比亚迪造芯｜中国新制造⑥
作者｜庄键
编辑｜张慧
故事起初并不那么美妙。
吴海平依然记得那条促成比亚迪（01211.HK）股价大跌、不得不发布公告进行澄清的新闻报道。
这篇刊发于2009年11月的文章指出，比亚迪宁波半导体有限公司（下称宁波半导体）每个月亏损额高达5000万元，为了研制国产芯片，未来三年，这家比亚迪子公司仍将以类似的速度继续“烧钱”。
这让担任比亚迪第六事业部高级研发经理的吴海平压力陡增，他当时正是上述芯片研发项目的主要成员。
尽管比亚迪在澄清公告中披露，宁波半导体的实际亏损额远低于媒体所报道的数字，但围绕这家明星公司跨界研发芯片的争议并未就此终结。
比亚迪打算研发的是一种名为IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的芯片，主要用于变频器逆变和其他逆变电路，它能起到电路开关的作用，将直流电压逆变成频率可调的交流电，因此被称为电力电子装置的CPU。
IGBT的应用领域包括轨道交通、智能电网、航空航天、新能源汽车、新能源装备，以及工业领域等。
其中，IGBT在新能源汽车领域的应用具有特殊性。该领域对IGBT的寿命要求很高，需要它适应汽车频繁启停、爬坡颠簸、涉水等复杂多变的工况，拥有合理的装配体积和良好的散热效率，且因为直接面向消费者，必须控制成本。
IGBT是发展新能源汽车的核心技术之一，决定了车辆的扭矩和最大输出功率。它占到整车成本的约5%，仅次于动力电池。
入局汽车行业之初，比亚迪创始人王传福就意识到IGBT对于新能源汽车的重要性。当时，这种高端芯片设备只有英飞凌、三菱等海外厂家有能力供应。
2003年，以生产电池为主业的比亚迪收购了西安秦川汽车公司，成为继吉利之后国内第二家民营汽车生产商。两年后，比亚迪开始组建IGBT的本土研发团队，将触角伸向了芯片制造。
随后的2008年，比亚迪宣布了一项引发外界广泛争议的决定：斥资1.7亿元收购宁波中纬半导体晶圆厂，并重组这家已宣布破产的工厂，改名为宁波半导体。
同一年，比亚迪在深圳新建了IGBT模块封装工厂，宁波半导体所生产的晶圆将供应给这家新工厂。晶圆是生产芯片的基板，在其基础上可以加工出巴掌大小的IGBT模块，安装于新能源汽车上。
比亚迪的上述布局十分符合公司垂直整合的一贯战略，但也意味着研发团队需要踏入完全陌生的领域。
宁波半导体重组之初，比亚迪的工程师们首先着手调研工厂现有的生产设施，并考虑是否需要更新设备。他们曾一度担心，从宁波中纬收购的晶圆生产线无法适应IGBT芯片生产的要求，甚至会影响产品性能。这也是外界对于比亚迪收购宁波中纬的担忧所在。
在筹建深圳的模块封装工厂时，工程师们只能借助于参观海外的同类生产线，学习如何选择产线的加工设备，再通过不断试错摸索IGBT模块的制造工艺。
这些努力直到2012年才有了初步成果。比亚迪自主研发的芯片开始组装成IGBT模块，并试装在公司自产的E6纯电动车上。
这也是垂直整合战略的初衷：依靠比亚迪体系内的新能源汽车，带动上游芯片的销售，并推动其下一步的技术研发。中国半导体行业协会IC设计分会理事长周生明评价称，如果没有类似的整体产业链，即使国产IGBT研发成功了，很多厂商可能也不敢率先使用。
比亚迪芯片项目的研发主力吴海平也承认，考虑到那个阶段比亚迪新能源汽车的销量，公司IGBT当时的供应规模仍然是非常小的。
等到2014年，比亚迪对IGBT的长线投资才开始逐渐产生效益。这一年，国内新能源汽车市场出现了井喷。受益于财政补贴等利好因素，中国新能源汽车的全年销量达到7.5万辆，是此前一年的四倍多，比亚迪占据其中近28%的市场份额。
随后一年，中国新能源汽车市场延续了超高速增长，年销量超过33万辆。这一年，比亚迪的IGBT模块销售额也突破了3亿元。它也在除汽车行业外的其他工业级市场找到了新客户。
去年，比亚迪最新一代IGBT研发成功。
