原诚寅:加速国产芯片大规模上车应用

[本站 行业]  2022年,汽车行业顶住供应链压力,克服重重困难,在下半年实现产销量逆势增长,展现出强大的发展韧性。11月8-10日,有汽车领域“达…

[本站 行业]  2022年,汽车行业顶住供应链压力,克服重重困难,在下半年实现产销量逆势增长,展现出强大的发展韧性。11月8-10日,有汽车领域“达沃斯”之称的2022中国汽车论坛在上海举办。作为汽车行业的顶级盛会,中国汽车论坛自2011年创立以来,已成功举办了十一届,影响力日益广泛。

本届论坛由中国汽车工业协会主办,以“聚力行稳 蓄势新程”为主题。政府领导、国际行业组织、主要车企和新势力企业负责人共聚一堂,探索产业稳增长之大计。本站作为大会的官方合作伙伴,在现场为大家带来与会嘉宾的精彩观点。在2022年中国汽车论坛上,中国汽车芯片产业创新战略联盟秘书长国家新能源汽车技术创新中心总经理原诚寅围绕“车规级芯片的市场发展和分析“发表了演讲。

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以下内容为现场演讲实录:

大家好!我是国家新能源汽车技术创新中心的原诚寅,今天非常高兴受2022中国汽车论坛邀请跟大家做个交流,围绕着车规级芯片的市场发展和分析。

我今天跟大家交流的内容分成四大部分:

第一,什么是车规级芯片?它具体的分类有哪些?还有产业发展的情况。

第二,对于汽车芯片市场需求的分析。

第三,在过去几年,汽车芯片供需紧张,确实给国产的汽车芯片提供了新的机遇和空间,我们怎么和国内的芯片设计企业合作,共同推动我国自主芯片上车,给大家做个简单汇报。

第四,围绕产业发展的未来展望。

一、汽车芯片定义、分类和产业发展情况

什么是汽车芯片?由国创中心牵头,在工程学会发布了《纯电动乘用车车规级芯片一般要求》,在这个团体标准中我们首次正式提出了“车规级芯片”的定义,那就是“满足汽车质量管理体系,符合可靠性和功能安全要求的集成电路”。汽车芯片的全生命周期应该包括从芯片设计、制造、封装、测试、应用到最终的报废和回收利用,而在芯片设计过程中,它应该符合质量管理体系、质量控制、功能安全、环境要求,也包括信息安全要求,包括但不限于功能安全的26262、环境相关测试,以及质量管理体系,像TS16949。

车规级芯片和我们常用的消费类芯片、工业芯片有什么差异?车规芯片要求高安全性、高可靠性、高稳定性。同时,由于它的认证周期比较长,需要2-3年才能由芯片设计企业产品进入到车辆供应链体系中,而且周期会比较长,一般是5-10年,同时考虑到备件要求,可能会长达15年甚至20年的设计寿命要求。从这一点来看,芯片到汽车电子,再到整车,是一个强绑定的产业链,行业壁垒高,而且合作格局相对稳定,快速替代非常困难。

围绕可靠性,我们看到车规级芯片在温度适用范围、湿度、抗电磁干扰、抗机械振动方面,都比消费类和工业级提出更高要求,设计寿命也远长于消费类和工业级芯片。在安全性方面,围绕功能安全和信息安全,我们有更多的要求。在稳定性方面,指的是质量的生产预知性,就是零失效、零TPM的要求。另外,车规级芯片较其他芯片来说,它对于性价比的要求也很高,因为它是大批量供货,同时它又不希望有过高的成本影响最终整车的产品价格。

在车上,我们如果看七大系统,包括整车、动力、车身、底盘,涉及到智能网联或者自动驾驶的互联、座舱和驾驶系统,七大系统都会用到我们所说的车规级芯片。我们也做了分析,传统燃油车和新能源车有些是共用的子系统,有些是有差异化的。在工信部的指导下,我们梳理起来,七大系统里有29个子系统,跟新能源相关的有27个,传统车相关的有24个,我分别用绿色和蓝色在PPT里进行了标识。

从大系统到子系统的逐步梳理过程中,我们看到每个系统内都有大量的芯片需求,而且确实由于它控制器等级、复杂程度要求变化,可能芯片的数量有差异。但是我们看到,基本上趋势是非常明确的。

在典型的新能源汽车各系统中,一般需要400-500颗芯片,里面有一些趋势我想和大家分享。像BCM、电机控制器,包括车载娱乐系统,它们的芯片数量需求量是比较大的。智能化、网联化功能增加,对于我们的芯片数量也会提升。但是我们的车也在改进,不断优化,由分布式的电子电机架构向中央集中控制改变,一些芯片数量就会减少。

