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汽车芯片50年,看中国汽车芯片“群体崛起” | 老兵戴辉

来源:爱集微

#汽车芯片#

#老兵戴辉#

2021-11-03

本文作者:老兵戴辉

第一章  伟大契机诞生,上次还是山寨机

汽车缺芯话题最近非常火。

据说博世(Bosch)一颗ESP(车身稳定控制)芯片,就从13元涨到了最多4000元,超过300倍。9月,博世中国的领导被问急了:要不要带领导一起跳楼?!

连马斯克也对供应链叫苦不迭:缺芯之后,大家都超额订购,就像去年屯卫生纸一样。

这是一次“前无古人,后无来者”的汽车行业大缺芯,注定会记入史册,从2020年底就开始了。

最为急缺的是车规级MCU(微控制单元),其实就是一个小而全的芯片级计算机。每辆汽车都有数十个到上百个不等的ECU(电子控制单元),如上述ESP(车身稳定系统)、IPB(智能集成制动系统)、VCU(电动汽车整车控制器)、TCU(自动变速箱调节系统)等,其核心都是在MCU上加载上软件。MCU应用非常广泛,大到车身控制与动力总成(如上面提到的ESP),小到雨刷、车窗、车灯和照明、车门、后备厢、座椅、空调和风扇、车锁和钥匙、侧视镜、安全带、安全气囊等的控制单元,都离不开它。随着短缺加剧,MCU价格居高不下,个别热门MCU芯片的现货价同比涨幅超过100倍。文首提到的就是意法半导体的MCU(微计算单元)因疫情而停产,导致博世中国负责人抓狂。

根据芯片业历史规律,每逢大缺货就价格暴涨。一块电路板上,哪怕只有1%的关键芯片无法供应,也可能导致整块电路板无法工作,这是所谓的“1%”定律。曾建了好几个群帮助额温枪芯片供求对接的爱集微王建伟告诉我:2020年三月到六月全球抗疫,额温枪需求暴涨,用于测温的红外热电堆传感器芯片因为缺货一度涨价逾百倍,从一块多人民币一颗涨到了100多块一颗,但现在已经恢复正常。

因为汽车涉及人身安全,所以车规级芯片的准入门槛高,研发测试和验证的投入也很大。目前全球车规级芯片供应商主要有恩智浦、瑞萨电子、英飞凌、意法半导体、博世、德州仪器、安森美、罗姆半导体、东芝、亚德诺、微芯科技等欧美日芯片,当然这是和他们的汽车电子(主要是燃油车)发展历史漫长有关。

对传统燃油车而言,半导体加起来平均每辆成本在约400美元左右;对电动车而言,则约800美元左右,平均下来约475美元左右。随着电动车比重加大以及智能化程度越来越高,未来可望每辆车达到600到1000美元。一辆车一般用数百颗芯片,但已经有高端电动车用到了1700颗芯片。各种花哨的功能只有想不到没有做不到,如远程控制打开后备厢收快递、车周身和车内的氛围灯可随音乐而变动等。

这仅占车辆总成本几个百分点的芯片,看似“微不足道”,却不可避免地带来了汽车产量的大幅下降。根据Auto Forecast Solutions(AFS)最新数据,今年汽车减产的预估数值已从7月末的690万辆提升到了8月末的810万辆。

汽车厂(主机厂)纷纷祭出大招,如整车涨价,降低销量;两个遥控钥匙先给一个;先安装三个雷达,以后补装剩下的两个;纷纷引入国产车规级芯片保证供应等。

为什么汽车会缺芯?

汽车供应链的链条很长,在疫情中反应很缓慢。

2020年受疫情影响,全球汽车市场持续低迷,全球汽车产量从19年9217.6万辆下降到7762.2万辆。汽车是大宗商品,受宏观经济影响很大,汽车厂(主机厂)普遍对经济预测悲观,于是就给零部件一级供应商(称Tier 1)砍单,而Tier 1又给更上游的芯片砍单。万万没有想到,2021年疫情一直肆虐,西方国家大发特发零用钱,甚至可能比上班时还多,中产阶级的购买力不降反升,加上避免公交出行,所以汽车需求反而大涨!