今年12月10日，这款命名为4.0版的产品正式对外发布。吴海平称，公司此前所研发的几代芯片产品和海外竞争对手仍有一定差距，而4.0版本的性能已能做到与同行不相上下。
根据比亚迪公布的数据，IGBT4.0的电流输出能力较当前市场主流产品高15%；同等工况下，综合损耗较降低了约20%；温度循环寿命是当前市场主流产品的十倍以上。
对于比亚迪而言，发布4.0版的产品也意味着全新的考验，它不仅要把自主研发的IGBT产品安装在自产的新能源汽车上，也要在其他整车厂找到中意于自己的客户。截至今年11月，比亚迪的IGBT累计装车量超过了50万台，但基本由公司自有体系所消化。
比亚迪第六事业部总经理陈刚称，未来的七八年时间，汽车用IGBT会呈现稳定、持续的快速增长。这一论断的基础，是对于中国新能源汽车市场保持高增长的预期。
中国政府正在大力推广新能源汽车。按照国务院下发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，2020年，中国新能源汽车产销量的目标是要达到200万辆。
为此，比亚迪已在加紧筹备扩张产能。到今年年底，宁波半导体的晶圆月产能将提升到5万片。理论上，一片晶圆足以为一辆新能源汽车提供所需的IGBT模块原料。比亚迪的下一步规划，是将公司晶圆产线的月产能提升到10万片。
在深圳工厂，IGBT模块目前的产能已达到每月5万只。新的投资计划已在执行过程中，预计明年6月将实现扩产一倍的目标。
陈刚称，除了继续布局IGBT外，比亚迪也在同步研发碳化硅技术，它被认为会在未来取代IGBT成为新的主流。相比于IGBT，碳化硅芯片在能效和体积方面更有优势，但目前的缺点是成本过高、良品率较低。
比亚迪已宣布，计划在明年推出搭载碳化硅电控系统的电动汽车。那又将是另外一个崭新的故事了。
比亚迪半导体，配得上“车芯第一股”吗？
图片来源@视觉中国
文 | 锦缎
过去一年多时间里，缺芯，是整个新能源汽车行业的切肤之痛。小到电池里面的管理芯片，大到电机动力系统的IGBT，供给端的脆弱性，使人意识到车芯的自主可控是何等重要。
这一背景下，今年1月末，来自比亚迪旗下第三个IPO项目——比亚迪半导体，顺利在科创板过会。号称“车芯第一股”的比亚迪半导体，一时吊足市场胃口。
它能够担负起救得市场于水火的重任吗？作为终端汽车整车厂，比亚迪将触手伸至汽车芯片，又意味着什么？
01 “车芯第一股”的由来
比亚迪半导体公司的发展过程，是一部给自家汽车业务“打辅助”的奋斗史。
2002年，比亚迪公司成立芯片设计部，主攻电池保护IC研发；2004年，正式进军IT行业微电子及光电子领域；2005年，成立微电子项目部及光电子项目部；2007年，成立LED项目部；2010年，完成LED全产业链布局，正式成立照明品牌；2014年，公司完成微电子与光电子部门的整合；2020年，公司正式更名为比亚迪半导体有限公司。
这一过程里，比亚迪半导体逐渐积累起来了几乎全套的车规级半导体的供给能力。主营业务上分为五个板块：
功率半导体： 包括IGBT模块和SiC模块在内的，从芯片设计、晶圆制造、模块封装与测试到系统级应用的全产业链IDM模式制造。
智能控制IC： 主要是工业级和车规级MCU芯片。MCU芯片俗称单片机，相当于一个小型计算机，可以用编程来实现系统控制。目前采用的是Fabless生产模式。
智能传感器： CMOS图像传感器、指纹传感器、电磁传感器。用于检测光线、指纹及电磁变化。目前采用的是Fabless生产模式。
光电半导体： LED产品及精密光电器件等。这部分主要是生产车灯和LED面板。
制造及服务： 为客户提供功率器件和集成电路的晶圆制造、封装测试和LED照明管理服务。由于公司具有自主晶圆产品线，本业务基本可认为是代工生产。
来源：招股书
在半导体行业中，生产模式分为三种。这三种分别对应公司在所处产业链的位置和技术掌握能力。
Foundry （代工生产）：只负责制造、封装或测试的其中一个环节；不负责芯片设计；可以同时为多家设计公司提供服务，但受制于公司间的竞争关系。比如台积电、中芯国际等。