另外,现阶段我们看到很多芯片不太像以前只有单一功能,它会集中多种功能,随着功能集中度不断提升,芯片数量也会对应减少,但是整体趋势我们看到,车里每个关键的大系统或子系统都有大量的车规级芯片应用。

在传统的早期新能源汽车里,我们的工艺芯片、控制芯片、电源芯片、通信芯片、驱动芯片、模拟芯片用量较多。随着智能化、网联化和电动化快速发展,对于计算芯片、安全芯片,包括一些专用的通信芯片、存储芯片数量是持续提升的。随着这个发展,未来一些新的芯片也会找到它的应用场景。在中国,我们看到有上百家的汽车芯片相关开发企业、设计企业,而且在我们前期的调研中,发现有近千款产品是针对车辆进行开发的,这些企业主要集中在传统集成电路的发展高地北上广。但是我们也看到,和国外的芯片设计比起来,我们目前这些大的芯片设计企业,他们的产品数量是有限的,而且他们都处于芯片发展的早期阶段,量产应用规模也比较小。

这也可以分为几大类,一种是传统的芯片设计企业,我在工业类或消费类上取得了一定成果,现在想进入车规领域。还有一类是以前海外的车规芯片企业高管进入国内创业,有时候会有产业链上下游围绕特殊应用场景下的芯片设计企业,也包括我们国内收购国外的芯片企业来进行布局。

整体来看,我们现在有70家芯片设计的上市公司,但是50多家都宣布有车规级产品,但是大家都面临普遍的问题,就是种类多、量少、缺乏典型应用。所以我们看到未来可能还会有更多的中国芯片设计企业进入到这个赛道,我们的建议是什么?要明确你怎么发挥好你的技术优势,针对下一步的应用有针对性布局,而不要在低端产品上进行无序的竞争。

二、汽车芯片市场需求分析

为了推动上下游协同、沟通、合作,结合整个国际半导体的发展情况,我们在工信部的指导下把车规芯片分成了十大类和60小类,包括控制、存储、计算、信息安全、驱动、通信、功率、电源、模拟和传感器。通过这十大类60小类的分类,将有效帮助我们更好地沟通上下游的需求对接。

首先看看控制类和驱动类,控制类芯片有点类似于在车里的作用,发挥我们人的大脑作用,主要指的是MCU芯片,还有一部分是SOC芯片。随着车里电子电气架构复杂度不断提升,MCU芯片也将发挥越来越多的重要作用,而驱动主要是针对控制器内外部设计和负载的强烈信号进行弱电信号转化。国内在高低边驱动、桥驱动以及LED驱动方面都有一些好的芯片设计进入到这个领域。

计算芯片是现在比较热的话题,围绕车辆计算要求不断提升,特别是自动驾驶的要求提高。它的典型分类有CPU、GPU、ASIC、FPGA。电源管理芯片是针对电子设备系统中电源的供给、分配、检测和管理的芯片,包括推动后级电路进行功率输出,它典型的子分类包括LDO、DC-DC、AC-DC。目前来看,国内都有一些企业在做这些芯片,但是离上车应用还有一定差距。

存储类,随着智能化程度的提高,我们会有越来越多的软件程序要在车上进行搭载使用,它主要的应用场景在智能座舱,包括数据接入方面。通用通信类芯片在车内应用非常多,覆盖了从CAN PHY、CANFD PHY、LIN PHY、ETH PHY到ETH SWTCH。高速通信类芯片主要有77GHZ射频芯片、蓝牙芯片、Wi-Fi芯片等等。车上有大量的需求,而且国内一些企业都陆陆续续有对应的产品开发,但是离大规模的车规级应用还存在着差距。

模拟类器件在车上有大量应用,包括模拟类器件包括运算放大器、电芯监测芯片、电池剂量芯片。功率器件主要是ITBT、MOSFET等等,主要在新能源车上是大规模的电容驱动和功率转换,也包括整流、变压、功率控制等等。更多的国内企业也在向下一代碳化硅方面的技术进行转化。

传感和信息安全是随着智能网联技术要求不断提升,在车上的应用越来越多。传感器在车上应用得越来越多,但是是多种信号的转移,包括压力、惯性等等一系列,更多的带着智能化的特征。而信息安全芯片主要针对未来的车辆互联以后的数据安全,包括使用者的个人信息安全,它也涉及到种类,包括T-Box、V2X等一系列的安全芯片。

