中國(guó)家電造芯記：打造自己的神經(jīng)中樞系統(tǒng)，防患于未然

近年來(lái)，“中國(guó)芯片卡脖子”問(wèn)題受到全民關(guān)注，除了處于輿論旋渦中的手機(jī)通訊行業(yè)，其他諸如汽車、家電等行業(yè)也紛紛上馬自己的“造芯”項(xiàng)目。以家電業(yè)為例，包括美的、海爾、格力、海信、格蘭仕、TCL、康佳等在內(nèi)的企業(yè)均發(fā)布了自己的“芯片半導(dǎo)體”規(guī)劃，那么家電行業(yè)的“造芯”運(yùn)動(dòng)與手機(jī)造芯有什么區(qū)別，家電企業(yè)“造芯”的前景如何，帶著這些疑問(wèn)，我們開(kāi)啟了探索之旅。

家電的“神經(jīng)系統(tǒng)”

如果將家電比作一個(gè)有機(jī)的生命體，那么鋼材、塑料等組成了家電的外骨骼，電機(jī)、壓縮機(jī)等類似于心臟，制冷劑、連接器件等則猶如產(chǎn)品的血液和結(jié)締組織，而要將所有部分聯(lián)通運(yùn)行起來(lái)還需要賦予產(chǎn)品一幅“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，而芯片與半導(dǎo)體元器件承擔(dān)起這一角色。

以空調(diào)為例，當(dāng)我們接通電源，手握遙控器發(fā)出指令時(shí)，一連串的奇妙反應(yīng)便在空調(diào)內(nèi)部發(fā)生了。當(dāng)我們按下某個(gè)按鍵，遙控器內(nèi)的線路板便接收到信號(hào)，通過(guò)電源管理模塊“告知”室內(nèi)機(jī)控制電路“你應(yīng)該怎樣做”，室內(nèi)機(jī)的處理運(yùn)算系統(tǒng)接收信號(hào)，激活傳感模塊去“感受”室內(nèi)環(huán)境的溫濕度并反饋給運(yùn)算處理系統(tǒng)，得到“結(jié)論”的運(yùn)算處理器將信息傳導(dǎo)至風(fēng)機(jī)電路，風(fēng)機(jī)內(nèi)的運(yùn)行處理模塊同樣會(huì)對(duì)接收到的信息進(jìn)行“解讀”再傳導(dǎo)給室外機(jī)的控制電路，同樣的信號(hào)接收、運(yùn)行處理過(guò)程在室外機(jī)的電源、電機(jī)和壓縮機(jī)系統(tǒng)內(nèi)上演，關(guān)于空調(diào)制冷/制熱等指令完成。這一整套流程循環(huán)往復(fù)，讓空調(diào)得以“生生不息”地運(yùn)行。

在這一過(guò)程中，信號(hào)或信息的采集、感知與運(yùn)算處理，便是由眾多芯片和半導(dǎo)體元器件完成的。譬如，電源管理芯片(PMI)由眾多模擬混合集成電路組成，它可以對(duì)電能的變換、分配、檢測(cè)等進(jìn)行管理，諸如交/直流電轉(zhuǎn)換、電壓調(diào)制、顯示面板驅(qū)動(dòng)、電池充電管理等均需PMI模塊參與。

再如MCU芯片，它相當(dāng)于家電的“大腦”，對(duì)應(yīng)功能近似于電腦CPU，只是運(yùn)算能力和功能相對(duì)簡(jiǎn)單；MCU承載了家電整體信息的集成與處理，存儲(chǔ)等功能。在傳統(tǒng)非智能家電產(chǎn)品上，一般搭配4位或8位MCU芯片即可，但是隨著家電智能化的演進(jìn)，32位的MCU已經(jīng)開(kāi)始加速運(yùn)用于智能家居、智能家電產(chǎn)品上，可以滿足設(shè)備的基礎(chǔ)智能需求。根據(jù)艾睿電子相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年中國(guó)大白電產(chǎn)品中，搭載8位MCU芯片的產(chǎn)品占比約為56%，搭載16位MCU芯片的占比約19%，搭載32位MCU芯片的產(chǎn)品占比約為21%。而代表更高算力的64位MCU芯片也已經(jīng)出現(xiàn)，在運(yùn)算效能上，該階MCU芯片已經(jīng)接近64位的電腦CPU。

除了PMI等電源芯片和MCU主控芯片外，家電產(chǎn)品內(nèi)還存在大量傳感器件，他們類似于神經(jīng)元細(xì)胞，負(fù)責(zé)“搜集”諸如溫度、濕度、質(zhì)量、電磁、電阻、潔凈度、轉(zhuǎn)速、氣味顆粒、位移等等信息因子，以咨處理器“參考”。此外，隨著家電與外界“交互”需求的增加，WIFI、藍(lán)牙等通信芯片也開(kāi)始廣泛運(yùn)用于家電產(chǎn)品中。