Fabless （只设计芯片）：只负责芯片的电路设计与销售；将生产、测试、封装等环节外包。例如华为海思、联发科等。
IDM （全包）： 集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身；早期多数集成电路企业采用的模式；目前仅有极少数企业能够维持。例如三星、德州仪器、比亚迪半导体的功率半导体业务。
在功率半导体业务上，比亚迪半导体打通了芯片设计到落地。可以利用IDM模式的优势，实现越造越好的期望。
比亚迪车规半导体IDM生产中，主要分SiC（碳化硅）材料、IGBT材料（ 绝缘栅双极型晶体管）等。在IGBT领域，比亚迪半导体2019、2020连续两年在新能源乘用车电机驱动器厂商中全球排名第二，国内厂商中排名第一，仅次于全球龙头英飞凌。
所谓中国“车芯第一股”，发迹及成长历程大致如此。
02 高增长的“真面目”
报告期内——也就是截至2021年上半年期，比亚迪半导体营业收入已经逼近前几年全年整体水平。
来源：根据招股书整理
2018-2021年上半年，公司上述五大项主营业务收入占营业收入的比重均在97%以上。其他业务收入主要为受托研发服务和原材料及废料处置收入，占收入比重较小。综合毛利分别为26%、30%、28%、33%。
2020年，新能源汽车市场显著回暖，汽车智能化配置提升。比亚迪半导体的第三代半导体产品顺势进入商用期。传导到业务上，主营业务收入增长32.49%。
在2021年上半年，得益于新能源汽车行业持续回暖，加上全球芯片紧缺和国产芯片需求增加影响。车规级芯片通过验证批量出货，工业级芯片量价齐升，业务增长迅速，带动收入增长。
来源：招股书
比亚迪半导体在报告期收入增长风风光光，反映的是比亚的汽车销量的向好。
2021年，比亚迪EV车型和DM车型累计销量，分别达320810辆和272935辆，全年销售汽车730093辆。 其中比亚迪EV车型和DM车型累计销量，分别达320810辆和272935辆。混动车型和新能源，对应比亚迪半导体的DM模块投产。
在SiC模块上，搭载了SiC模块的汉EV拿下了单车型87000+辆的战绩。要知道，“蔚小理”三家新势力在全年分别的总销量也在九万以上，不到十万这个水平。比亚迪半导体作为比亚迪汽车的“御用”车芯供应商算是跟着大哥吃了一大口肉。
当然，比亚迪半导体业务范围不止车规半导体。除了车规半导体，比亚迪半导体在工业、家电、新能源、消费电子领域都已经实现产品量产。但涉足领域的广泛，仍不难通过草蛇灰线看到增长的“真面目”：
汽车芯片销量的腾飞，靠的是比亚迪汽车自供给的“汤喝”。
创业板上市委曾对比亚迪半导体提出的问题之一就是关联交易。比亚迪半导体在报告期内向比亚迪集团销售商品等的金额分别为9.1亿元、6.01亿元、8.51亿元、6.7亿元，占营业收入的比例分别为67.88%、54.86%、59.02%和54.24%。功率半导体、光电半导体产品、制造及服务主要向比亚迪集团销售，且关联销售的毛利率较高。
来源：招股书
虽然比亚迪半导体提到自己也已进入小鹏和宇通汽车的供应链。但信息披露期内，小鹏只买了60万元的传感器芯片，宇通汽车也只购买了240多万元的IGBT模块。
在公开的报告期主要客户中，除了比亚迪汽车之外，采买功率半导体的客户只剩下中铭电子和天河星这两家公司。而这两家公司是主要是做分销业务，并不涉及实际产品生产。
比较起关联交易等若干问题，产能不足，是比亚迪半导体当前更大的困扰。
2021年早期，比亚迪汽车即曾因产能问题向消费者公开致歉。最近随着新能源市场的火爆，2019年比亚迪签约常州基地，后面又陆续签约合肥基地，郑州基地。乘用车板块才开始复苏，进行外扩。但是新基地不可能一开始就贡献产量。这导致在未来一段时间内比亚迪汽车的实际产能小于销售订单量。
来源：招股书
比亚迪创始人王传福曾在接受采访时表示：“子公司只赚比亚迪的钱，那不叫本事，拆出去赚市场的钱那才叫本事。”从王传福的标准看，显然比亚迪半导体还任重道远。
