张睿、原诚寅：为什么我们能生产芯片，但生产不了汽车芯片？

导读：芯片！芯片！芯片！ 不仅仅是手机、制造业，芯片荒也蔓延到了汽车产业，成了中国汽车发展的“卡脖子”技术。 在2021年“第三届世界新能源汽车大会”（WNEVC 2021）上，浙江大学先进集成电路制造技术研究所副所长张睿、国家新能源汽车技术创新中心总经理原诚寅聚焦汽车芯片产业，提出中国汽车芯片严重依赖进口，急需提升国产率，而其中的关键在于政府推动，构建共生共赢的生态体系。 本文根据现场速记整理，未经演讲者审核。

最近几年新能源汽车发展非常快，去年我们国家新能源汽车销量超过136万辆，因为中国有政府的推动，碳中和和碳达峰等相关的政策支持。

以传统燃油车为主力的美国市场里，新能源车的销量也逐年上升，而且上升非常快。市场发展速度快有技术方面的原因，也有政策方面的原因，对我们汽车芯片的发展带来了很大的机遇，一个汽车里面芯片种类非常多，中间有上百种的电子设备都要用到芯片。汽车产量不断提升，那么我们现在面临的挑战是什么？怎样去解决这些问题？

去年年底芯片荒的问题影响到汽车行业整体发展，很多芯片燃油车和新能源车是都受到影响。从芯片制造的角度来看，根本原因是供需不公平：一方面是疫情原因导致产能下降；另一方面，对传统的芯片制造来说，电子芯片利润比较高，很多厂商都会先做，但投入能力不足，汽车行业出现了非常强劲的复苏后需求量暴涨，供应量跟不上。两者结合起来导致我们国家汽车芯片的短缺问题。

国内自己制造汽车芯片面临几个问题：首先市场的规模，或者利润的规模是比较小的；第二汽车芯片的验证周期非常长，带来一些问题；另外，企业要做汽车芯片的制造，是一个出力不讨好的事情，要面临非常高的壁垒。这几个原因综合起来我们国家的芯片大部分还是进口，前装芯片超过5%、后装芯片超过80%都来源于进口，国际上大多数的汽车芯片供应商都来自日本、欧洲、美国，我们国家大概是3%多一点。

那么，为什么我们国家能生产芯片，但是生产不了汽车芯片，尤其生产不了高附加值的芯片？

光刻机卡脖子的问题大家听了很多，目前台积电最好的光刻机能做7纳米形成的光片，中间的一条线用的是Intel的193i光刻机，生产它的芯片和台积电技术水平相当，他们的芯片是非常类似的，也就是说单项设备并不是开发芯片制造工艺的必须。我们国家的情况是，中芯国际制造芯片，用的设备都是193i的光刻机，中芯国际的14纳米比Intel的14纳米水平稍微的弱一点。

这三个例子说明一个问题，在今天的集成电路制造，单项技术突破的作用是非常有限的。而且，我们芯片制造的成套工艺跟国外有一定的差距，目前的工艺能力能达到的效果还是弱于一些国外先进水平，这导致我们国家生产的芯片比较难形成市场优势。

我们往往把芯片制造简单划分成设计、制作、封测这三个阶段，但设计制造不光是这三个阶段，围绕这三个阶段需要有很多的支撑行业或企业去供给这些芯片制造企业，包含了一些原材料的企业，芯片制造需要硅片、光刻、化学气体等，还需要各种各样的设备，包括工艺的设备和检测的设备。

另外高精度的光刻胶和光刻板我们国家没有办法生产，包括检测设备比如测量膜的厚度，都是我们国家短缺的而汽车芯片制造面临的一些困难。这并不是我们芯片制造本身的问题，芯片制造领域的竞争实际上是全产业链的竞争。

目前芯片制造面临的问题，恰恰说明我们在全产业链上都需要进步。要想形成汽车芯片产品，需要把薄膜、光刻机这些东西集合起来，但是这中间是非常庞大的技术工程，这些设备要进行验证，每一种不同的方法都会反映到芯片性能上去。

智能汽车芯片

往后是关键工艺的开发和关键工艺的整合，最后通过工艺参数的优化，提升芯片利用率，整套下来叫芯片制造成套工艺，要想提升芯片制造产业，或者这个行业的水平，我们一定要努力创造。

