簡介：在瀏覽每天關于特斯拉永不枯竭的技術新聞時，我突然發現，這世界上最不可能躺平與最會發揮創造力價值的人，大概就是特斯拉的工程師了。什么，都可以從車上扔掉；什么，都可以被新東西換掉。如果說不沾染激光雷達、高精地圖，以及拋棄12枚超聲波雷達...
在瀏覽每天關于特斯拉永不枯竭的技術新聞時，我突然發現，這世界上最不可能躺平與最會發揮創造力價值的人，大概就是特斯拉的工程師了。
什么，都可以從車上扔掉；什么，都可以被新東西換掉。
如果說不沾染激光雷達、高精地圖，以及拋棄12枚超聲波雷達只是自動駕駛部門的“痛苦”；
那么動力總成部門，似乎也在“享受”著多項削減帶來的創新壓力。
2023年3月的投資者日，浮夸的宏圖計劃讓吃瓜者忽略了背后那幾張PPT的小細節。但恰恰是細節里幾個不起眼的物理名詞，直接引發了兩個垂直產業的動蕩。
因為特斯拉動力總成工程負責人科林·坎貝爾將在未來的特斯拉低成本車型上砍掉兩樣東西：
一個，是徹底丟掉發動機上的稀土磁鐵；
另一個，是在不影響汽車性能前提下，減少75%的碳化硅（SiC）芯片使用量。
此言一出，前者引發了包括中國與澳大利亞在內的稀有金屬供應商超過10%的跌幅。而后者，直接導致SiC芯片巨頭意法半導體、安森美以及SiC材料供應商Wolfspeed的微幅震蕩。
有趣的是，明明是2018年特斯拉率先在自己的Model3車內使用了碳化硅逆變器，震動了全球功率半導體產業，也間接引爆了2020年以來國內第三代半導體（這里指代碳化硅、氮化鎵）的投資運動。
現在，它似乎又變卦了。
當然，特斯拉的減負運動一直都有讓產業陷入恐慌的本領。但這兩種特殊器件被“削減”的原因，卻有著天壤之別。
前者，始于供應鏈安全，既是歐美廠商集體面對的潛在危機，也是馬斯克對環保的另一種承諾；
而后者，則是一種始于成本，忠于汽車架構簡化趨勢的商業選擇。
一、無稀土，不成車
很多人都以為電動汽車是靠電池驅動的。然而，驅動電動汽車的本質是“電磁學”：
當電子流過馬達（電機）中的線圈時，它們會產生一個電磁場，再利用相反的磁力推動馬達之軸的旋轉，從而讓車輪也轉動起來。
特斯拉后輪的驅動力，便來自于帶有“永磁體”的馬達。這里的永磁體，顧名思義，是一種具有長久穩定磁場的特殊化學材料。
這種材料的最關鍵化學元素，就是稀土所包含的17種金屬之一：釹。也是特斯拉幻燈片上的“稀土1”（下圖）。
而在“釹”的基礎上，磁學家們再加點“鐵”和“硼”，就能創造出一個強大且永遠在線的磁場。
釹鐵硼，毋庸置疑，是當下質量最高、效果最好的汽車電機磁場締造者。
簡言之，雖然一輛車的“稀土含量”只有幾公斤，但刨除這幾公斤，電動車就是不能行駛。
它不止可以驅動近2000公斤的特斯拉轎車，也在為工業機器人與戰斗機“生產”磁場。
這三個金屬元素應該都知道是啥吧
2018年左右，特斯拉在車上加入了釹鐵硼磁鐵，以便在不升級電池的情況下就能增加行駛里程、提高扭矩。
而含有這些元素的稀土礦，有近三分之二來自中國。此外，我們也負責加工了世界上90% 以上的磁鐵。
現在，特斯拉要在平價車型上找到完全替代“釹鐵硼”的磁鐵，不太可能自己發明什么更牛逼的新材料。
因此，這就讓很多物理學家猜測，基于供應限制與提純造成的環保問題，他們會在性能不那么高的替代品中做出一些妥協。
一般來說，合適的車用磁體需要具備三種特點：自身具備磁性，與同時存在的其他磁場“不相克”，以及必須能承受高溫。
譬如，排除掉昂貴的“鈷”等金屬，呼聲最高的是一種發源于日本的“鐵氧體”材料：
將這種由鐵與氧組成的陶瓷混合少量金屬，便能產生磁體，便宜且容易制作。生產鐵氧體磁芯的韓國企業三和電子，便因特斯拉而股價飆升。