華西證券調(diào)研顯示，為了實(shí)現(xiàn)家電的變頻功能，一款普通的變頻冰、洗、空產(chǎn)品需要運(yùn)用2-3顆PMI模塊，而隨著產(chǎn)品功能的升級(jí)，一款高端變頻冰箱需要運(yùn)用5組或以上PMI芯片。同理，家電智能化的升級(jí)，也在呼喚更高算力的MCU芯片和更高精度的傳感元器件。

據(jù)家電業(yè)內(nèi)人士介紹，傳統(tǒng)上一顆普通的PMI芯片成本價(jià)約在1元，一顆MCU芯片成本價(jià)約為2元，傳統(tǒng)白電產(chǎn)品中，芯片成本對(duì)于整機(jī)成本占比一般不超5%。但隨著家電變頻化、智能化發(fā)展，一款智能變頻家電中整機(jī)芯片的成本逐漸提升到10%-15%，且該成本還會(huì)隨產(chǎn)品性能需求的升級(jí)同步增加。

對(duì)于家電用芯片需求的提升是現(xiàn)實(shí)的一面，國(guó)產(chǎn)配套的不完善則是另一面，據(jù)中國(guó)科學(xué)院微電子研究所主任王云透露，2019年中國(guó)家電用芯片市場(chǎng)規(guī)模約為500億元，而行業(yè)本土配套率僅為5%，國(guó)內(nèi)家電用芯片短板亟需補(bǔ)齊。

目前，國(guó)內(nèi)行業(yè)存在一些專業(yè)家電用芯片公司，諸如專注電源管理芯片的芯朋微，專注功率模塊的華潤(rùn)微電子、聞泰科技等，專注主控芯片的華大半導(dǎo)體、中穎電子等，但在市場(chǎng)份額占比方面，國(guó)產(chǎn)品牌仍遠(yuǎn)落后于海外品牌。以PMI芯片為例，2019年中國(guó)電源芯片市場(chǎng)份額的96%均被海外品牌占據(jù)，同樣在MCU芯片上，也是瑞薩、英飛凌、飛思卡爾等國(guó)外品牌占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。

目前，中國(guó)冰、洗、空三大白電產(chǎn)品的合計(jì)年產(chǎn)能超3億臺(tái)，約占全球產(chǎn)能的70%，中國(guó)家電市場(chǎng)整體規(guī)模超萬(wàn)億，兩相比照，家電芯片國(guó)產(chǎn)替代的市場(chǎng)潛力巨大。同時(shí)，芯片國(guó)產(chǎn)替代在關(guān)鍵時(shí)刻能夠維護(hù)我國(guó)家電供應(yīng)鏈的穩(wěn)定，并提升中國(guó)家電產(chǎn)品在全球價(jià)值鏈分工體系中的地位，這一點(diǎn)在貿(mào)易問(wèn)題和疫情期間已經(jīng)得到充分驗(yàn)證。

“造芯”充滿未知數(shù)

現(xiàn)在，中國(guó)家電企業(yè)“造芯”的干勁十足，但“造芯”前景還存在諸多未知數(shù)。

以美的為例，作為綜合白電制造企業(yè)，美的應(yīng)用的PMI模塊也曾主要依賴進(jìn)口，隨著2018年貿(mào)易問(wèn)題，美的方面成立了項(xiàng)目組，啟動(dòng)PMI產(chǎn)業(yè)化研究，并于2019年宣布實(shí)現(xiàn)了PMI模塊的自主可控。同樣，在MCU芯片上，為了防止被國(guó)外“卡脖子”，美的于2018年成立了上海美仁半導(dǎo)體公司，并于2021年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)1000萬(wàn)顆的目標(biāo)。另外，2021年美的還成立了美懇半導(dǎo)體技術(shù)有限公司，主要經(jīng)營(yíng)集成電路芯片的產(chǎn)品制造和銷售。未來(lái)，美的方面表示，除滿足家電產(chǎn)品使用需求外，公司還計(jì)劃覆蓋工業(yè)、車規(guī)、醫(yī)療等更廣泛級(jí)別的芯片研發(fā)與制造，2024年美的預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)新能源汽車水泵控制用芯片的量產(chǎn)。

