似乎自从国内各行各业在追求芯片国产化以来，下游整机厂、终端厂的一个普遍担忧都在于国产芯片究竟好不好用，产品交到消费用户手里会不会出什么问题。在最近美的工业技术旗下美仁芯片，与产业在线主办的产业研讨会上，美仁半导体副总经理封为时博士多次谈到，市场反馈的失效率“是判断芯片是不是高品质的金指标”。
可靠性、可信、可度量原本就是实现芯片国产替代的先决条件。TCL空调研发中心总经理熊军也说，从应用端的角度来看，高品质与否的“第一点是可靠性”，以及“验证可靠性的数量，这个数量能不能支撑其可靠性”。“如果我们拿不出这个数据，那么终端厂商就不敢大批量采用，这是我们碰到最大的瓶颈。”封为时说，“缺少市场数据，我认为是最大的瓶颈。”
所以在芯片国产化的发展之路上，我们看到一个有趣的思路：一些能力和储备相对比较出色的终端企业开始自研芯片，并首先应用于自家终端产品——基于自家产品的先验基础，在获得市场信任之后，再将产品导入三方。
这类思路发展中比较具有代表性的，在汽车领域就是比亚迪——尤其是其IGBT器件；在家电市场有代表性的大约就是美的了。封为时介绍说，美仁半导体2020年推出首款主控MCU，“在包括抗静电、快速瞬变脉冲群抗干扰等等各种各样的测试下，我们都自认为可以和进口芯片比肩。”
“但实际上这些数据拿去给客户，客户还是会有疑虑。我们积极配合客户做各种测试，各类严苛的可靠性测试、板级测试、整机测试、长运测试，加上长达一年的试产试销，我们以优于进口芯片的市场失效率来赢得客户的信心和订单。”封为时表示，“我们的首颗主控芯片出货已经1000万颗，市场反馈失效率是0.9个PPM。”“另外一些指标，比如时钟精度、温飘等都优于进口芯片。”
“2022年，我们启动了（美的）集团之外的推广工作，给多家外部客户送样、陆续进入量产。”而对美仁芯片产品及市场行为的理解，也有助于我们对当今家电芯片的国产化进程有个相对系统的观览。
家电芯片市场及国产化进程
传统市场的数字化、电子化、智能化、网联化，都是半导体在这些传统设备中占据一席之地的根本原因，汽车、家电都不例外。中国家电研究院副院长曲宗峰在研讨会上说，这“对芯片的需求，从量到质，都有很大提升”。
包括感知层，传感器的使用；决策层，“随智能化功能增加、设备自主性的增强，决策能力也越来越高，主控芯片算力要求越来越高”；执行层，“对于空调、冰箱，甚至很多小家电，变频成为主流，IGBT/IPM的需求都会大幅增加”；另外再加上智能化的“学习能力”需求，“不排除随着芯片成本下行，智能家电本地支持一些神经网络的NPU芯片，还有涉及安全、隐私计算的数据在本地完成”。
这些都是芯片在家电中越来越重要、市场价值越来越高的原因。我们首先来看看目前主要白电的MCU市场发展情况——对于MCU的市场探究，基本也可窥见家电终端及MCU周边芯片与模块的发展情况。
需明确的是，白色家电与我们日常关注的不少数码产品市场不同，像冰箱、洗衣机这类产品近些年已经发展到相对的成熟阶段，也就不再有明确的市场周期性波动特点。理论上，家电芯片受到这波半导体行业下行的影响会相对较小。
但实际情况是，经济大环境不确定性，以及疫情等变量因素，也确实对家电及上游的芯片市场造成了负面影响。“但影响没有那么严重。”产业在线家电事业部副经理索晓芳说，“而且现在家电产品还在不断升级。”
“比如冰箱在向高端化、变频化方向发展，相对以前机械式产品多出了不少MCU需求；很多冰箱现在都有显示板，显示板要多一颗显示和触控MCU，变频板也要多一颗变频MCU，主控板就需要主控MCU——这些还不包括一些温湿度芯片。”