不过此时,芯片产能已被消费电子所占据,晶圆的交期都签到一年之后了。手机满大街,还时不时开新品发布会,全世界都在买“十三香”;疫情防控期间全球居家办公和学习,光我家就新买了三台笔记本电脑,还添置了面条机、咖啡机等小家电。

消费电子是产业巨兽,消耗的芯片比汽车多几十倍。这样一挤压,车规级芯片的产能立马就短缺了。丰田的”JUST IN TIME“模式追求“零库存”和“虚拟仓库”,一直是MBA的供应链经典理论,却挡不住这样极端的黑天鹅事件。

车规级芯片虽然产量不大,但技术要求高,从晶圆到封测都有特殊要求,这决定了产能无法快速切换与扩张。主要的产能缺口其实是在成熟制程上,如MCU采用的是28/40/55/130纳米等成熟工艺,而不是先进制程(16纳米、7/5纳米等)。整个业界都在紧锣密鼓努力,国内也在拼命建设采用成熟制程的晶圆厂,但紧缺形势也还需要半年左右才能恢复。

中国发展汽车芯片有什么伟大契机?

世界上做大了芯片产业的国家其实没有几个,发展契机是可遇不可求的。美国芯片产业是因个人电脑而获得崛起机会,日本和欧洲则都是因为家电和汽车。而中国第一波芯片潮是因山寨GSM手机获得了巨大的成长机会。

作为汽车制造和消费大国的中国,汽车芯片进口率高达95%以上。平常情况下,汽车对芯片的价格不敏感,国产芯片的导入是很难的,和消费电子不同,价格战在汽车领域不怎么适用,汽车厂不会为一颗芯片便宜了几块钱,而去勇当“小白鼠”。

现在,大陆发展汽车芯片有了一个千载难逢的契机!

一方面,不要浪费任何一场缺芯危机,有“危”就有“机”。缺芯也带来了好事,那就是大陆车规级芯片有了不少宝贵的上车验证机会。

汽车厂纷纷对零部件一级供应商(Tier 1)提出明确要求:要有国产芯片的后备方案,保供!大家一起努力,事情就好办多了。以往需要两年左右进行验证,现在紧赶慢赶,8-12个月也可以做到。验证通过后,上量就是迟早的事了。公开资料显示,上汽集团在芯片方面已经投资了十几家国内头部芯片公司,上汽集团董事长陈虹此前就曾公开表示,芯片短缺的事件也让汽车厂商和芯片厂商有了直接的联系。

车规级MCU采用成熟制程,大陆是可以生产制造的。杰发科技、芯旺微、兆易创新、国民技术、航顺、深圳中微、云途、芯海、琪埔维、赛腾微、国芯、比亚迪、腾云等一大堆企业已经扎堆进入市场,还有一些正在路上。从简单的控制应用开始,一点点进入可靠性要求高的场景,如发动机和车身的控制。

图注:杰发科技车规级32位MCU开发板

另外一方面,电动汽车和智能化是一场伟大的技术革命,中国与西方齐头并进,这给了本土芯片巨大的参与机遇。

9月16日,国务院副总理韩正以视频方式出席2021世界新能源汽车大会,他表示:当前新能源汽车已进入加速发展新阶段,既面临重大机遇,也面临技术、市场等诸多挑战……加快车用芯片、操作系统等关键技术研发和产业化。要坚持跨界融合,协同构建新型产业生态,推动网联化、智能化与电动化技术齐头并进……

中国的疫情控制和生产恢复很成功。2020年,我国汽车产业规模超过了全球市场30%,我国汽车产销量已连续十一年蝉联全球第一。

与此同时,新能源汽车(纯电动、混动等)的渗透率不断加大,去年约5%,也就是每100辆销售的车中有5辆是新能源汽车。但这个数字今年8月就已达17.8%,马上达到20%以上,这实在是很令人惊讶。网约车现在基本都是纯电动了,司机们告诉我:快速充电桩到处都是,丝毫不亚于加油站的密度,充电半个小时,上个厕所抽根烟,就可以又跑上百来公里了。

传统燃油车的发动机、变速箱,西方很强,中国传统汽车产业“大而不强”,很难超越西方了。纯电动汽车并没有传统的燃油发动机和变速箱,给了中国汽车供应链弯道超车的全新机遇。

为什么特斯拉电动车能异军突起,本质上是在上海临港建厂,和中国供应链战略合作的结果,重复了苹果手机的成功故事。

同济大学汽车学院朱西产教授(清华大学汽车博士)讲了一个“美梦”:我们看到了4G通信给手机行业带来的革命,智能手机一样可以打电话,但打电话是它最LOW的一个功能,实际上智能手机的潜力到现在还没有被完全释放。汽车产业里,旧的价值体系已经在崩溃,围绕未来汽车的全新价值体系正在重新构建。自动驾驶可以说是“诗和远方”,如果真的可以实现,那我们就要重新思考:汽车是不是还只是一个交通工具?!