不過(guò)，即使有配套產(chǎn)業(yè)的托底和雄厚的資金鏈，美的方面依然表示，從研發(fā)門檻而言，芯片從設(shè)計(jì)到制造需要高成本、長(zhǎng)時(shí)間，而未來(lái)生產(chǎn)銷量的多少，尚屬未知數(shù)；布局芯片，即使是相對(duì)技術(shù)門檻較低的家電用芯片，對(duì)企業(yè)而言也意味著人才、技術(shù)上的長(zhǎng)期投入。

事實(shí)上，芯片從研發(fā)到制造，絕對(duì)是一個(gè)“燒錢”的過(guò)程，盡管很多家電企業(yè)宣布投入“100億”、“500億”做芯片，但相比于專業(yè)芯片研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)而言，這些投入仍略顯不足。

以全球?qū)I(yè)半導(dǎo)體公司為例，2020年全球半導(dǎo)體TOP6品牌分別為英特爾，三星，博通，高通，英偉達(dá)，臺(tái)積電，聯(lián)發(fā)科，其中英特爾當(dāng)年研發(fā)投入129億美元(約合人民幣820億元)，聯(lián)發(fā)科研發(fā)投入約178億元人民幣。再看中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)科技企業(yè)的研發(fā)投入，2020年華為總體研發(fā)投入是1418億元，中興整體研發(fā)投入147億元，小米是93億元，當(dāng)然這是企業(yè)整體的研發(fā)投入，不僅限于芯片研發(fā)。而當(dāng)年，家電企業(yè)的整體研發(fā)投入中，美的為101億元，海爾為72億元，TCL65億元，格力62億元，而長(zhǎng)虹、創(chuàng)維、海信、康佳等企業(yè)的研發(fā)投入均低于20億元。

即使家電用芯片整體技術(shù)難度相對(duì)手機(jī)、汽車用芯片要低很多，但要想將芯片做好，做成高端品質(zhì)，其自研投入也將是一筆驚人的費(fèi)用。事實(shí)上，有半導(dǎo)體從業(yè)者認(rèn)為，家電企業(yè)自研芯片可能不是為了賺錢，而是為了防止“卡脖子”、“芯片荒”，事實(shí)上不少家電企業(yè)宣布自研芯片規(guī)劃的時(shí)間點(diǎn)恰是2018年前后。

當(dāng)然，家電企業(yè)自研芯片也并非全無(wú)優(yōu)勢(shì)，該半導(dǎo)體從業(yè)人士認(rèn)為家電企業(yè)增設(shè)芯片自研項(xiàng)目后，一定程度上能夠跳過(guò)芯片設(shè)計(jì)廠商直接與晶圓廠對(duì)接，并同封測(cè)廠打交道，縮短產(chǎn)品供應(yīng)周期和節(jié)點(diǎn)，有一定的垂直供應(yīng)鏈保障生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行。而對(duì)于美的、格力等有志于進(jìn)入新能源車或工控賽道的企業(yè)，研發(fā)人員、技術(shù)等的協(xié)同和遷移也有助于分?jǐn)傂酒匝械耐度搿?/p>

王云建議說(shuō)，單就家電用芯片而言，整體產(chǎn)值較低，家電企業(yè)的此類投資會(huì)具有一定風(fēng)險(xiǎn)，因而相比于企業(yè)“單打獨(dú)斗”的孤勇闖關(guān)，他更鼓勵(lì)家電企業(yè)選擇與其他專業(yè)芯片研發(fā)制造企業(yè)進(jìn)行跨界合作，在發(fā)展中解決出現(xiàn)的問(wèn)題，“切忌只想另起爐灶，重返當(dāng)年運(yùn)動(dòng)式、間歇式攻關(guān)的錯(cuò)誤”。

對(duì)于家電企業(yè)進(jìn)軍芯片制造，不少網(wǎng)友也發(fā)表了自己的看法，如有網(wǎng)友認(rèn)為，“家電用MCU不用很高的制程，國(guó)產(chǎn)制造封裝也沒(méi)有問(wèn)題，看現(xiàn)在汽車用MCU缺貨厲害，如果有自研的MCU，就不至于減產(chǎn)停產(chǎn)了，所以具備一定的芯片自研能力，還是很有必要的。”還有網(wǎng)友認(rèn)為，“有開(kāi)始總是好事，現(xiàn)在沒(méi)有研發(fā)能力可以培育，不然怎么搞好相關(guān)產(chǎn)業(yè)？東芝、索尼、三星都培育出了自身的研發(fā)能力，他們發(fā)展芯片也成功了，中國(guó)傳統(tǒng)家電廠商可以借鑒。”

家電產(chǎn)業(yè)造芯風(fēng)向已起，這一次我們也期待它能夠從“小旋風(fēng)”發(fā)展成橫跨整個(gè)產(chǎn)業(yè)的“大氣旋”。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。