《电子技术应用》

如何实现汽车芯片完全自主化 读完下文你就懂了

2018/6/5 5:00:00

  中兴通讯被美国禁售事件一出,立即引发轩然大波和全国各界舆论的哀叹,我国缺“芯”的窘态被赤裸裸的曝露在公众面前。不只通信行业,芯片重度依赖进口的汽车行业,同样面临着“受掣于人”的危险。虽然目前全球三分之一的汽车在中国制造,但令人尴尬的现状是,整车中几乎所有的芯片都要依赖进口。从自主、可控、安全角度来看,汽车主控国产化同样紧迫。中兴事件一出,越来越多的业内人士开始反思,什么时候汽车主控芯片才可以实现国产自主化?

  主控国产化非易事,可从周边器件开始蚕食

  纵观国外,恩智浦、英飞凌、意法半导体等一大波芯片企业已经迅速成长,并且拥有强大的技术实力,占据绝大部分的市场份额。反观国内,为车规设计的芯片少之甚少。虽然国家出台各项优惠政策大力推动芯片国产化进程,但是在高耸的技术和市场壁垒面前,想要跨越并非易事。

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  “这让我想起十年前联想成长起来的时候,我们也曾思考过PC的主控芯片CPU什么时候能够国产化?内存条什么时候能国产化?到现在一二十年过去了,还是没有实现。对汽车产业我同样比较悲观。或许一直要等到我们可以自己做 CPU、存储器的时候,汽车主控芯片的国产化才能实现。”在谈及这个话题,华登国际合伙人王林看法相当保守,虽然该机构也投资了近二十家汽车芯片企业。

  从以往经验来看,即便是消费类电脑CPU国产化都道路曲折,更勿论在可靠性和安全性要求更高的汽车芯片。王林回忆他与上汽一位高管交流时,那位高管的义愤填膺:“别看我们的电动汽车做了这么多,但如果英飞凌不给我供应IGBT,我们一辆车也出不去。”对新能源车来说,电机驱动部分最核心的元件就是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管芯片),这个器件约占电机驱动系统成本的一半,同时也决定了整车的能源效率。无论汽车主控部件,动力部件,国内汽车行业一直都被国外半导体厂商“卡脖子”是不争的事实。

  “中国的IGBT多少年能突破?我觉得至少要5-10年时间。”王林说道,“同样对于主控芯片国产化,这个事情不是说没有希望,我们还是在努力,但是不要希望短时间内能解决问题,我们欠的功课太多,要补的也太多。”

  无论在智能手机等消费领域还是安防监控等行业应用领域,中国芯都有一席之地,但是在汽车领域情况明显不同,汽车是比智能手机等消费产业链更复杂、要求更严格、测试周期更长、门槛更高的产业,国内汽车芯片厂商要有 “用武之地”显然需要的是“长久攻坚战”。

  “所以我们不见得要这么焦虑,”上海矽睿科技有限公司首席执行官孙臻认为,目前业内对于汽车芯片国产化显得有点太焦虑了,“国际厂商做了三四十年,我们现在希望国产三四年就做到,这不符合发展规律,别人花了很多时间和经验积累的技术,要我们一下做到也不科学。”

  而北京中星微人工智能芯片技术有限公司首席技术官张亦农表示可以用“曲线求国”的策略,他指出,汽车芯片安全可靠性是第一位的,以目前技术实力来说,这个市场确实不可能鲸吞,但是可以从周边芯片开始不断的国产化,慢慢渗透到核心的主控芯片,逐步蚕食。

  “汽车中用到包括传感器在内的很多芯片,例如用几百个小雷达感知物体、收集数据,数据多了自然就开始使用AI ,对自动驾驶来说,AI芯片的重要性可能会比原来的主控芯片更为重要。”张亦农说道:“先从传感器开始,到之后的AI芯片,这么多器件如果都开始慢慢用国产芯片,全面国产化或许五到十年可以实现。”

  “肯定的是,做传感器、周边机会还是比较大的。”王林对此也表示支持。华登国际投资了一家研发汽车胎压传感器的公司——宁波琻捷,就在前不久,这家公司发布了其称为第一颗国产车规级论坛压力传感器(TPMS)芯片,目前已经量产和收到了前装订单,印证着从周边开始蚕食的可行性。

