中國電動車晶片衝破國外封鎖！為了這一天，比亞迪憋了13年大招
車東西（公眾號：chedongxi）
文 | Origin
從今天開始，中國的新能源車擁有了新一代的“中國芯”。
12月10日，比亞迪在寧波釋出第四代IGBT，宣佈多項引數優於行業平均水平，旗下新能源車的電驅效能，將憑藉這一枚自產的控制電流開關的晶片，而取得優勢效能。
並且，比亞迪將在IGBT上更進一步，明年推出新一代效能更強、基於SiC（碳化矽）的功率半導體產品。比亞迪還將對國內新能源車廠開放IGBT供應，國外半導體公司壟斷國內IGBT市場的情況，將有望打破。
“電動車CPU”跪求外國的時代，從此要開始終結了。
一、比亞迪推出新一代IGBT 追趕國外先進水平
12月10日，寧波。國內新能源車的龍頭比亞迪，在這裡為一枚晶片召開了釋出會。
比亞迪宣佈，他們為電動車電驅系統準備的關鍵晶片——IGBT 4.0正式面世。這枚晶片，在新能源汽車尤其是電動車上，地位如同動力電池電芯。它直接影響著車輛電機的動力輸出，和動力電池電芯一起，組成了電動車的“雙芯”。
▲比亞迪打造IGBT的晶圓
有了這枚晶片，比亞迪立下flag—— IGBT4.0的誕生，將幫助中國的電動車“核心技術告別卡脖子時代”，打破國外巨頭壟斷。
那麼，比亞迪的勇氣究竟在哪裡？比亞迪官方的白紙黑字已經劃好了重點。
首先，其IGBT 4.0的電流輸出能力，較市場當前主流產品高15%，更大的電流意味著更高的電機功率，以及更強的車輛加速能力。
其次，其IGBT 4.0的綜合損耗，比主流產品低20%。這意味著更高的電能利用率，以及更高的車輛續航。拿比亞迪新一代的唐舉例，搭載IGBT 4.0使其百公里電耗降低了3%。
最後，比亞迪將IGBT4.0的溫度迴圈壽命做到了同類主流產品的10倍以上。需要注意的是，IGBT是車載電驅系統中的易損件，提升其溫度適應性、迴圈壽命，可以有效地提升系統的可靠性。
總結一下比亞迪的IGBT 4.0，就是 效能高、效率高、壽命長，能夠和國外產品掰手腕了。
二、IGBT是啥——新能源車電驅系統CPU
那麼，IGBT究竟是何方神聖，引得比亞迪大張旗鼓地介紹，乃至用上了“核心技術告別卡脖子”這樣的描述？
實際上，IGBT還真就是這樣的核心技術，由於其地位之重要，又有“新能源車電驅系統CPU”之稱。
IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型電晶體，是一種主要應用於600V以上電子電力領域的功率半導體。
▲封裝好的IGBT模組
與計算或儲存用的半導體不同，IGBT的主要作用是“開關”。它能夠支援在高電壓、高電流負載下，對電路進行每秒數萬次的開關。這種能力，使得它可以通過電路設計，被用於大電流、電壓、頻率、以及直流電與交流電的轉換。
應用在電動汽車上，它成為了驅動電機核心中的核心——電動車的電池系統能夠輸出的是總額額定的直流電，而要自由控制汽車的電機，需要功率、頻率可變、可控的交流電，此時IGBT的作用便體現了出來（反過來，電動車需要直流快充時，IGBT同樣也在大功率變電中扮演重要角色）。
電動車之所以不需要設計複雜的發動機與變速箱等機械傳統系統，IGBT的存在，可謂大功一件。
這樣的關鍵部件，也成為電動車電驅系統成本的大頭——直接佔去了一半。而電驅系統在電動車整車的成本佔比約為15-20%。這意味著單單是IGBT，就佔去了整車成本的7-10%，因此，IGBT是新能源車產業鏈細分市場中，份額僅次於動力電池的大蛋糕。
比亞迪在日前宣佈自家動力電池業務將拆分對外後，再度推出IGBT 4.0並且也將對外，意味著比亞迪在電動車產業鏈上游最大的兩個領域，都拿到了一張硬通票。
三、為何又是比亞迪？13年前開始研發
需要提到的是，IGBT作為一種綜合（集成了MOSFET開關速度快與GTO耐受電壓高的優點，克服了前者耐高壓效能差、後者開關速度慢的不足）的功率半導體，其技術壁壘並不低，核心技術與市場份額此前一直掌握在美、日、德三國半導體巨頭的手中。
目前，在國內，僅有兩家“造車的”能夠打通產業鏈，實現IGBT的研發生產。其中一家，是負責造高鐵的中車，另外一家，便是比亞迪。
中車有突飛猛進的高鐵專案作為堅實的依託，不必多言，那麼比亞迪，又是如何掌握這一先進技術？
比亞迪對IGBT的研發，在十餘年前就開始了。
2003年，電池出身的比亞迪進軍汽車市場，新能源車成為其殺入的關鍵路線。2007年，比亞迪的首款新能源車——F3DM上市，當時國家面向綠色公共出行的“百城百輛”的新能源公交計劃都還未上線。
