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张睿、原诚寅:为什么我们能生产芯片,但生产不了汽车芯片?

指南:芯片!芯片!芯片!不仅手机制造、芯片短缺也已经蔓延到汽车行业,中国汽车的发展已经成为"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锐、国家新能源汽车技术创新中心总经理哈拉成轩聚焦汽车芯片行业,提出我国汽车芯片严重依赖进口,急需提高国产率。本文基于现场速记,未经演讲者审核。

张锐:

近年来,新能源汽车发展非常快,去年我国新能源汽车销量超过136万辆,因为我国得到了政府的推广、碳中和和碳峰等相关政策的支持。

在以传统燃油车为主的美国市场,新能源汽车的销量也在逐年增长,而且速度非常快。市场的飞速发展有技术原因,也有政策原因,我国汽车芯片的发展带来了巨大的机遇,一辆汽车内部的芯片种类非常多,中间有上百种电子设备要用到芯片。汽车产量正在增加,那么我们现在面临的挑战是什么?如何解决这些问题?

张睿、原诚寅:为什么我们能生产芯片,但生产不了汽车芯片?

去年年底,芯片短缺问题影响了汽车行业的整体发展,许多芯片燃料汽车和新能源汽车都受到了影响。从芯片制造的角度来看,根源是供需不公:一方面是产能下降引起的爆发原因;两者的结合导致了我国汽车芯片的短缺。

国产自制汽车芯片面临几个问题:一是市场规模,还是利润规模相对较小;这些原因加在我国大部分芯片仍为进口,第一芯片超过5%,后置芯片80%以上为进口,国际汽车芯片供应商大部分来自日本、欧洲、美国,我国约占3%以上。

那么为什么我国不能生产芯片,却不能生产汽车芯片,尤其是高附加值芯片呢?

光刻机卡脖子的问题我们听得很多,目前台积电最好的光刻可以做7纳米的光刻,中间线是英特尔的193i光刻机,其芯片的生产水平与台积电技术水平相当,它们的芯片非常相似,也就是说, 开发芯片制造工艺不需要单个器件。就我国而言,中芯国际用193i光刻胶器件制造芯片,中芯国际的14nm略弱于英特尔的14nm。

这三个例子说明了当今集成电路制造中的一个问题,单一技术突破的作用非常有限。而且,我国芯片制造成套技术与国外有一定的差距,目前能达到的工艺能力比国外一些先进水平要弱,这导致我国芯片的生产更难形成市场优势。

我们经常把芯片做成设计、生产、密封三个阶段,但设计和制造不仅仅是这三个阶段,围绕这三个阶段需要很多行业或企业来供应这些芯片厂商,包括一些原材料企业,芯片制造需要硅、光刻、化学气体等,还有各种设备, 包括工艺设备和检测设备。

此外,我国无法生产高精度光刻胶和光合作用,包括测量薄膜厚度等检测设备,都是我国的短缺和汽车芯片制造面临的一些困难。这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整个产业链的竞争。

目前芯片制造面临的问题只是表明,我们需要在整个产业链上取得进展。要形成汽车芯片产品,需要把薄膜、光刻胶这些东西放在一起,但这是一个非常大的技术项目,这些器件要验证,每种不同的方法都会体现在芯片的性能上。

张睿、原诚寅:为什么我们能生产芯片,但生产不了汽车芯片?

智能汽车芯片

后期是关键工艺的制定和关键工艺的整合,最后通过工艺参数的优化,提高芯片利用率,整套称为芯片制造成套工艺,为了提高芯片制造业,或者说这个行业的水平,我们必须努力创造。

我们最大的机会是物理上的摩尔定律,由于一些物理限制,摩尔效应以较慢的速度发展,在过去五年中,每一代的技术性能仅提高了3.5%,这意味着智力增益非常有限。摩尔效应让我们有更长的时间赶上技术,在追赶技术的过程中,我们面临着成本和技术本身,如果我们突破这两个制约因素,我们或许能够迎头赶上。

另一个机会,从我国的实际情况来看,我们需要冲击更先进的制造工艺,也要看到更多的产品需要最先进的14nm节点工艺或10nm节点工艺,龙头企业占收入的80%以上。我们要在中国做芯片制造,重点肯定是55纳米以上的节点,这也有技术优势:产品线、寿命长、价格高。未来,如果我们想进一步突破卡脖子的限制,我们需要关注相对容易本地化的节点,而我们芯片制造业发展的首选方案必须是从相对成熟的节点开发一些工业技术。

当然,在产业技术发展过程中也有一些特点,学校或科研院所做的更多是原型技术,是无国界的创新,方向不明确,在创新过程中是按照自己的利益去做的,而企业主导的创新是以产品为导向,以市场需求为目标,必须能够卖钱的产品。

但在尖端技术和工业技术中间,有一些技术被归类为工业技术,但尚未达到工业化的成熟度。这一步在我们目前的产业发展过程中是空白的,所以必须有政府、学校、企业做前沿的技术研发。

这样的平台不是我国独创的,在国际上有很多成功的经验。一个是IMEC,另一个是美国的DARPA,无论谁在基地,它对一些产权技术的发展都有类似的效果,同时吸收尖端技术并将尖端技术转向工业。

国内汽车芯片发展的道路艰辛而漫长,三五年都解决不了问题,虽然发展道路漫长,但并不意味着我们不做,勇敢地接受这样的挑战。

在当今时代,我们面临着挑战和机遇,许多行业处于高速增长的局面,如果与行业的高速增长相结合,芯片行业仍有较好的发展前景。汽车芯片具有特殊性,想要切入汽车芯片行业,很多企业和创业投资创新企业都有一定的难度,如果我们想推动汽车芯片的发展,我们必然需要行政力量和国家的支持来实现这样的目标。

