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中国车用芯片落后国际大厂10年,未来机遇在哪里?

上海交通大学校友会集成电路分会组织的第四届IC校友论坛与IC China 2019同期举办,本次会议邀请诸多学界、业界、投资界的交大校友,围绕“人工智能汽车电子与集成电路”等内容发表主旨演讲及圆桌对话,凝聚校友力量,探索交大校友助推集成电路产业发展之路。

9月3日,与IC China 2019同期举办上海交通大学校友会集成电路分会组织的第四届IC校友论坛分两个主题,上半场为《人工智能与AI芯片》,下半场则集中在汽车电子的话题讨论上。

上海交大校友会集成电路分会副会长、艾新教育创始人谢志峰主持了该场次论坛,他表示,上海交大在人工智能芯片方面有很多成就,汽车无人驾驶也会用人工智能技术。随后谢志峰举例说明了无人驾驶比人为驾驶更为安全,并表示更加期待无人驾驶的未来。

汽车“新四化”从“芯”开始

加舟汽车科技(上海)有限公司董事长、仲德资本合伙人总裁程惊雷的演讲主题是《汽车“新四化”从“芯”开始》,程惊雷从汽车需求角度解读了芯片行业,涉及汽车“新四化”的总体要求、车用芯片现状、动态以及发展趋势。

加舟汽车科技(上海)有限公司董事长、仲德资本合伙人总裁程惊雷

如今,科技的发展推动商业模式在汽车行业发生巨大变革,背后依靠四大方面:1,电动化为基础;2,网联化为条件;3,智能化为关键;4,共享化为趋势。

目前的问题是,到底该怎么做?

程惊雷表示,目前还没有一个解决方案满足所需要求。即便是刚刚AI主题的演讲中所提到该赛道里有200多家公司,但什么时候才能做到汽车应用中呢?虽然有人工智能企业发布了芯片,但还仅是Demo阶段。

从汽车电子本身来看,目前汽车成本中,电子器件已经占比达30%,未来可能会发展到50%。汽车电子所涉及的领域也非常广阔,从动力总成到车身数字,再到能源管理,以及安全等。

那对芯片的要求是什么?

汽车是物联网综合组成体,对功耗、算力、安全、成本比对消费芯片的要求更高。程惊雷称目前全世界自动驾驶Demo中,即便只有L3级,芯片功耗也不能满足尺寸要求,更别提L4/L5级别的算力了。

汽车芯片可以归纳为三个方向:感知、决策和行为控制;再细分为6个类别:传感类、射频类、显示类、功率与驱动、存储类、逻辑类。要分析国内厂商的地位和竞争优势,就必须从6个角度逐一分析,不能囫囵吞枣的判断。

为什么汽车芯片非常难做?为什么汽车从机械化到电子化,永远只有NXP、TI、瑞萨等几个公司能提供车规芯片。其他公司为什么不能切入到该市场,这背后的产业链非常复杂,从基础研发到芯片设计、零部件设计、主机厂。虽然有所谓单纯的芯片设计公司,但汽车产业看,为了考虑汽车完整性,通常采取ODM形式,主机厂、零部件厂商和半导体技术公司三者协同创新,确保产业往前发展。

此外,汽车芯片对小型化集成化的要求非常强烈,车里集成超过200多个计算芯片,必须要做到小型化。如今高速的运算对一般公司来说足够,但对汽车来说远远不够,汽车要解决L4/L5级别自动驾驶,其浮点计算数量要再高一个指数级。

车辆内部代码运行问题,自动驾驶汽车中的4000种代码要跑在不同的芯片架构里,亦要做到共同指令集、系统级的平台架构。

关于车用芯片标准,国际上对车用芯片的测试标准仍比较传统,属于基于电子化器件的标准。在日本、美国、欧洲还在推进车用型、电动化的芯片标准体系。目前上海交大人工智能有这方面的研究,国内一些院校还有很大提升空间。国内车辆自动驾驶、芯片技术发展需要实现和国际竞争对手差异化竞争,这对国内车用芯片发展才大有益处。