三、多措并举加速国产汽车芯片应用推广

整个产业是非常长的链条,因为涉及到汽车和芯片两大领域,而且在这个链条的各个环节,他的要求专业性非常强,同时对于技术和资本投入的要求很高,产业链高度全球化。国内的汽车芯片企业尽管起步较晚,但是因为我们国家是汽车大国,全世界第一的产销量,所以在市场的需求拉动下,在国家政策的助推下,发展是迅速的。在这个模式下,我们认为未来有巨大的机会,我们也做了梳理。

从EDA到芯片设计IP,再到晶圆制造,到封装,到后期的软件系统集成,包括控制器的提供,也包括整车上车的应用,这些领域都有中国企业在陆续进入。目前来看,欧美还是在这方面占有绝对优势,因为他们在集成电路的传统赛道上优势非常明显。

我们国内的汽车企业作为下游的应用方,也高度地参与到了上游的协同中,特别是看到随着“缺芯”现象日益严重,国内车企希望保证上下游安全、整合内外资源,过去一年多陆陆续续有车企参与到芯片设计的企业投融资中。

为了加速上下游的对接和推广应用,在工信部的指导下,由国创中心和汽车芯片联盟,依据半导体对接技术,我们建立了首个中国汽车芯片在线的对接平台,有140多家单位在这个平台上,其中有1/3作为用户,剩下2/3作为产品供给方提供他们的产品信息和测试信息,来助力上下游协同。

另外,为了更好地推动芯片上车后的应用,降低自主芯片技术上车应用的风险,我们也开始和国内的顶级保险公司合作,推出了国产芯片的应用保险,平安人保和太平洋、兆易、君正、中电等几家国内芯片企业达成了芯片产品保险。今年在北京市的支持下,我们把汽车芯片保险列入了《2022年北京市高精尖产业发展资金实施指南》中,北京市给予不低于50%的保费补贴。为了更好地助力自主芯片的上升应用,我们看到要和下游协同,要解决下游的真实问题、痛点问题,我们在2021年举办了首届中国汽车芯片的应用创新拉力赛。目的是什么?依托自主的车规芯片去设计我们解决下游实际问题的汽车电子方案,这就包括无钥匙接入、信息安全防护、智能泊车、电子后视镜等一系列应用方案。一百多个团队参与到其中,我们选出了27个项目,而且他们在做样品,未来会对自主芯片上车应用产生巨大的推动作用。

另外,为了更好地服务产业链上下游的对接,我们尝试推动在行业中建立加强互信互认机制,从芯片器件到芯片系统,再到控制器,再到整车级,覆盖全品类,不同类的芯片,全层级,还有全维度。从信息安全到可靠性,到功能安全,到EMC,全维度的体系,更好地帮助下游企业确立对使用国产芯片的信心和决心。

通过认证体系、评测体系和标准体系的建立,我们在今年8月份为紫光发了首张车规级芯片产品认证证书,而且这样能够更好地助力紫光把他们的MCU向行业推广。另外,为了帮助产业对于未来的需求有更好的理解和判断,我们和中国汽研共同举办了“车规级MCU芯片国产化替代成熟度评价指标体系研究”,为了建立一个围绕着MCU芯片的量化评价方法来分析我们这类芯片在产业链、技术自主可控、供应能力保障、应用推广方面存在的关键因素。同时,针对关键性问题进行针对性解决,为产业发展提供有力支持。

另外,作为芯片联盟,我们在过去几年也尝试帮助下游的企业提供更多的深度定制化服务,比如说帮助国内整车企业规划建设测试平台,提供芯片、板级到控制器级的测试评价服务,对于他们如果想大规模使用国产自主的汽车芯片,提供好的设计方案的调研,以及对于一些使用中发现的问题,进行针对性的溯源和问题的解决。同时,我们也在筹建汽车芯片的专项投资基金,和上下游的伙伴基金高效合作。从成果的孵化到投资联动,再包括推动政产学研、用资创维(音),各大创新要素进行协同,打造有中国特色的产业创新高地。

四、总结与展望

过去几年中国汽车产业高速发展,特别是在智能汽车这个赛道上,而汽车芯片作为里面的关键器件,也遇到了自己发展的黄金窗口期。当然,在这个过程中还需要上下游共同协同,围绕着我们共同的目标,加速推动国产芯片的大规模上车应用,而且通过产业创新、技术研发的有效结合,真正打造出一个有中国特色的汽车芯片产业创新生态。

最后,我代表国创中心和芯片联盟再次感谢大会,祝大会圆满成功,希望未来更多地与大家进行合作。

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