然而，它的體積只有釹磁的十分之一，這就必然要顛覆馬達的體型與構造。
幸運的是，馬達是一個結構復雜的機器。一處細微調整便可能會減少磁鐵要承擔的巨大壓力。包括SDK在內，日本電子器件商在嘗試做類似的創新。
有趣的是，人工智能在這里面多少發揮了一些作用。
目前，一些對磁鐵深度著迷的研究者，在數十萬種可能的材料中剔除了那些風險材料后，開始利用機器學習來預測、排布剩余材料的磁性。2022年，一種“含鈷的高磁材料”就被計算機驗證過，但不幸的是，“鈷”也具有壟斷性。
另外，北美材料公司 Proential 將鐵氧體與電機設計圖的相關資料，全部納入計算機模型。后者測算出，在同等性能下，合適的發動機重量只增加了30%，差異不大。
當然，“去稀土化”的籌謀非特斯拉一家獨有。一些日本車廠從源頭入手，在北美與澳大利亞發掘更加合適的稀土資源；而汽車供應鏈巨頭們則模仿特斯拉，用創新解決問題。
譬如，2023年年初，法國汽車零部件巨頭法雷奧在800V電機領域的新產品中，除了永磁同步電機，發布的電勵磁電機有明確標注“沒有使用稀土”。
很多相關論文在2022年后增多。幸運又可惜，機器學習作為工具加快了化學材料的挖掘，但它解決不了后續的困境
但更多難題來自金屬材料的穩定性與量產。
無論是明星磁鐵創業公司Niron的氮化鐵，還是另一種含錳的高磁力材料，都無法以理想的形式長期制造與保存；
另一邊，劍橋的科學家們在隕石中發現的鎳鐵化合物（合金礦物質）雖然具備高磁性，卻不能批量生產。
很明顯，考慮到電動汽車產業追求的低成本與高效率，以及技術未徹底突破等難題，要想完全擺脫稀土資源，至少10年內不會發生。
但這種尋找“差不多”替代品的趨勢已蔚然成風。包括特斯拉寧愿選擇相對落后的磷酸鋰鐵電池，而不選擇含有鋰、鈷、鎳等材料的三元鋰電池，也有同樣的道理。
此外，通用汽車等歐美主機廠，也在加拿大、澳大利亞等地尋找鈷、石墨等可替代的電池材料標的。這也能說明，避免任何層面上的不確定性，是一個更明智的商業選擇。
二、解綁碳化硅
國內對特斯拉要扔的東西，除了激光雷達，碳化硅（SiC）產業或許最敏感。
這個賽道爆發的起始點之一，便是2018年Model3被拆解后，眾人發現特斯拉的后置逆變器由24個電源模塊組成，而每個模塊包含兩顆SiC MOSFET（前置是英飛凌的IGBT）。
簡言之，基于意法半導體的芯片連接技術，特斯拉用48顆SiC MOSFET（場效應晶體管）替代了84顆硅IGBT。無論散熱還是功耗都產生了意想不到的效果。
而上個月，他們決定減掉75%的碳化硅，被猜測將采用SiC MOSFET+硅 IGBT的混合模式，SiC單顆的電流容量卻可能從50A升至100A。
有碳化硅設備廠商開始恐慌，但也有業內人士指出，目前包括英飛凌在內，市面上12顆SiC組成的逆變器模塊，正是最流行的技術風向。
這看起來與“減去75%”的想法不謀而合。但從更宏大的立場來看，這難道不是與“汽車架構向簡單化、小型化以及更少零部件發展的大趨勢”不謀而合嗎？
汽車產業的演進思路，或許早就被納入碳化硅芯片巨頭們的升級計劃內了。
2018年被拆解后的特斯拉Model3逆變器
逆變器在電動汽車上扮演的角色很簡單：
通過電磁開關，將電池里的高直流電壓轉換成牽引電動機的交流電壓，驅動兩個前軸與后軸。
但不得不說，用“碳化硅材料”替代“硅”來制作逆變器，絕對算得上是首屈一指的創新。而讓特斯拉工程師們充分發揮創造力的機會，源于這一材料5倍于硅的熱導率、10倍的耐高壓能力以及3倍的寬帶隙。