新能源汽车的BMS

宁德时代(CATL)研发部电子电气前瞻技术开发资深经理侯贻真的演讲主题是《新能源汽车的BMS》,据侯贻真现场介绍,宁德时代成立于2011年,主要做电动汽车相关的电芯和电池管理。“最近几年的宁德时代,几乎和所有整车厂合作,客户遍布全球。目前有80万车装着我们的BMS系统,整个BMS团队有460人。”

宁德时代(CATL)研发部电子电气前瞻技术开发资深经理侯贻真

侯贻真表示:“整车上,除了自动驾驶对计算的要求外,BMS则是第二大高要求的产品。电芯是非常复杂,目前电池管理系统仍做不到对所有电芯非常精确的管理。下一代BMS将拥有更复杂的算法,来进行管理和计算,可能会用目前市场非常高端的产品(处理器)去做。”

BMS芯片是最有可能出现国产替代的芯片,在侯贻真的印象中,使用的几十万颗里并没有出现中国的,宁德时代今年采购的几百万颗电池管理芯片也几乎都来自美国厂商。

据侯贻真介绍,宁德时代未来10年内,将采购3亿颗汽车级电芯采样芯片,3千万颗高端车用MCU,采购额将超过15亿美元。他抛出一个问题:“到底什么时候能够把国产芯片用起来,来摆脱供应链紧张形势?”

随后侯贻真提出了几点电池管理系统芯片国产化难点及建议:首先在设计上,要满足功能安全架构要求的下一代高性能电芯采样芯片及高性能处理器;其次在工艺上,在复杂电磁环境及工作条件下满足高工作电压(>100V)、高精度数模转换(±1mV)要求的BCD半导体工艺;紧接着是质量问题,需要符合汽车级半导体产品质量要求,从原材料加工到芯片生产、封装和测试的质量保证体系;最后是成本,在满足功能及性能要求的同时达成低成本目标,需要权衡功能要求、设计、工艺、生产等多方面的要求。

期待国产芯片能以质量优先,快速迭代,最终逐步完成国产替代。

万物互联,智行天下

慧翰微电子股份有限公司(下简称“慧翰”)CEO隋榕华的演讲主题是《万物互联,智行天下》,演讲之初,隋榕华简单介绍了慧翰业务:“慧翰是国内领先的车联网及物联网解决方案供应商,以以自动驾驶、智能出行为终极目标,以智能化、网联化为方向,打造自动驾驶和智能出行的‘数字积木’”。

慧翰微电子股份有限公司CEO隋榕华

隋榕华认为汽车行业“短周期悲观,长期谨慎乐观”,从国际汽车行业的长周期看,在汽车千人保有量达到150-200附近的时候,主要的汽车消费国都出现了汽车销量增速换挡的现象,从两位数的增速切换至0-5%左右的增速,我们判断中国汽车行业大概率也会延续这一规律。

短期维度看,2018年二季度以来的汽车行业负增长有多重原因存在,其中的部分原因在2019年春节以来逐步好转,我们判断行业销量增速大概率从2019年三季度起逐步复苏,市场当前的行业预期过于悲观。

汽车工业是人类工业文明皇冠上的明珠,自动驾驶是汽车工业的终极梦想,集合了人工智能、5G、芯片、传感器、算法等最前沿的信息化技术。但自动驾驶实现的过程还很长,但在过程中许多技术需要不断打磨、完善,但可以提前分拆产业化。这也是慧翰自动驾驶“数字积木”战略的背景。

豪威科技赋能自动驾驶

豪威科技(下简称“豪威”)汽车电子中国区业务总经理刘琦演讲主题是《豪威科技赋能自动驾驶》,他表示,自动驾驶分为,感知、决策和行为控制,而豪威专注于感知层面。成立于1995年的豪威,24年来一直致力于图像传感器。