  “这将是一个阶梯型的过程,我们可以先从外围或者是其他地方切入。首先要让客户信赖这个产品,然后慢慢切入到比较重要的地方。其中有三点必须要注意:第一我们要做好产品定义,芯片本身产品定义周期很长,汽车的更长,我们需要更多的和市场紧密联系,和客户一起来做产品定义;第二提供好的系统解决方案;第三,产品质量有保证,不能把我们的客户当成小白鼠。”该公司创始人兼首席执行官李梦雄谈到被客户逐步接受的过程:“做了一个产品之后,客户对你的产品有信任,质量体系和设计都认可,后续有需求也会继续找你。在我们第一款产品出货之后,客户找到我们,还希望一些东西我们帮他们来做,例如我们正准备开发第二代的智能系统,刚好他们也有很迫切的需要。再例如有一款芯片,客户的国外供应商断货了8周,这款产品和我们的一颗产品类似,他们非常希望有second choice,这对我们也是一个进入其供应链的很好机会。”

  可靠性、系统交付能力缺失是痛点

  与消费类电子芯片相比,车规级芯片对产品的技术与质量要求非常严格和苛刻。“如果汽车芯片要国产化,可以从不会出安全事故的车开始,”微软(中国)有限公司首席技术顾问管震则对国产汽车芯片可靠性抱有很大怀疑态度,“越低端越容易国产化,这里所说的低端最好是在农村中使用的、不会产生安全事故的那种。我们可以从农村包围城市,这个策略很正常。就算我们自主可控的芯片开发出来,用到某品牌车上,相信也没人敢买没人敢开。所以不能一开始就上城市,不然责任没人敢抗、风险没人担。”

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  正如管震形容的那样,汽车芯片涉及人身安全,对产品可靠性的要求非常高,即使国内芯片企业有能力生产车规级芯片,整车企业也不敢冒然尝试,更何况自主车载芯片刚刚起步。

  目前在核心车载芯片进行国产化替代几乎是不可能完成的任务,因此也有不少国内厂商从看似不那么“核心”的汽车娱乐系统入手,希望把在消费电子中积累的经验移植到车载中,“就算汽车电子中一些产品是消费级别的,但是并不代表要求就降低。” 华米(北京)信息科技有限公司副总裁陈潜指出,“例如宝马车中的娱乐系统,整机厂商也不会去换国产的,会影响他的品牌,即使是消费类也是要满足汽车电子特有的要求。”

  举例来说,一般消费类电子工作温度在-20度至70度之间,车载芯片的工作温度必须满足-40度至85度,还要能经受住冷热冲击、电磁兼容、抗干扰等压力。消费类电子的DPPM指标要求是100-200,但是汽车电子是0.x%DPPM,接近于0。

  “我们首先要把产品可靠性做好。” 孙臻同样表示,“我们认为汽车娱乐系统电子是可以容易进入的方向,但是娱乐系统也是要汽车标准的,和动力系统差不多,也需要达到车规级标准,所以先要把自己的能力提升,新的机会来了,我们才能有进入的可能。”

  国内生产的汽车芯片想要打入各级车厂供应链,必须取得两个大认证,第一是要符合由北美汽车产业的AEC-Q100(IC)可靠度标准;第二则要符合供应链品质管理标准ISO/TS 16949规范。“这个过程更多是需要经验和时间的不断积累。” 李梦雄说道,“像我们这款产品经历了168天的芯片原型设计仿真,12版底层固件更新,586天的可靠性测试和认证,126天的严苛道路测试才能量产推出,因为关乎到安全,可靠性稳定性是第一考量。”

  李梦雄还指出,过车规认证对于国内芯片厂商来说,难度不小,但不是不可实现,而设计出满足车规标准的产品后,交付能力同样是一大考验。所以除了可靠性外,国内芯片厂商最欠缺的还有整个系统交付能力。“我们欠缺的不是一个主控芯片,而是对汽车整个系统的理解能力和交付能力。相比消费类芯片,汽车级芯片在设计生产出来以后,交付给客户的环节还会面临更多考验。汽车级芯片交付非常麻烦,整个质量管理体系很复杂,给汽车厂商交付的文件非常多,中国厂商在完整系统交付能力上非常欠缺。所以不管是主控还是传感器,再设计之前,我们需要的是理解汽车整个系统,包括理解客户的FEMA、PPAP、APQP等等。”