而在更早的2005年，比亞迪的IGBT研發團隊便已組建，隸屬比亞迪第六事業部。這個事業部承擔著“積體電路及功率器件的開發、整合性晶圓製造服務的生產任務”。
請注意“整合性晶圓製造服務”。在2008年，比亞迪以1.71億元的價格，收購了寧波中緯的6英寸晶圓產線。當時輿論還認為，比亞迪或將藉助中緯的晶片生產能力，基於自家的手機、電池業務發展自有的消費電子用半導體。但事實證明這更像是為車載功率半導體所作的準備。
2009年，比亞迪的第一代IGBT晶片，正式研發成功，通過了中國電器工業協會電力電子分會的科技成果鑑定。國外的技術壟斷，在此時便被比亞迪初步打破了。
▲比亞迪初代IGBT通過科技成果認證的檔案
不過，國外早在上世紀80年代便開啟了對IGBT的研究生產，要在產品上追上國外先進水平，顯然需要更多時間。
因此，中途比亞迪的IGBT晶片又歷經8年，多次迭代，其間，比亞迪還與上海先進半導體在2015年達成了戰略合作，以利用後者的半導體制造技術。
終於在2017年，比亞迪的第四代IGBT研發成功、投產、裝車。
IGBT 4.0，便被用於比亞迪新一代主力車型——百公里加速時間達到4.5秒的唐。這輛車每一次狂暴的動力輸出背後，都有這枚比亞迪自研的IGBT的功勞。
▲比亞迪唐DM，百公里加速4.5秒
當然，技術是不斷進步的。此前，國外IGBT已經經歷了六次技術迭代，功率半導體基礎的材料，也從矽（Si）、砷化鎵（GaAs） ，進化到了碳化矽（SiC）。基於碳化矽打造的功率半導體，更能耐高溫，可以承受更高的電壓——這樣，原本耐壓能力不強的MOSFET，在用上碳化矽過後，能夠支援的電壓也能與現今車用的IGBT媲美。
而比亞迪已經研發出了基於碳化矽的MOSFET，明年便會推出搭載這一器件的電動車，車輛的電驅效能還會提升10%。往後，比亞迪計劃在其新能源車產品中，逐步用碳化矽基的功率半導體替代矽基IGBT。
四、國外巨頭統治IGBT市場 中國如何突破
實際上，比亞迪這樣在新能源車用IGBT上取得突破的選手，在國內IGBT產業確實是鳳毛麟角。
IGBT晶片按工作電壓，大致分為1700V以下、1700V-3300V、3300V-6500V三類。
其中，工作電壓等級在3300-6500V的IGBT主要對應發電、電力傳輸行業，1700-3300V的IGBT在高鐵等軌道交通領域應用較多。
而1700V以下用途中，發展勢頭最猛的新興產業，正是新能源車。
然而，目前IGBT的主要生產廠家，無一例外是國外公司，英飛凌、三菱、富士、安森美、德儀、ABB等霸佔市場。
其中國內新能源車領域的IGBT市場，絕大多數份額仍然被國外半導體巨頭英飛凌佔據——這一資料一度達到70%。
在2016年全球銷量TOP10的新能源車，有8款使用了英飛凌的IGBT，其中有我們無比熟悉的Model S/X，以及通用Bolt EV，甚至包括比亞迪的唐與秦，甚至也使用了英飛凌的晶圓生產。英飛凌憑藉壟斷優勢，攫取高額利潤，IGBT成本居高不下。
而比亞迪的IGBT 4.0推向市場、應用於車型上，則代表了一支重要的國產力量，加入到了這場新能源車核心技術、核心器件的競賽當中來。
在更早之前，中車集團在2014年，完成了高鐵用IGBT的研發、生產，打破了三菱在這一領域的統治，不僅實現了自產自用，還隨高鐵專案的對外輸出開始向國外供貨。
比亞迪與中車，儼然成為了國產IGBT生產應用的雙子星。
在這背後，國內的（高壓）IGBT產業鏈，在下游急切的應用需求下，也開始逐步建立起來，士蘭微、華微、華虹、先進半導體等等一系列IGBT的IC設計、晶圓製造公司也成長起來，國內的IGBT產業鏈正在初步成型。而比亞迪自身，也表態將會對外開放其IGBT供貨。
在一個產業叢集形成後，中國的IGBT乃至更多型別的功率半導體，將有更充足的底氣與國外巨頭抗衡。
五、新能源車關鍵領域 中國全面進入自主智慧財產權時代
藉由比亞迪對IGBT4.0的釋出，車東西也關注到，從晶片到電池到電機，在更加底層、基礎的新能源車關鍵技術領域，中國正在全面進入自主智慧財產權時代：
前有寧德時代、比亞迪在動力電池的技術與規模上的優勢建立；
中有精進電動、上海電驅動等電機企業在中國本土市場上的勝利；
現有比亞迪在IGBT等功率半導體上的大步向前；
未來還可能會有華為、百度等領軍企業以及其他晶片創業公司在車載通訊、AI晶片上的突破。
在智慧電動車上，中國企業掌握的技術越來越往高階、底層進發，越來越能與國外的公司一較高下。
看到了這一點，就不難理解，為何智慧電動車總被認為是“換道超車”的中國機會。