朱老师的潜台词是:世界是否因此而“性情大变”?就像智能手机颠覆了传统生活方式一样。

图注:朱西产教授(左二)、爱集微陈云荣、戴辉、韩鹏凯

敲黑板划重点:电动化和智能化的大方向,以及”缺芯“事件,大陆本土汽车芯片产业迎来了一个伟大的发展契机。

上海是中国集成电路设计和制造的热土,爱集微将与张江高科、上海经信委、上汽合作,于11月19日在浦东陆家嘴举行首届”集微汽车半导体生态峰会“。

汽车半导体企业有很多,我和爱集微团队走访了一些代表性的公司,如芯擎(智能座舱SoC)、杰发(MCU、SoC)、聚辰(存储)、韦尔(图像传感器等)、禾赛(激光收发芯片)、景略(以太网)、琻捷(胎压监测等)、聚芯微(3D传感等)等。

形势喜人:中国车规级芯片“群体崛起”,应用生态也日趋成熟,“备胎”们已经蔚然成型了,未来势必在全球汽车半导体中占一席之地!

图注:最早国产高级轿车红旗CA72,摄于上海汽车博物馆

第二章 我所知道的汽车芯片50年

汽车是人类文明的结晶。汽车电子是过去几十年全世界最聪明的脑袋一起开发出来的,汲取了众多惨痛的交通事故的教训。

汽车仪表盘上琳琅满目的故障灯,背后就是大量的ECU(电子控制单元),更底层的就是芯片,尤其是MCU和各种传感器,通过总线连接起来。

图注:汽车仪表盘故障灯详解

一、汽车芯片发展的四个阶段

第一个阶段是电子管。二战之中,汽车(包括坦克)及飞机用无线对讲机协同作战,采用的是巨大的电子管。这是车联网的原始形态了。

图注:二战电影《狂怒》中双方坦克广泛装备无线对讲

第二个阶段是晶体管。1947年美国贝尔实验室发明了晶体管,体积和功耗都大大小于传统的电子管。

传统的电子管收音机,体积庞大,不好用在汽车上。日本引入晶体管技术之后,改良工艺并广泛生产,收音机因此在家庭得到了普及。车载收音机,给漫长枯燥的驾驶带来了极大的乐趣。

汽车电子的第一个大规模发展阶段为上个世纪六十年代以前,主要生产技术起点较低的交流发电机、电压调节器、电子闪光器、电子喇叭、间歇刮水装置、电子点火装置等,用到了晶体管。

第三个阶段是微处理器为代表的集成电路,也就是芯片了。

英特尔在1971年推出了世界上首个商用微处理系统也便是MCS-4,包含4个芯片,其中CPU中央处理器便是4004,其他还有负责RAM的4001、负责ROM的4002以及寄存器芯片4003,这便是世界上首个商用微处理器系统。就像当时的广告里说的,这是"一件划时代的作品"。这个技术到今天也没有被淘汰,四位的微处理器在玩具上依然大量应用。4004处理器仅有2300个晶体管,而骁龙855几乎有85亿个晶体管,可见科技的飞速发展。

在英特尔的带动下,微处理器单元(MCU)将 CPU、存储器、模数转换、液晶屏幕控制、多种 I/O 接口等集成在一片芯片上,形成了芯片级的计算机,早期叫单片(单板)机。

改革开放后,中国在八十年代末引入了单片机应用和嵌入式软件的开发。徐文伟91年从亿利达跳槽来到华为后,最早搞的就是HJD48用户机的单片机电路板设计(用Z80八位机)和嵌入式软件的开发。我也是90年代初就在东南大学学习了Z80和MCS51系列的8位机的汇编语言编程,后又在中山大学搞了基于英特尔8086/8088芯片的16位汇编语言编程,还设计了一个最小计算机系统。