我们最大的机遇是物理上的机遇——摩尔定律，由于物理上的一些限制，摩尔效应的演进速度是变慢的，最近5年每一代技术性能的提升只有3.5%，意味着智能提升非常有限。摩尔效应让我们有更长的时间进行技术追赶，技术追赶的过程中我们面临成本和技术本身的问题，如果突破这两方面限制我们就有可能追上去。

另外一个机遇，从我们国家实际的情况出发，我们需要冲击更先进的制造工艺，也要看到更多的产品都需要最先进的14纳米节点工艺或者10纳米节点工艺，龙头企业的营收占比超过了80%。我们想在中国做芯片制造，重点肯定在55纳米以上的节点，这还有技术方面的优势：产品线多，寿命长，售价高。将来想要进一步突破卡脖子的限制，需要聚焦比较容易国产化的节点，我们的芯片制造产业发展的优选方案，一定是从相对成熟的节点出发去开发一些产业技术。

当然在产业技术开发的过程中也有一些特点，学校或者科研院所做的比较多的是原型技术，是无边界的创新，方向性并不明确，在创新过程中是按照自己的兴趣来做；而企业为主导的创新是以产品为导向，以市场需求为目标，一定是能卖钱的产品。

但是在前沿技术和产业技术中间，还有部分技术归类为产业技术，但还没有到达产业化成熟度。这一步在我们目前的产业开发流程中是一块空白，所以要有政府、学校、企业去做前沿技术研发。

这样的平台不是我们国家独创，在国际上有非常多的成功经验。一个是IMEC，还有一个是美国的DARPA，无论以谁为基础，效果都类似进行一些产权技术的研发，一边吸收前沿技术，把前沿技术向工业界转移。

国产汽车芯片发展的道路是艰巨而漫长的，不是三五年能够解决的问题，虽然发展之路漫长，但并不意味着我们不做，要勇敢接受这样的挑战。

在现在的时代大背景下，我们有挑战也有机遇，很多行业处在高速增长的情况下，如果和高速增长的行业结合起来，芯片产业还是有比较好的发展前景。汽车芯片具有特殊性，想切入汽车芯片的这个行业的话，很多的企业和创业创新公司有一定的难度，如果要想推动汽车芯片发展的话，我们不可避免地需要行政力量和国家支持才能达到这样的目的。

原诚寅：

汽车芯片联盟自去年9月正式成立后主要围绕着以下几方面做了诸多工作：首先推出汽车芯片的商用保险，让车企敢使用国产汽车芯片；其次是协同产业链各界，共同推动汽车芯片的标准体系建设，预计会在年底有相关成果对外发布；除此以外，我们也在积极推动汽车芯片的测试验证流程，促进汽车芯片厂商与整车企业的上下游供需对接，包括联合开发等，以增强彼此的互信互认。结合上述工作和现阶段汽车芯片产业需求，我报告的题目是《中国汽车芯片产业生态建设实践》。

首先，新能源汽车是非常明确要发展的战略性产业，而且在中国市场，新能源汽车的占有率迅速提升，预测今年有250万辆甚至更多。除了市场的放大之外还有技术，我们怎么把适合行业、适合用户、更适合市场需求的技术挖掘出来？新能源汽车整个产业和传统车也不太一样，新能源汽车企业的产品定位越来越高端，不像以前自主品牌都是在10万元以下，一些新势力品牌都有机会有能力争夺高附加值的市场。

汽车行业这几年发生了巨大的变化，新四化给我们提出了更高的要求，对我们做车的人来说面临更大的挑战，我们可能从软件和硬件的架构上，包括新技术甚至新理念在整车的商业模式运营上有更多的尝试。我们未来的趋势是新兴电子电气架构从分布式发展到域集中式，再到中央集中式，包括软件、硬件和通讯技术三大升级，加上大数据技术构建成完整的闭环。

第二，智能网联加速导入。智能网联加速导入过程中我们发现造车的势力也发生了变化，第一批加入造车的人是互联网企业成功人士，他们看到了个人创业的机遇，包括其他一些科技公司进入市场，整个产业的链条包括传统主机厂，造车新势力、传统Tier1、新科技公司均加速布局智能驾驶技术，希望更多的软件企业加入。

我们老的造车是机械定义，发动机、百公里的加速度，但是现在，已经来到软件定义汽车的时代。越来越多的软件应用可以运行在预埋、高配、冗余的硬件和强大的计算平台之上，通过软件设置和后续升级实现对车型功能的集中管控，满足用户按需实现功能、按期升级功能及“千人千面”的体验，不同人的不同需求得到满足，而这需要有足够强大的硬件平台支撑。