从产业在线呈现的数据来看，国内市场家电的MCU需求量从2017年的5.7亿颗增长到今年的超过7亿颗。“随着MCU向32位的转变，集成化趋势越来越明显。所以数量的增长没有大家想象得那么快，但结构升级带来得单位产品附加值提升很显著。”
而在变频化方向上，上面这张图比较的是2018年与2022年，冰洗空三大类白电不同形态产品的变频结构采用比例。虽说不同产品之间得差别较大，如冷柜的变频结构采用率还相对较低。但索晓芳说：“市场上新推的冷柜产品大多都有MCU，甚至IPM的需求。”“对于降本需求较为强烈的冰箱、冷柜这些应用，IPM的需求量未来还会有几十倍的成长空间。”
产业在线预测2023年三大白电产品总销量2.9亿台，同比下滑1%左右。2022虽说基数仍在下滑，但相比2022年的情况已好转不少。与此同时，白电产品变频化趋势还在加速，明年空调变频化率将超过70%、洗衣机达到将近50%。有理由相信，这一市场的半导体产品需求量总体会有上涨。
这是国内白电市场的基本呈现，以及家电芯片数量需求增多的客观市场现状。随国内市场对家电芯片国产化的需求涌现，家电芯片的国产化率是我们在探讨大方向时的另一个重要议题。
曲宗峰说：“大概2016年的时候，三大白电的芯片国产化率其实还不到2%。尤其高端芯片模块化几乎全部依赖进口。”
“好在这几年我们看到国产化率在不断提高，2021年达到了17%，2022年产业在线的数据是能达到22%。可以说是非常大的提升，但是仍旧不足1/4。”这里的国产化率是指MCU。产业在线给出家电国产MCU比例数据如下：
“今年国内一些芯片厂商受到技术壁垒和价格问题的影响，加上很多新进企业也受到需求环境的困扰，今年的国产进程较去年会稍有放缓。”索晓芳说。不过整体趋势仍是在稳步增长中的。2021年家电MCU的市场份额占比中，中国占到全球市场的约17.4%——要知道2020年这一值还只有12%。目前市场份额前前二的国家分别是日本（38.2%）和德国（25.1%）。
而IPM（IntelligentPowerModule）国产比例变化趋势则如下图：
IPM在家电市场的整体表现优于MCU。2021年家电国产IPM的全球市场份额约14.7%，这个成绩虽然还不错，但远低于日本的71.3%。
“未来产品高品质、国产化替代还有很长的路要走。”索晓芳总结说，“但家电行业的新趋势给半导体产品带来了发展空间。”“虽然家电行业这几年的增长遭遇了压力，但行业大盘没有发生变化，基本盘比较稳定。”
国产家电芯片现在长这样
美仁半导体就是在这样的市场背景下，去尝试做家电芯片的。这家公司自己确立的几个战略优势，也提到了文首提及的国产化替代的基本思路，包括其产品有着“稳定的美的集团内部市场”，在此基础上“可拓展全球家电外部市场”。
美仁芯片供应链管理部长孙希乐表示：“内部市场方面，我们整合了美的集团每年60亿的芯片需求，吸取了丰富的应用经验；外部市场，在立足服务美的集团的基础上，我们着眼全球家电市场，紧跟市场变化趋势，保证了美仁公司在技术和商业上的持续健康发展。”
我们之前接触美的集团比较多的，是其机器人与自动化事业部——比如库卡；而美仁隶属的工业技术事业群，是2021年由其机电事业群改名而来。从美的集团的财报来看，该事业群2021年研发投入超过10亿元，研发人员还增加了400人。2022半年报显示，工业技术事业群的半年收入121亿元，同比增长13.26%。