“芯”火燎原,MCU在汽车上的应用越来越多,方案也日趋成熟。当今汽车上数十个的ECU(电子控制单元),电动车上百个的ECU,核心都是MCU及其上面运行着的大量的嵌入式软件代码。

图注:车载MCU的应用场景

用于发动机的电子点火和多点喷射技术,以及用于车身控制的防抱死制动(ABS)技术就是这个阶段的典型技术应用,这使得汽车的主要机械功能用电子技术来控制。一个伟大的转折点形成了,汽车电子不再是从属地位。

汽车零部件一级供应商(Tier 1)也是在这个节点堂而皇之走上历史舞台的,文首提到的总部在德国的博世是标杆企业。其汽车电子业务发展轨迹中可以看到电子点火、电喷、传感器、CAN总线、ESP、预测性制动系统等影响汽车发展的重大关键词。

第四个阶段是域控制系统和智能化系统级芯片(SoC)

目前汽车上有几十个甚至上百个的ECU(电子控制单元),未来可望统一到3-5个“域”控制系统,如自动驾驶域、智能座舱域、车身控制域等。

至少三大类芯片将进入市场:用于智能座舱域的系统级芯片、用于自动驾驶域的人工智能系统级芯片,以及作为宽带连接车载以太网芯片等。

到如今,汽车里面用的电子设备简直包罗万象,已经非常庞大了。看下面这个图,不得不慨叹现代汽车太依赖芯片技术的发展了。

插图:汽车电子概览

二、和生命相关的汽车电子技术

现在很多入门级的家用轿车也装备了ABS、ESP、AEB、胎压监测等汽车电子安全设备,拯救了很多生命。

1、防抱死制动系统(ABS),替代了老司机的”点刹“

考驾照时得到的教育是如果急刹车,要采用不断点刹的方法,即所谓的多浅一深,当时让我头大如斗。否则轮胎抱死无法转向,而且轮胎磨损会很严重。

ABS (防抱死制动系统)取代的就是老司机的点刹,可以让轮胎边滚边滑,还可以用大的刹车力度让车停下来。因此,在带ABS车辆上急刹车,就是一脚踩死就好。我06年买第一辆车的时候,看清楚了有ABS(防抱死制动功能)。

图注:ABS状态下刹车时可转向

第一台防抱死制动系统ABS在1950年问世,首先被应用在航空领域的飞机上,1968年开始研究在汽车上应用。70年代,由于欧美七国生产的新型轿车的前轮或前后轮开始采用盘式制动器,促使了ABS在汽车上的应用。

1980年后,微处理器控制的ABS逐渐在欧洲、美国及亚洲日本的汽车上迅速扩大。1988年,博世的ABS系统年度销售量首次突破300万套。 

2、车身电子稳定系统(ESP),大大减少侧滑

最近ESP芯片缺得厉害,价格涨了三百多倍。

ESP中文名叫做车身稳定系统,是车辆的主动安全配置,主要是防止汽车侧滑的装置。ESP是驾驶安全领域革命性的进步,继安全带之后拯救了最多生命的发明。

1995年,ESP形成量产,2011年11月起,在欧盟销售的全部车型都被强制要求安装这套系统。

2015年初,波士顿暴雪,全城的公共交通全部停运了。我开着小车,勇敢地出酒店去见朋友。马路上有不少积雪,感觉车子在扭来扭去,ESP指示灯狂闪不止,记忆犹新。

“ESP之父” Frank Werner Mohn就是在1989年1月在瑞典发生了一次严重侧滑事故之后有了这个伟大主意的。他开车在一个高速弯上因为地滑突然失去抓地力,一头扎进了雪堆之中,大难未死。

“ESP之父” Frank Werner Mohn1989年的事故现场

当车辆在经过摩擦力较小的路面时,轮胎打滑导致车辆的运动方向和速度无法受驾驶者控制,这时候ESP就可以通过对没有打滑车轮进行制动干预,从而帮助驾驶员恢复对车辆的控制。这里面当然有复杂的计算机系统存在。