另外，主机厂不再是卖产品的企业，更多是一套全生命周期产品和提供商，一次性的交付模式会逐渐被各种各样的软件迭代、各种各样的服务取代，这种模式下会出现很多主机厂把收费模式从销售产品硬件加入到软件，进入持续服务模式，这对产品前期的基础平台提出了要求。

最后，我们看到的趋势是价值生态完整重构，从上游的零部件、制造厂商，到下游的4S店，还会延展到汽车、终端客户，还有线上线下的协同，这说明未来的产品竞争是完整的生态圈竞争。

汽车电子市场是非常巨大的，中国的市场还会增长，过程中汽车电子的占比还会不断提升，随着实现新四化的大规模上车，预计到2030年汽车电子成本占比会提升到整车成本的51%，到2023年汽车电子市场规模将超过8000亿。

但目前车规级芯片国产化的自主率很低，很依赖进口，车联网或自动驾驶创业型企业已经在逐步推出具有知识产权的“自主可控”的产品。我国汽车工业发展一直在缺芯少魂，对整个汽车芯片产业而言，我们要慢下心、静下心，认真干10年，可能才会看到产业链条形成完整的体系。

整个产业规模中，进口芯片率是90%，关键系统芯片全部为国外垄断，其他车身电子简单系统的自主化率刚过10%，国家部委建议未来对自主品牌的汽车芯片自主化率有一些要求，但市场还是巨大的，新能源智能车的单车芯片成本可能会从传统车的300到400美金，快速提升到1000到2000美金，中国能占多大的市场份额是我们所面临的问题。

芯片行业是一个强绑定的供应链体系，行业壁垒比较高。分析梳理整个汽车产业链条，新品设计出来后拿到主机厂没有办法快速上车，因为对大多数的主机厂而言我们是集成商，需要完成对应可靠性测试，认证包括性能的评价，除此之外芯片企业还需要完成质量管理体系流程。

一般一款芯片需要2-3年时间完成车规认证并进入整车厂供应链，进入之后一般能拥有长达 5-10年的供货周期。进入到汽车链条是很长的周期，一个产品开发36个月到48个月，产品的寿命周期是10年，所以10年备件的要求对芯片企业提出了更高的要求，需要大家的恒心和毅力。

整个产业创新生态的核心问题，就是标准体系不健全，特别是关键产品应用，创业创新生态建设严重不足，从行业标准、关键技术攻关，到核心的芯片研制、产品评测认证，再到最后实车验证，是完整的全生命周期。

解决这个问题我们建议打造这样的链条：由共性的创新平台牵头，实现信息通畅、企业主导、政府支持、产业成链、生成联盟。所以我们去年9月份发起成立了中国汽车芯片产业战略联盟，技术生态上从设计、标准、认证，到制造分装、整车应用。拉动不同的组织一起参与进来，包括汽车电子厂商形成联动、跨界融合、共生共赢的新业态，才有机会做成这个事情。让每个成员有责任、有义务、有收获，这个联盟才会有价值。

中国汽车芯片产业创新战略联盟的目标就是跨界融和、共生共赢，真正打造创新的产业生态，推动中国芯片产业的发展。希望在联盟的支持下能够真正地打造适合新能源汽车芯片的技术生态和产业生态体系。我们也向大家表态，联盟会发挥好作用支持大家的创新和合作，通过联盟更好地链接产业的各个组织各个机构，让大家形跨界融合、共生共赢的生态体系。

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汽车芯片进入5nm时代 高通掀起汽车芯片制程之战

【太平洋汽车网 行业频道】前不久，搭载A14芯片的iPhone12和搭载骁龙888的小米11推出，消费电子产品芯片才刚刚进入5nm时代。

当地时间1月26日，高通召开了以“重新定义汽车”为主题的线上发布会，同时发布了两款5nm制程的汽车用芯片。搭载该芯片的第4代骁龙汽车数字座舱平台开发套件预计于2021年第二季度就绪，计划于2022年开始量产。汽车芯片从未以如此快的速度追赶消费级电子产品芯片制程工艺。