我们比较关注的芯片业务，包括MCU、电源与功率芯片、IoT等大多在此业务群内。据说美仁芯片过去两年的芯片产品已经应用于“数千万美的集团及其他同类家电客户的产品中。这是接下来美仁要将芯片推往集团之外的基础，应当是也是孙希乐谈到的美仁芯片市场失效率仅为0.9PPM的基础。
其实从美仁给出的这张发展图来看，这家公司的产品推广速度还是相当之快的。2019年MCU产品线启动开发，次年就推出了主控和触控MCU，同时应用到了美的内部的洗衣机、冰箱、厨热事业部产品；2021年的芯片，包括IPM也触达了美的家用空调、暖通事业部；今年就面向外部客户了。
目前美仁已经建立了MCU、功率、电源、IoT四大产品线。其中MCU细分为变频、触控、主控几个不同的类别——比较令人意外的是，这个产品线下，车规级MCU已经在规划中，而且预计产品2024年就会上市销售，不过考虑到集团之下的确也有汽车部件业务，库卡即为其中之一，这条产品线的拓展也比较容易理解；IPM模块产品有不同定位的产品布局；还有前文未曾提到的电源产品线，主要产品有ACDC、DCDC、稳压芯片；IoT产品线则囊括了WiFi、BLE5、安全芯片。
我们来看两个芯片及模块产品的具体例子。孙希乐在研讨会上介绍的几款MCU芯片，包括主控、触控、变频类别的大部分是基于Cortex-M0，而MR82F001/002系列是基于名为“M-Star”的内核。
美仁没有明确说M-Star是什么，网上也查不到对应资料。不过基于介绍，这里的M-Star猜测应该是安谋中国的星光系列核心IP（Star-MC1），那就更有国产化意味了。这两个系列MCU是双电机驱动变频芯片，具体参数和应用场景如上图。
这两个系列的芯片“可以同时控制一路压缩机、一路风机和PFC，目前正在空调外设的导入过程中。”封为时说。
而MRD7110S是一款三合一电机驱动模块，集成了逻辑控制、驱动和功率芯片；主要应用于带霍尔传感器的空调内风机和其他低功率的风机应用。孙希乐说这款产品“在性能方面不亚于知名日系品牌”——上图右侧表格中给出了一些关键数据，可做比较。
家电芯片国产化替代还缺什么
从美仁目前的成果来看，主要家电芯片的国产化已经不是什么大问题。曲宗峰也说：“芯片做国产化替代，在家电领域不存在明显的技术短板。在芯片功能的先进性上，我们也基本可以达到国外芯片的同等水平。”
而且这一两年的市场环境似乎也正是家电芯片达成国产化替代的好机会。此前MCU缺芯潮期间，国际芯片巨头为在有限的产能下确保利润，将产能更多地让渡于车规和工控芯片，国内的家电产业能够发展自身的产业链，国产化替代过程也达成了加速。
在客观条件和环境都走向就绪的过程里，家电芯片持续提升国产化率的关键在哪里？从几位发言人在研讨会上的探讨大致可以总结，最关键的仍然是市场失效率及其反映的可靠性问题。
“说到高品质芯片，芯片功能、技术支持水平、供货保障，这些都很重要。”封为时说，“但我个人认为芯片的可靠性是最重要因素。而市场失效率是判定一颗芯片是不是高品质的金指标。”所以美仁反复在提0.9PPM这个数字的重要性，因为实则从功能、性能的角度，像美仁这样的芯片设计企业已经有着较高的把控水平。
而在此基础上，如文首提到的，除了像美的集团及美仁半导体这类发展思路，有机会达成芯片的大批量出货和验证，目前验证国产家电芯片可靠性的“数量”和数据还不够。“就像封博说的，从稳定性、可靠性层面来看，我们的实时监测数据还不够多。”曲宗峰表示，“下一步可能还需要国家政策引导，行业上下游协同，以及企业共同努力，来更大规模使用我们的产品，这样才有机会在市场占比上有更大的突破。”