03 华袍里的虱子
按理来说，在比亚迪半导体的采购中应该是主要是以电子元件居多的。毕竟它在传感器和IC部分采用的是Fabless模式。但从实际采购情况来看，采购金额最大的竟然是晶圆。
一个问题随之而来：既然比亚迪半导体在功率半导体上宣称可以完成IDM模式，那为什么会出现对外采买的情况呢？最浅显的原因是技不如人。
来源：招股书
在SiC和IGBT的生产工艺中，都离不开晶圆。功率半导体的制造方式与CPU、GPU等芯片制造原理相同，都是利用半导体在的特性——在特定条件下导电。在生产过程中，原材料（沙子）先制成硅锭，再切成一片片的硅片。这些硅片经由刻制之后就变成了晶圆。
但晶圆并不能直接使用，需要把刻好的每个芯片单元切成晶粒，在进行测试，最后就能封装好作为芯片使用了。SiC半导体和IGBT的半导体部分都是如此生产的。
目前用于新能源汽车上的半导体芯片的难点主要在两个部分。第一是要满足汽车行驶环境中的颠簸和冷热，芯片需要“绝对性”的保证功能安全。第二则是生产商拥有晶圆制造设备，比如在硅片到晶圆的过程中就有二十多道工序。
比亚迪半导体的晶圆生产是来自于2008年收购的中纬积体电路（宁波）有限公司，后改名叫宁波半导体。这家公司成立于2002年，一度被认为是浙江半导体的希望，不过后来却证明是个“烂摊子”。
虽然分次投资2.49亿美元，但其引入的都是台积电淘汰下来已经用了快20年的生产线。在实际运营后经常出问题，机器故障始终未能解决，导致产能一直在每月一万片。最终因为营收不能平衡而破产。
这就意味着虽然比亚迪半导体在晶圆产能上确实是真实存在，但这部分产能难堪大用。
另外比亚迪目前拥有的产能是6英寸的晶圆产品线，在产能上同样堪忧。6英寸以上的晶圆需要把半导体需要从晶圆上切下来，再进行封装。然而从圆形的晶圆上切出方方正正的晶粒，这就是道数学问题了。
以假设生产英飞凌的第四代IGBT，117.5A型号。六英寸的晶圆大约能切出109片，而8英寸能切出205片晶粒。若再考虑IGBT的基本构造，每片需要6个三极管，那么最终6英寸每片只能产出18个IGBT，而8英寸可以产出34个。两者效率差了一倍。再考虑到宁波半导体的设备老化问题，看来比亚迪虽然有产能但还是要从外面进口晶圆回来加工，还是有必要的。
图：一种IGBT的构造方式，晶圆切片数量计算公式，来源网络
为了解决这个麻烦问题，比亚迪在2020年在长沙收购了第二个晶圆厂。随后在2021年收购济南收购富能半导体，具有8英寸和6英寸产线。但问题是现在这两个工厂，加上比亚迪在线成立的半导体研发中心都还尚未营业。
种种剪不断、理还乱产能逻辑嵌套之下，比亚迪半导体在公司架构整合上有种“遥遥无期”的味道。
根据招股书现实，比亚迪半导体IPO的募资用途是为了继续研发车规级半导体。根据HIS的报告，国内市占率第一的斯达半导，其自研FS芯片领先比亚迪1-2代。但因为国内竞争者的斯达半岛相比，IDM模式的比亚迪半导体会得益于业务的闭环能够越跑越快。
来源：招股书
但比亚迪刚刚在2021年9月收购并成立济南分公司。随后开始济南比亚迪半导体的功率半导体产能建设项目，投资规模约49亿。该项目在2021年和2022年折旧摊销费用分别为0.25亿和2.8亿。
在半导体这个资本密集型的产业中，50亿可能不算是个特别大的项目，但宁波半导体前身的前车之鉴还悬在比亚迪半导体的头顶上。如果不能成功整合，就算是有比亚迪汽车这个大哥带路，前景依旧难料。
正如之前所说，现在比亚迪半导体，相当于是宁波半导体+节能科技（LED业务）一起拖着长沙、济南、西安的三个子公司，如履薄冰地向前行进。
时间回到2022年的今天，比亚迪半导体面临着扩产、科研、统筹营业的三座大山。一切明面科研和财务数据看上去十分美好，但真实的现状却是颤颤巍巍。
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