海美仁半导体公司,并于2021年实现量产1000万颗的目标。另外,2021年美的还成立了美恳半导体技术有限公司,主要经营集成电路芯片的产品制造和销售。未来,美的方面表示,除满足家电产品使用需求外,公司还计划覆盖工业、车规、医疗等更广泛级别的芯片研发与制造,2024年美的预计可实现新能源汽车水泵控制用芯片的量产。

 

不过,即使有配套产业的托底和雄厚的资金链,美的方面依然表示,从研发门槛而言,芯片从设计到制造需要高成本、长时间,而未来生产销量的多少,尚属未知数;布局芯片,即使是相对技术门槛较低的家电用芯片,对企业而言也意味着人才、技术上的长期投入。

 

事实上,芯片从研发到制造,绝对是一个“烧钱”的过程,尽管很多家电企业宣布投入“100亿”、“500亿”做芯片,但相比于专业芯片研发生产企业而言,这些投入仍略显不足。

 

以全球专业半导体公司为例,2020年全球半导体TOP6品牌分别为英特尔,三星,博通,高通,英伟达,台积电,联发科,其中英特尔当年研发投入129亿美元(约合人民币820亿元),联发科研发投入约178亿元人民币。再看中国互联网科技企业的研发投入,2020年华为总体研发投入是1418亿元,中兴整体研发投入147亿元,小米是93亿元,当然这是企业整体的研发投入,不仅限于芯片研发。而当年,家电企业的整体研发投入中,美的为101亿元,海尔为72亿元,TCL 65亿元,格力62亿元,而长虹、创维、海信、康佳等企业的研发投入均低于20亿元。

 

即使家电用芯片整体技术难度相对手机、汽车用芯片要低很多,但要想将芯片做好,做成高端品质,其自研投入也将是一笔惊人的费用。事实上,有半导体从业者认为,家电企业自研芯片可能不是为了赚钱,而是为了防止“卡脖子”、“芯片荒”,事实上不少家电企业宣布自研芯片规划的时间点恰是2018年前后——美国宣布制裁中兴、华为等中国企业,发动对中贸易战。

 

当然,家电企业自研芯片也并非全无优势,该半导体从业人士认为家电企业增设芯片自研项目后,一定程度上能够跳过芯片设计厂商直接与晶圆厂对接,并同封测厂打交道,缩短产品供应周期和节点,有一定的垂直供应链保障生产连续进行。而对于美的、格力等有志于进入新能源车或工控赛道的企业,研发人员、技术等的协同和迁移也有助于分摊芯片自研的投入。

 

王云建议说,单就家电用芯片而言,整体产值较低,家电企业的此类投资会具有一定风险,因而相比于企业“单打独斗”的孤勇闯关,他更鼓励家电企业选择与其他专业芯片研发制造企业进行跨界合作,在发展中解决出现的问题,“切忌只想另起炉灶,重返当年运动式、间歇式攻关的错误”。

 

对于家电企业进军芯片制造,不少网友也发表了自己的看法,如有网友认为,“家电用MCU不用很高的制程,国产制造封装也没有问题,看现在汽车用MCU缺货厉害,如果有自研的MCU,就不至于减产停产了,所以具备一定的芯片自研能力,还是很有必要的。”还有网友认为,“有开始总是好事,现在没有研发能力可以培育,不然怎么搞好相关产业?东芝、索尼、三星都培育出了自身的研发能力,他们发展芯片也成功了,中国传统家电厂商可以借鉴。”

 

家电产业造芯风向已起,这一次我们也期待它能够从“小旋风”发展成横跨整个产业的“大气旋”。

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