2020年可以说是“智能汽车元年”，随着特斯拉Model3销量渐长和国内造车新势力的快速成长，智能汽车开始走进了人们的视野。与此同时，各大传统汽车巨头也纷纷加快了电动化、智能化转型的步伐。相伴而来的，是汽车对高端芯片的需求量激增。

汽车智能化时代到来

4G时代的到来催生了移动互联网和全球联网的普及，让人人得以接入互联网从而缩小了数字鸿沟。而即将到来的5G时代，凭借低延时、高可靠、大带宽的特性，5G不仅会实现人与人的互联，并且万物将始终与云相连，而汽车作为人们出行最重要的工具，智能化转型已经势在必行。

5G预期将支持数十亿终端接入网络。未来数年，这些终端产生的海量数据对于全球经济至关重要。5G通过连接从中央云到边缘侧的智能与数据，将让AI大有用武之地。正如4G推动了互联网接入的普及，5G将通过推动计算的普及并将计算扩展至云端，来进一步让AI普及。5G+AI将赋予发明家和创业者们随时随地获取计算处理和智能的能力，这将开启新一轮的创新浪潮，也将为高通和整个生态系统带来巨大的机遇。根据IHS预测，到2035年，5G将创造13.1万亿美元经济产出。

当前，汽车正在经历从总线到域控制器为核心的全新电子电气架构转型，车内各个功能单元正在被完全打通。汽车内部系统的数字化水平不断提升，各个层级的汽车都将配备更多更大的显示屏幕。甚至很多入门级的汽车其中一个核心的功能就是电子信息娱乐系统以及车载网联功能。蜂窝连接功能在汽车上的采用比例越来越高。根据预测，到2027年，所有在售的汽车内置蜂窝连接技术和功能的，将从2015年的20%提高到近3/4。

当然，更大的变化可能发生在自动驾驶方面。目前，ADAS（先进辅助驾驶系统）已经变得越来越普遍，而在AI技术不断成熟后，汽车将有望实现更高阶的自动驾驶功能。而导航也将从基于GPS全球定位系统和一些路况信息，升级到基于5G技术的C-V2X车路协同和高精度地图、高精度导航。

近年来L2+级别自动驾驶功能正在快速的发展和普及。而随着连接技术正在成为汽车的传感器，辅以高性能且具有高效散热设计的AI芯片组，汽车对于驾乘人员而言变得越来越安全，而我们也正在逐渐迎接一个全自动驾驶的世界。

而智能座舱、自动驾驶水平的提升，都依赖大算力、低功耗芯片的支持。当前仍是主流的24nm乃至48nm制程工艺的车规级芯片显然已经跟不上产业的快速转型，即便英伟达和Mobileye，其最先进的自动驾驶芯片目前也仅采用7nm工艺制成。高通如此迅速的将目前最先进的5nm制程工艺芯片完成车规级验证引进到汽车领域，掀起了智能汽车时代高端芯片的新的较量，最先进制程的芯片将不再只是消费级电子产品的专属。

汽车领域首款(两款)5nm芯片

高通为汽车行业提供技术解决方案已经超过15年，早在2015年开始布局智能座舱和自动驾驶市场，早前推出的主力产品820A座舱SoC采用7nm制程工艺，已经获得了不少客户的青睐。在发布会上，高通表示全球25家主要车企中已经有20家与高通达成合作，使用其智能座舱产品，相关产品订单量总估值已经超过了80亿美元。

• 第4代骁龙汽车数字座舱平台

而最新发布的两款5nm SoC，是汽车领域首款5nm芯片。本次发布的第4代骁龙汽车数字座舱平台，其核心是是一颗5nm SoC，内部整合了采用和今年高通旗舰芯片骁龙888同一世代的第6代Kryo CPU、多核高通AI引擎、第6代高通Adreno GPU等，性能和能耗较820A有了大幅提升。

第4代骁龙汽车数字座舱平台支持驾乘者的个性化设置、车内虚拟助理、自然语音控制、语言理解、驾驶员监测、驾乘者识别，以及自适应人机界面等AI应用。通过串行接口支持16路摄像头输入，以及以太网接口接入更多摄像头，第4代骁龙汽车数字座舱平台可以实现实现车内环视等功能。

同时，第4代骁龙汽车数字座舱平台还预集成支持C-V2X技术的高通骁龙汽车5G平台，提供针对无缝流媒体传输、OTA升级和数千兆级上传与下载功能所需的高带宽。在连接方面预集成Wi-Fi 6和蓝牙® 5.2，提供顶级车内无线体验，包括热点、高速游戏以及无线Android Auto等手机镜像技术。

