隨著汽車制造商爭先恐后地制造續航里程更長、充電時間更快的電動汽車，芯片行業向他們傳達了一個信息：你做錯了。

 

半導體公司正在敦促電動汽車制造商放棄傳統的硅芯片，采用能夠提高汽車效率的材料，幫助緩解消費者的“里程焦慮”，并有朝一日可以像加油站加油一樣快速充電。但目前還沒有就使用哪種方法達成一致。碳化硅是領跑者，氮化鎵成為主要競爭者。

 

這些新材料是什么？嗯，碳化硅——顧名思義——是兩種元素的組合，硅和碳。它作為電源轉換器做得更好，這意味著使用這種材料的芯片可以移動能量，而在此過程中損失的能量更少。氮化鎵也是如此，它由鎵和氮制成，與碳化硅一樣，與傳統硅相比具有明顯的優勢。支持者表示，它可以將充電時間縮短一半。

 

隨著汽車行業經歷一個多世紀以來最大的轉型，選擇正確的技術尤其具有重大意義。世界各地的制造商都在競相放棄內燃機，甚至像福特的野馬和 GMC 悍馬這樣的汽油時代的標志性汽車也在獲得帶有電池的版本。

 

在此過程中，芯片對車輛的工作方式變得越來越重要，涵蓋從動力系統到安全氣囊的方方面面。今年這種情況變得非常明顯，因為汽車制造商不得不限制生產，并且因為找不到足夠的硅而讓經銷商空置。但讓汽車制造商采用新技術對于將電動汽車提升到一個新的水平至關重要。

 

“這對汽車制造商來說是一個很大的學習曲線，”法國半導體分析公司 Yole Developpement 的負責人 Jean-Christophe Eloy 說。“一個好的電池、一個好的逆變器和一個好的電動機并不能給你一輛好的電動汽車。”

 

埃洛伊說，好消息是特斯拉——一家首先推動行業擁抱電動汽車的公司——可以幫助推動這種轉變。

 

Eloy 說，特斯拉是最早采用由 STMicroelectronics NV 提供的碳化硅芯片的主要廠商之一。首席執行官埃隆馬斯克將這項技術吹捧為他的汽車的一個關鍵優勢。

 

使用碳化硅，可以更快地將瓦特功率裝入電池，從而縮短充電時間。它提供了更遠的航程，因為泄漏更少——浪費的電力——因為汽車利用了驅動電機所需的能量。最大的汽車芯片制造商英飛凌科技預計，到 2025 年，碳化硅將超過 30% 的電動汽車功率芯片市場。

 

英飛凌汽車大功率解決方案部門負責人 Stephan Zizala 表示：“碳化硅可以帶來顯著的優勢，實際上可以將范圍提高 5% 到 10%。”

 

一些制造商已經在銷售這個概念。通用汽車正在其 Ultium 電動汽車電池平臺中使用碳化硅器件，這是其所有未來電動汽車的基礎。豐田汽車公司率先推出了普銳斯混合動力汽車，在氫動力豐田 Mirai 中使用了碳化硅，其供應商電裝公司已將這種芯片應用于其他汽車生產線。

 

由菲亞特克萊斯勒汽車公司和法國競爭對手 PSA 集團于今年早些時候合并而成的 Stellantis 最近表示，它可能會在電源逆變器中使用碳化硅，這將是全球大規模制造新一代電動汽車的關鍵。

 

但一些公司，如通用汽車，正在對沖他們的賭注。他們還在尋找未來使用的氮化鎵或 GaN。

 

氮化鎵是一個較新的進入者——目前尚不清楚它會扮演什么角色。英飛凌希望它能夠補充其他技術。其他人則將其定位為碳化硅的競爭對手。寶馬本月早些時候簽署了一項協議，從 GaN Systems Inc. 獲得 2.5 億美元的此類芯片。

 

氮化鎵芯片可以將汽車通常需要的充電時間從 11.3 小時縮短至 4.7 小時，在此過程中可節省 70% 的能源。它還可以將車輛的續航里程提高 5%，并使用更少的電池。這是根據初創公司 Navitas Semiconductor Inc. 的說法，該公司告訴投資者，到 2026 年，氮化鎵芯片將占功率半導體市場的 16%，高于去年的不到 1%。

 

汽車制造商花了數年時間來適應新技術。密歇根州特洛伊市一家中資電動傳動系統制造商 JJE North America 的副總裁邁克爾杜海姆說，十多年前首次向汽車制造商提供碳化硅時，他們認為它“非常昂貴”。

 

當時的典型反應是：“我為什么要那樣做？這太瘋狂了，”他說。現在它正在進入高檔汽車，在這些汽車中，性能優勢超過了成本。

 

盡管如此，仍然有一些痛苦的權衡。傳統的硅基芯片每年生產量以數十億計，而該技術 50 年的主導地位創造了一個龐大的全球基礎設施來生產它。這降低了成本。碳化硅晶片是制造新芯片的基本材料，只有少數幾家公司生產，例如 Cree Inc.，其工藝仍然困難且昂貴。

 

一個障礙是材料本身，它必須在化學過程中從晶種中生長出來。能夠產生所需純度的晶體相對較少。任何雜質都會導致晶圓和芯片效率降低。Cree 的競爭對手安森美半導體公司 (On Semiconductor Corp.) 上個月同意以 4.15 億美元收購 GT Advanced Technologies，收購其碳化硅供應商，這表明材料是多么稀缺。這筆交易使其能夠確保獲得原材料。

 

據 Cree 估計，碳化硅組件可能會使車輛成本增加 200 美元。但新技術的推動者表示，成本將很快收回，因為汽車不需要那么多電池。

 

Eloy 說，這說明汽車制造商需要更多地考慮他們使用的芯片。

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“如果你想節省成本，如果你想增加航程，如果你想完成所有這些優化，你需要涉足半導體，”他說。