一位工程師解釋，在電磁高速打開和關閉的過程中，會源源不斷產生熱能。而硅材料逆變器的開關頻率通常為50~60赫茲，“再高的話，就會浪費不必要的能耗，甚至承受不住”。
但碳化硅材料，即使是在100千赫茲的頻率下，產生的熱量也很少，能源效率要高很多。
很明顯，如果一個開關可以運行得沒那么熱血沸騰，在損耗相等的前提下，整個動力系統（包括冷卻裝置）可以做得更小更節能，從而節省更多成本與空間。
這也無疑順應了目前電動汽車制造商將電池升級到 800 伏的產業趨勢。
一位物理學博士曾大致測算過，在尺寸體積差不多的前提下，用碳化硅逆變器可以提高動力系統運行效率，將續航里程增加10%。
此外，當年有日本車廠在評測 Model 3的空氣阻力系數與跑車一樣低的原因時，“縮小逆變器為流線型設計作出貢獻”這一點榜上有名。
英國知名市場研究公司 Exawatt對內燃機架構、混合動力與純電動汽車的各部分成本做了比較。他們認為，碳化硅逆變器改變動力效率與電池尺寸，最終會利于降低整體成本
但是，碳化硅器件的材料成本卻是硅的2~3倍（其中最大的成本差異來自“襯底”）。這才是決定碳化硅在純電動市場應用速度的關鍵因素，也是特斯拉在下一代平價車型減少碳化硅器件的原因之一。
不過，一位日本廠商認為，硅與碳化硅之間的價格差距，在后者進入大規模生產后，已經從五年前的十倍急劇縮減至現在的兩倍左右。
而隨著各大工廠開始生產更大的 SiC 晶圓，這一差距還會進一步縮小。
非常有趣，在特斯拉要砍掉75%碳化硅用量的同時，除了資本市場相對敏感，在國外，包括20年前開發出第一枚SiC芯片的英飛凌在內，瘋狂建廠與擴大產能的半導體巨頭們并沒有受到特斯拉的影響：
2023年，全球頭部碳化硅材料供應商 Wolfspeed 計劃斥資20億歐元在德國等國建立新廠；而另一家碳化硅芯片巨頭安森美，與大眾集團簽署了開發SiC芯片的全面戰略合作。
就在上周，德國汽車零部件巨頭博世，也剛剛宣布收購TSI半導體的關鍵資產，以擴大SiC晶圓的制造產能。
在國內，比亞迪、小鵬與蔚來等主機廠還在繼續向SiC創業公司注資。而在極度缺芯的2022年，包括華為、主機廠與資本在內，在這個國內被稱為“第三代半導體”的市場已經投入了超過百億的真金白銀。
碳化硅晶圓大廠高意集團（II-VI改名為Coherent）碳化硅襯底
但毋庸置疑的是，SiC MOSFET 在汽車產業還處于極早期階段。畢竟IGBT占領市場多年，英飛凌龐大的IGBT業務線與瑞薩電子等巨頭推出的800V緊湊版IGBT，并非沒有抗衡SiC之力。
有人指出碳化硅泡沫早已出現，而這幾乎全部來自于“特斯拉搖擺不定的喜好”。其實碳化硅模塊在汽車產業的問題，與其他新興汽車硬件產業非常相似。
對標2021年大約60億美元的IGBT 市場，車用IGBT只占其中1/5；因此，碳化硅，必然是一個需要工業、醫療與光伏大力填充的產業。
如果再翻看Wolfspeed的財報，就知道2022年這家碳化硅巨頭的汽車收入占比不到20%，其余則來自于工業、醫療與太陽能。
更有趣的是，采用WolfSpeed SiC逆變器的Lucid Motor，2022年汽車交付量竟然只有數千臺。
但是，畢竟依靠碳化硅在汽車市場的大餅讓股價飆升了40%，Wolfspeed自己堅定地預測，2024年將是車載市場的翻盤之年，收入占比將超過50%。
只能說，產業看到了特斯拉2022年全球131萬的交付量，這意味著SiC MOSFET出貨量高達千萬顆，容易讓人產生“我也能”的狂喜。
但錨定車載賽道、產能在幾年后才會上來的碳化硅創業公司，當下，不得不需要暫時擔憂一下還處于價格惡戰漩渦里的車廠們。