  一方面是国产芯片厂商需内修技术实力、交付能力、对整车系统的理解能力,另一方面,整车厂商的带动亦不可缺失。“汽车芯片重心在欧洲,美国做汽车芯片也不是很多,因为德系车关系,市场在那边,所以带动了一系列的一级供应商起来,也带动英飞凌、恩智浦起来。” 李梦雄说道,“我认为国内也需要类似的过程,现在比亚迪、吉利都做得很不错,如果他们带动我们的一级供应商起来,最后再带动上游的芯片产业、传感器产业起来或者说是主控芯片起来。”

  增量市场、AI领域是国产芯片机会点

  随着汽车智能化、车联网和自动驾驶时代的到来,汽车芯片的使用将更加广泛,越来越多的传感器以及集成了神经元网络、深度学习等AI功能的智能化芯片都将在汽车中得到应用。对国内汽车电子相关厂商来说,无疑是机不可失的机遇。因为在这些新兴领域,我们不必殚心竭虑的“师夷长技以制夷”,而是可以大家都在同一起跑线,从无到有,从有到强。

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  小米产业投资部合伙人孙昌旭就指出,“我们没必要总想着把别人很强的东西抢过来,这个是不可能的,人家已经比我们强很多了,想在主控上超过别人,这是十年二十甚至五十年都不可能发生的事情。人家CPU主控已经做了几十年了,要超越很难,除非政府强制下命令要求国产化,不允许进口,否则没有用户愿意去做,也没有必要去做,这个是资源浪费。本来技术就是不分国界的。我们更应该想人类还需要什么,有什么还没有做的,我们需要把没有做的事情去做了。所以我们要做的是差异化,脚踏实地的在一些新增量市场、新增业务和技术方向去努力。我们人多、勤奋,国家还支持,在这些领域我们是有可能赢过别人、超越别人的。”

  以5G为例,目前国内外技术基本上处在同样的起跑线,华为等国内企业更是走到前面引领着这个产业的发展。华为终端有限公司终端芯片平台规划首席专家王利强对上述看法非常认同:“在新兴领域做增量,对在位者或是新进入者来说门槛是一样的,或者说相差没那么大,这个对新进入者是有机会的,这个增量也可以是比较高端的产品。比如以前车是不联网的,现在海思的4G模块已经做进了欧系车厂中。”

  自动驾驶领域对中国厂商亦是一个非常好的弯道超车的机会。陈潜表示,现在我们处在驾驶领域非常革命性的阶段,如果我们的目标只瞄着主控,那么五年之后就可能完全落后了。因此要从整体的系统去看这个问题,例如除了娱乐系统,还有车联网,包括车与车之间的互联,车与设备之间的互联等等,这是自动驾驶中非常重要的组成部分。“有了传感器、摄像头、激光雷达等还不能满足自动驾驶的需求,汽车和周边环境之间一定会有一个互动,包括车和车之间也会有互动,这里涉及到5G的应用,还有连接接口,这都需要把他们放一块去做一个整体的考量,只盯着一个MCU是不行的。将传感器融合、自动驾驶融合起来,我们的IC还是很有机会的。”

  “在汽车领域,做增量市场机会还是非常多的,不只是芯片。奥迪曾在去年的ARM合作伙伴大会上表示,车不再是发动机的生意,甚至不是电子产品的生意,而是软件和服务的生意。这些都是国内厂商的机会点。”王利强说道。

  “在AI、ADAS领域,我们的起跑线是一致的。AI的特点是数据,谁有数据谁就掌握了话语权,中国人最多、数据最多这正是我们优势之处。”孙昌旭补充道:“AI训练需要数据,很可能五年十年后,国外的AI情商智商都没有我们的高,我们可以做得比他们好。”

  计算能力/GPU的提升、训练数据越来越多、DNN架构的演讲和深度算法的改进,这三个方面的发展促使AI目前到了一个喷发的阶段,国内厂商的技术在某些应用领域例如人脸识别已经到了可以商用化的阶段,因此陈潜指出,“我们不用聚焦在GPU,可以去聚焦在数据的应用。因为我们在算法上人才并不比美国差很多,AI算法是非常重要的部分,这块中国企业还是有机会的。”

  虽然对汽车芯片国产化表示谨慎和悲观态度,但是管震也认为,和人工智能结合起来的芯片或应用场景是我们的强项,是我们不用弯道超车,甚至已经是大步在前的地方。


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