凤凰网汽车

编译 / 朱 琳

编辑 / 刘宝华

设计 / 赵昊然

来源 / Bloomberg，作者：Ian King、Gabrielle Coppola

随着汽车制造商竞相制造续航里程更长、充电时间更短的电动汽车，芯片行业向他们传递了一个信息：你做错了。

半导体公司正敦促电动汽车制造商放弃传统的硅芯片，转而采用能提高汽车效率的材料，帮助缓解消费者的“里程焦虑”，并有朝一日让充电变得像加油站加油一样快。

但目前还没有就使用哪种方法达成一致。碳化硅是其中的领跑者，氮化镓则是其中的主要竞争者。

这些新材料是什么？

顾名思义，碳化硅是由硅和碳两种元素组成的。它作为功率转换器的性能更好，这意味着使用这种材料的芯片可以将能量四处移动，同时减少能量在传输过程中的丢失。

氮化镓也是如此，它由镓和氮组成，像碳化硅一样，氮化镓与传统的硅相比也有明显的优势。支持者表示，它可以将充电时间缩短一半。

在汽车行业正经历一个多世纪以来最大的变革之际，选择合适的技术尤其事关重大。

世界各地的制造商都在竞相放弃内燃机，就连福特汽车公司的野马和通用汽车公司的悍马等汽油时代的标志性车型也在推出带电池的车型。

与此同时，芯片对汽车的工作方式变得越来越关键，涵盖了从动力系统到安全气囊的所有方面。

这一点在2021年变得非常明显，由于找不到足够的硅，汽车制造商不得不限制生产，并让经销商的场地空置。但是，让汽车制造商加入到更新的技术中来，对于将电动汽车提高到新水平至关重要。

法国半导体分析公司Yole Développement的总裁及首席执行官让-克里斯托夫·埃洛伊（Jean-Christophe Eloy）表示：“对汽车制造商来说，这是一条巨大的学习曲线。一个好的电池、一个好的逆变器和一个好的电机并不能给你一辆好的电动汽车。”

一般的汽车都装有1400个半导体，控制着从安全气囊到引擎的一切。现代汽车没有芯片就无法行驶 ▼

埃洛伊说，好消息是，作为一家最先推动行业接受电动汽车的公司，特斯拉公司可能也会帮助推动这种转变。

使用碳化硅，可以更快地将能量注入电池，减少充电时间。此外，它还提供了更长的续航里程，因为汽车可以利用驱动电机所需的能量，从而减少了电力的泄漏，避免了浪费。

全球最大的汽车芯片制造商英飞凌科技公司预计，到2025年，碳化硅在电动汽车动力芯片市场的份额将超过30%。

英飞凌的汽车大功率解决方案部门负责人斯蒂凡·兹扎拉（Stephan Zizala）表示：“碳化硅可以带来显著的优势，可以将续航里程提高5%至10%。”

一些制造商已经接受了这一概念。

通用汽车公司正在其Ultium电动汽车电池平台上使用碳化硅设备，该平台是其未来所有电动汽车的基础。

率先推出普锐斯混合动力汽车的丰田汽车公司在氢动力汽车丰田Mirai中使用了碳化硅，其供应商电装公司也将这种芯片植入了其他汽车生产线。

Stellantis最近表示，该公司可能会在电力逆变器中使用碳化硅，这将是全球大规模生产新一代电动汽车的关键。

而通用汽车等一些公司正在两面下注。他们还在研究氮化镓的未来用途。

氮化镓是一个较新的进入者，目前还不清楚它将扮演什么角色。英飞凌希望它能补充其他技术。其他公司则将其定位为碳化硅的竞争对手。

宝马汽车公司9月初签署了一项协议，从氮化镓系统公司（GaN Systems Inc.）获得价值2.5亿美元的此类芯片。

氮化镓芯片可以将充电时间从11.3小时缩短至4.7小时，在此过程中节省70%的能源。它还可以将汽车的行驶里程提高5%，并且使用更少的电池。

这是初创公司纳微半导体公司（Navitas Semiconductor Inc.）的数据。该公司告诉投资者，到2026年，氮化镓芯片将占电力半导体市场的16%，而2020年这一比例还不到1%。

汽车制造商花了数年时间才熟悉新技术。

精进电动北美公司副总裁迈克尔·杜海姆（Michael Duhaime）说，十多年前，当硅碳化合物首次被提供给汽车制造商时，他们以“贵得可怕”为由回避了它。精进电动北美公司是一家中国所有的电动传动系统制造商，位于密歇根州特洛伊市。

他说，当时最典型的反应是：“我为什么要这么做？这太疯狂了。”现在，这种材料正进军高端汽车领域，在这一领域，成本被性能优势所压倒。

不过，仍然有一些痛苦的权衡。传统的硅基芯片每年的产量达数十亿美元，该技术占据的主导地位长达50年，这为其生产创造了一个庞大的全球基础设施，这降低了成本。

汽车用半导体市场增长迅速 ▼

碳化硅晶片是制造新芯片的基本材料，目前只有克里公司（Cree Inc.）等少数几家公司生产这种晶片，而且生产过程仍很困难，成本也很高。

其中一个障碍是材料本身，它必须通过化学过程从种子晶体中生长出来。能产生所需纯度的晶体相对较少。任何杂质都可能导致晶圆和芯片效率较低。

9月，克里的竞争对手安森美半导体公司同意以4.15亿美元收购极特先进科技公司（GT Advanced Technologies），以收购后者的碳化硅供应商，这彰显出这种材料的稀缺程度。这笔交易让安森美获得了原材料。

据克里公司估计，碳化硅组件可能会使一辆汽车的成本增加200美元。但这项新技术的支持者表示，成本很快就会收回，因为这样一来汽车就不需要那么多电池。

埃洛伊说，这说明汽车制造商需要在他们使用的芯片上投入更多的精力。

“如果你想节省成本，如果你想增加续航里程，如果你想做所有这些优化，你就需要涉足半导体领域。”他说。