豪威科技汽车电子中国区业务总经理刘琦

据刘琦介绍,豪威图像传感器的市场排名,除了手机和汽车领域外,其他都排第一。“汽车行业开发周期很长,对业绩的反应也相对滞后,在投入上,我们有信心在4到5年内在汽车行业做到第一。”

“豪威在汽车已经摸爬滚打15年,该走的坑都已经走过,在新品开发上具有一定优势。”刘琦在谈到汽车图像传感器领域时如此说到:“未来自动驾驶的汽车上,一辆车可能会用到14到15个图像传感器,环视、驾驶员疲劳监测、行车记录仪,甚至是未来的后视镜都会用到图像传感器。”

除此之外,刘琦还认为,豪威之所以能够在汽车领域成功,得益于其是唯一一家在手机、汽车、安防领域都有所建树的公司,而这三个市场对图像传感器的要求都不一样。比如安防对低照、近红外要求高;汽车对可靠性、宽动态技术要求高;手机则钟情于小像素。

“三种技术支柱互相补充,互为促进,这就是我们的优势。”刘琦如此说道。

国产汽车芯片的机遇在哪里?

随后上海交大校友会集成电路分会副秘书长、锡喜科技CEO孙一中主持了主题为《车联网和汽车电子》的圆桌论坛,嘉宾对国产汽车芯片的机会发表了各自的看法。

程惊雷认为,汽车本身具有特殊性,属于动态功能运用,对传感类、射频类、显示类、功率与驱动、存储类、逻辑类产品缺一不可。汽车属于工业中的工业,本身内涵过于且复杂。从发展角度来看,挑战最大的是两类芯片:

1,逻辑计算芯片,汽车应用要求之多,还要抗冲击和保证15年寿命。全世界做计算芯片的企业,只要一碰到汽车行业就摇头。

2,功率芯片,如IGBT、碳化硅、氮化镓等,未来需要功耗越来越低、效率越老越高,此外功率器件的电压要不断提升,还要做到安全。

在谈到中国芯片的机会,程惊雷表示,中国车用芯片落后美国10年到12年之间,从逻辑上看,现在国内芯片世界级企业,在技术逻辑性和完整性上,相当于如TI、英飞凌、NXP等传统公司12年前做的事情。但还是有机会,要充分利用中国产业优势。程惊雷认为在感知芯片、安全芯片以及边缘计算方面中国有很大的机会。

上海奔悦人工智能创始人兼CEO、徳鼎创新投资合伙人洪彬则认为在商用车以及专用车等这些对芯片要求不是很高的场景,会有很多机会。当洪彬切入码头无人驾驶就是基于落地场景考虑。

侯贻真则表示,电池管理芯片是一个比较特殊的产品,它永远与电池相连,整个生命周期都带电,且工作电压持续在40到60V之间,而目前宁德时代所采购的相关芯片失效率都不低。此时导入国产芯片就很谨慎,毕竟每年夏天,不少新能源汽车都会自燃,可能下一代BMS会做到提前预警。侯贻真提到下一步的目标是与国内外代工厂同时做,来验证国产芯片,帮助国内厂商做大做强。

关于功率模块特点,采埃孚日本研发中心功率模块封装项目负责人梁小广认为这是一个融合电池直流电、电机交流电、发热、大电压、机械性、温度冲击、材料、力学等综合产品。30年来,功率模块结构并没有什么变化,但依旧很难,在混合动力上,我们还有机会。

豪威科技中国区运营副总裁、半导体总经理池伟表示,希望将全球技术优势带到中国市场,与国内企业对接,做更长远更好的发展。南京商络电子股份有限公司董事长沙宏志称公司从消费类产品起家,慢慢深入汽车领域,而今后打算研究的更为渗透,将系统产品串联起来。

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