从终端侧的角度来看，熊军补充说：“有数量去支撑产品质量稳定性、一致性是我们这些企业最关心的。”熊军介绍说，TCL于2021年就尝试旗下家电产品的国产化芯片替代，“今年则全部转向了国产化，不仅是MCU，还有很多其他小型芯片，包括功率半导体。”
“2017-2019年，我们是大量应用进口芯片的。其实对比一下故障率，目前国产芯片的故障率还是比较可观的，甚至比一些进口芯片表现还更优越一些，可以达到行业头部品牌进口芯片的故障率等级。这一块也给了我们比较多的信心。”
在以技术为竞争依托的芯片行业里，封为时最终提到：“国产芯片替代的浪潮终将过去。唯有持续的研发投入，向更高端的市场方向探索，从跟随变为主导，才能在激烈的市场环境下生存并发展壮大。”
未来的家电芯片还需要什么？
当然其实从整个半导体产业链的角度来看，国产化问题并不止于此，比如说芯片制造能力；以及从产业更具体的角度，人才培养、成本竞争力、供应保障与交期问题等。实则仅是“可靠性“这一个问题，就不只是芯片企业需要考量的——在面对更复杂的系统时，可靠性问题还会更为复杂…这些都是需要产业链上下游协同的。
实则在家电市场，更进一步的芯片技术竞争中，家电设备对于更高端芯片的需求也对国产化芯片替代提出了新的挑战。“未来家电会朝着高效能、智能化、网络化这些方向去发展。”封为时说。
这其中的“智能化”可能会成为市场竞争的关键。“从芯片的角度来看，智能化意味着需要更多的芯片；软件会更复杂，需要更大的存储空间……这些都对未来家电行业芯片提出了更高的要求。”无论是更多的传感器，更高算力、更智能的处理器，还是可达成智能节能的功率与电源芯片，乃至多设备互联所需的通讯芯片。
熊军提到一个有趣的数字：“智能空调普及率虽然在上升，但在线率还是比较低。但我们发现一些带有智能感知的、交互体验比较好的产品，比如语音交互，这类产品的在线率和活跃度就会非常高。我们统计语音空调在线活跃度是常规智能空调的10倍。”这是智能化的价值体现实例。
再比如“空调使用过程，能够根据负载情况、用户习惯，越用越节能、越符合用户使用习惯”。曲宗峰甚至提及家电在使用10年后，“节能效果就不大好了，我们通过OTA升级-比如烤箱烤制食物的熟度，能够根据用户使用习惯学习一些数据，这些数据在云端或边缘训练完以后部署给芯片。”这就是更进一步的AI智能化了，则在端侧就要求推理AI芯片的存在。
除了智能化之外，“网络化是智能化的加速器”。尤其全屋智能预期达成的智能化、无感或被动的家电自动化体验，网联更是其中的基础，无论是空调、净化器、加湿器、扫地机器人的互联互通，还是可穿戴体感设备与家居设备的互联互通。
还有个“高效能”用现在流行的话来说是绿色低碳。就芯片角度来看，功率与电源相关的，IPM以及变频化本身在家电设备中的逐渐普及，都是这一趋势的体现；而智能控制/处理部分，如前所述，智能化是达成高能效的技术方向。所以智能化、网络化、高能效三者本身又是相辅相成的。
实际上，这些发展方向可能还就在美仁半导体的产品规划范围内。除了前文提到的MCU、无线连接IoT芯片以及IPM，封为时还提到：“从高主频智能SoC/DSP，到智能显示屏控制、智能感知、AI语音交互和网络连接等，为后续更加智能的家电需求储备技术。目前，相关方向已经在调研和规划中，在合适的需求下会择时推出相关芯片。”
这样的布局才真正有机会在未来的市场竞争中表现出优势。“在家电产品这种智能化升级换代的过程里，我觉得芯片会迎来新的挑战和机遇。”封为时说，“中国是世界上最大的消费市场之一。那么在终端厂商开始导入国产芯片的过程中，随着数据的积累，以及芯片企业自身能力的提升，我相信国产芯片厂家会赢得更多的市场份额。”