哈拉辛:

自去年9月正式成立以来,汽车芯片联盟主要围绕以下几个方面开展工作:一是引入汽车芯片的商业保险,让车企敢于使用国产汽车芯片;增进互信和相互承认。结合上述工作和当前汽车芯片行业的需求,我的报告题目是《中国汽车芯片行业生态建设实践》。

首先,新能源汽车非常明确地发展战略产业,而在中国市场,新能源汽车的份额正在迅速增加,预计今年有250万辆以上。除了市场扩大还有技术,我们怎样才能适合行业,适合用户,更适合市场需求的技术挖掘出来?新能源汽车产业与传统汽车不一样,新能源汽车企业越来越高端的产品定位,不像以前的自主品牌都在10万元以下,一些新势力品牌有机会争夺高附加值市场。

张睿、原诚寅:为什么我们能生产芯片,但生产不了汽车芯片?

近年来汽车行业发生了翻天覆地的变化,新四人对我们提出了更高的要求,对于我们的汽车制造商来说面临着更大的挑战,我们可能会从软硬件架构,包括新技术甚至新思路中对汽车商业模式的运营进行更多的尝试。我们未来的趋势是新兴的电气和电子架构从分布式到域集中式再到集中式发展,包括对软件,硬件和通信技术的三大升级,以及内置于完整闭环中的大数据技术。

其次,智能网络网络加速导入。在加速导入智能网络的过程中,我们发现造车的力量也发生了变化,最早加入汽车的人是互联网企业的成功,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,整个行业的链条包括传统的主机厂, 新型动力建筑车辆、传统Tier1、新技术企业纷纷加快布局智能驾驶技术,希望更多软件企业加入。

我们的旧车是机械定义的,发动机,100公里的加速,但现在是软件定义的汽车的时候了。越来越多的软件应用可以在预埋、高匹配、冗余的硬件和强大的计算平台上运行,通过软件设置和后续升级实现对车辆功能的集中控制,满足用户的按需功能、按时升级功能和"千人"体验,满足不同人的不同需求,而这需要有足够强大的硬件平台支持。

此外,主机厂不再是销售产品的企业,更多的是一套全生命周期的产品和供应商,一次付模式将逐渐被各种软件迭代,各种服务所取代,这种模式将出现许多主机厂从销售产品硬件到软件,进入持续服务模式, 对产品前期的基础平台提出了要求。

最后,我们看到价值生态完全重构的趋势,从上游零部件、厂商,到下游4S店,也延伸到汽车、终端客户,以及线上线下协同,说明未来的产品竞争是一个完整的生态竞争。

汽车电子市场规模非常大,中国市场将不断增长,汽车电子的比重将在不断提高的过程中,随着新四大汽车规模的实现,预计到2030年汽车电子成本的比例将提高到汽车成本的51%,到2023年汽车电子市场将超过8000亿。

但目前,车载级芯片的自主化率非常低,非常依赖进口,车联网或自动驾驶的创业企业已经逐步引进了具有知识产权的"自主可控"产品。我国汽车工业发展一直缺乏核心的灵性,对于整个汽车芯片产业来说,我们要放慢脚步,冷静下来,认真做10年,可能看到产业链形成一个完整的体系。

整个行业规模,进口芯片率为90%,关键系统芯片全部由国外垄断,其他车身电子简单系统自主率略高于10%,国家部建议未来自主品牌汽车芯片自主化率有一定要求,但市场依然巨大,新能源智能汽车芯片成本可能从传统汽车300美元到400美元, 迅速增加到1000到2000美元,中国能否占据多少市场份额是我们面临的一个问题。

芯片行业是一个绑定较强的供应链体系,行业壁垒也比较高。分析梳理整个汽车产业链,新产品的设计让主机厂无法快速上车,因为对于大多数主机厂来说,我们是集成商,需要完成相应的可靠性测试、认证包括性能评估,此外芯片企业还需要完成质量管理体系流程。

一般来说,一个芯片需要2-3年才能完成整车法规认证并进入整车厂供应链,一般进入后最多可以有5-10年的交货时间。进入汽车链条是一个漫长的周期,一个产品开发36个月到48个月,产品生命周期是10年,所以对10年零配件的要求对芯片企业提出了更高的要求,需要大家的毅力和毅力。

整个行业创新生态的核心问题是标准体系不完善,特别是关键产品应用、创新生态建设严重不足,从行业标准、关键技术,到核心芯片开发、产品评估认证,再到最终的真实车辆验证,是一个完整的全生命周期。

为了解决这个问题,我们提出打造这样一个链条:以共同的创新平台为主导,实现顺畅的信息化、企业主导、政府支持、产业链、代联。因此去年9月我们启动了中国汽车芯片产业战略联盟,将技术生态从设计、标准、认证,到制造子装配、整车应用。将不同的组织拉到一起,包括汽车电子制造商形成联动,跨界整合,共生共赢的新业务,只有这样才有机会做到这一点。如果每个成员都有责任、义务和收益,这种联盟将是有价值的。

中国汽车芯片产业创新战略联盟的目标是跨界融合、共生共赢,真正打造创新产业生态,推动中国芯片产业发展。希望在联盟的支持下,真正构建出适合新能源汽车芯片的技术生态和产业生态。我们也明确表示,联盟将发挥良好的支持我们创新与合作的作用,通过联盟更好地联系各行业组织,从而形成跨界融合、共生共赢的生态体系。

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