在软件方面，其上层操作系统（HLOS）和应用程序的架构和分发采用Android车载嵌入式操作系统和谷歌汽车服务（GAS），Linux、Yocto和车规级Linux（AGL），基于AliOS的斑马智行，webOS Auto和其它AOSP分发版。而实时操作系统（RTOS）支持黑莓® QNX® 和QNX® OS安全版，Green Hills Software INTEGRITY®和u-velOSity™，以及威腾斯坦高完整性系统SAFERTOS。Hypervisors管理程序包括黑莓QNX® Hypervisor和QNX Hypervisor安全版，Green Hills Multivisor®和u-velOSity™，以及OpenSynergy COQOS Hypervisors。而Linux 容器化技术包括提供并使用虚拟化和容器化组合，在混合关键架构中满足内存、性能和功能安全以及隔离需求。

据悉，，第4代骁龙汽车数字座舱平台从今年第二季度开始，其开发套件就将出货，届时开发者可以提前针对硬件开发软件产品。真正实现装车量产需等到2022年。

此外，高通还宣布与通用汽车持续合作，基于跨越多代蜂窝技术的长期合作，双方将充分发挥专长打造下一代汽车所需的高度领先的技术。高通技术公司将联合通用汽车，赋能数字座舱、下一代车载网联系统以及未来的先进驾驶辅助系统（ADAS），满足不断演进的需求，从而为消费者提供更好的驾乘体验。据悉，目前通用汽车正在采用第3代高通骁龙™汽车数字座舱平台。

• Snapdragon Ride自动驾驶平台

另外，高通同时宣布Snapdragon Ride自动驾驶平台的核心SoC也将基于5nm制程打造。目前，英伟达、Mobileye最新的自动驾驶芯片均采用7nm制程工艺，而特斯拉自研的自动驾驶芯片采用了三星14nm制程。

不过，随着苹果、华为海思、高通、三星在去年下半年及境内先后发布了旗下首款手机用5nm SoC，车用5nm SoC的竞争也已经悄然拉开了帷幕。据海外媒体报道，特斯拉目前也在联手三星悄然进行着5nm制程车用芯片的研发。

我们知道，更先进的制程工艺，芯片单位面积内可以堆叠的晶体管也就越多。高通最新的移动端旗舰芯片骁龙888晶体管数量达到了百亿级别，较上代旗舰骁龙865，其CPU性能提升了25%，GPU性能提升了35%。而车用芯片虽然对可靠性要求更高，但对于功耗和能效的要求却比移动端芯片更为宽松，预期将实现更好的性能表现。

高通表示，Snapdragon Ride自动驾驶平台由汽车行业领先的可扩展且高度可定制化的自动驾驶SoC系列平台组成，其基础算力达到10TOPS，而功耗小于5W，单颗便可实现L1/L2级自动驾驶。而通过多颗SoC组合和多个AI加速器，最大算力可以达到700TOPS以上，可以支持L4级自动驾驶功能，而届时整个域控制器的功耗也只有130W。

发布会上，高通宣布维宁尔、法雷奥和Seeing Machines三家三家Tier 1将率先使用Snapdragon Ride自动驾驶平台。面向L2+和L4级的SoC和AI加速芯片目前已经出样，最快将搭载进明年开始量产的车型中。而面向的L1、L2级自动驾驶SoC和集成软件栈预计将在2024年量产。

结语

目前，5nm芯片需采用EUV极紫外光刻机生产，当下全球仅台积电和三星具备这样的能力，当前5nm制程的产能基本已经被手机芯片占满，车用5nm制程芯片最快也需等到明年才能开始量产。不过随着5nm制程工艺的不断完善，如果届时可车用5nm芯片可以用上改进的5nm工艺，那么车用芯片将首次赶上消费电子芯片发展的步伐。

在汽车智能化的大背景下，对于芯片的先进性和算力的需求正在与日俱增，5nm制程芯片在性能和能效方面大幅提升，将会助力汽车智能化水平的更快发展，包括自动驾驶，也包括智能座舱。未来，汽车将不仅局限于一个单纯的交通工具，而是在不断变化的大型移动终端。汽车智能化会深刻的改写我们未来的出行方式和体验。（文：太平洋汽车网 郭睿）

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