3、自动紧急制动(AEB),可大量减少交通事故

进入智能化时代之后,一些新的安全设备进入了大众视线,AEB(自动紧急制动系统)是最重要的一个。汽车通过摄像头、毫米波雷达、激光雷达等传感器来感知外部情况。

欧盟和日本等 40个国家强制导入AEB,要求乘用车和轻型商用车必须安装自动紧急制动系统。有统计表示可以降低27%的事故。

走神儿引发的追尾事故也太常见了。我就在等绿灯时被其他司机追尾了两次,有个司机还是在科技园搞人工智能研究的。

中国也在迅速普及,连上汽通用五菱旗下八万多元的新宝骏RS-3上也可以看到AEB和自动跟车功能了。

三、电动汽车引入功率半导体

自上世纪90年代兴起的新能源汽车变革的本质特征,是汽车的动力系统的电动化,形成了以电力驱动、动力电池和电控三大核心技术为支撑的电动化平台。与传统汽车相比,纯电动汽车以电机为驱动力,仅靠车载动力电池等能量源供给电能。

图1 纯电动汽车基本结构

“蔚小鹏哪”等造车新势力,本质上则是因为本土“三电”(电池管理、电驱、电控)产业非常成熟了。艾默生收购华为安圣电气后的电力电子创业系里,汇川、麦格米特、英威腾、华为数字能源等众多企业纷纷进入电动车”三电“领域,甚至有企业还做出了地铁的牵引系统。电池厂宁德时代股价一轮轮暴涨,不知道什么时候是个头。

电动汽车的动力部分需要进行大电流(如几百安培)的整流或者逆变,要消耗很多功率半导体芯片,外围的充电桩也还要不少功率半导体芯片。这颗芯片在传统燃油车里面用不着。

2021年5月14日,刘鹤副总理讲话中提到了“面向后摩尔时代的集成电路潜在颠覆性技术”。“909”工程中诞生的上海华虹在IGBT等电动车上大量使用的功率半导体上就很有特色。SiC(碳化硅)功率半导体产业也在蓬勃发展。两者在大陆可以生产。

图注:作者戴辉于华虹宏力大门外

第三章 中国汽车芯片群体崛起

国庆前,上海的芯片投资人聚在一起探讨国产汽车芯片的辉煌未来。中国半导体投资联盟秘书长老杳(王艳辉)说:光有钱不一定能做好芯片,但若没有钱,则是万万不能的!

图注:芯片投资人组团访问集微,左六老杳,右二杨建荣

汲取了“缺芯”教训,借鉴手机业成功经验,汽车大厂的产业投资部门现在也赤膊上阵,越过一级供应商(Tier 1),直接和国产芯片来“勾搭”了。

商业芯片按照应用场景分为三个等级:消费级、工业级、汽车级。车规级芯片要求高很多,在研发、生产制造、测试的全流程中,都有特殊的要求,比如封装中,就要采用自动视觉检测(AOI)做全检,确保无不良,而消费电子芯片就没有强制要求。我顾问的明锐理想AOI已经在车规级封装中大展身手。

图注:三个级别的比较,制图:爱集微

车规级芯片主要有计算、存储、传感、传输、功率等门类,我和爱集微团队在上海调研了一些代表性企业,他们都是国际范儿和本土产业紧密结合。

一、智能化带动传感器爆炸式发展

在20世纪60年代,汽车上仅有机油压力传感器、油量传感器和水温传感器,它们与仪表或指示灯连接。现在则有各种各样的传感器,有用来测定各种流体温度和压力的传感器;有用来确定各部分速度和位置的传感器;有用于测量发动机负荷、爆震、断火及废气中含氧量的传感器等。在安全气囊系统中,碰撞传感器可以检测到车辆的紧急制动,这个关键信息对于触发车辆安全气囊的释放至关重要。

智能化发展,带来了图像传感器、雷达(超声、毫米波、激光)等技术的蓬勃发展。

以特斯拉为首的”递进式阵营“主张首先发展基于“纯视觉”的人工智能,并不需要激光雷达,可以短平快地提供部分能力,如高阶辅助驾驶。

以谷歌(百度、大疆、华为介入)为首的”超越式“路线则不仅依靠视觉,还要有激光雷达配合高清地图。这个方案已经为ROBOTAXI、重卡、矿卡和巴士广泛使用。国庆期间我回长沙老家去看了李泽湘(大疆无人机董事长)担任董事长的希迪智驾,在矿卡的智慧驾驶上就已经做得很好。

两派谁也说服不了谁,只能让时间去告诉我们答案了。从中国工信部率先提出的“智能网联”路线来看,后一个路线(视觉+激光)也是完全可能在中国走入千家万户的。

1、韦尔(豪威):图像传感器是人工智能的”眼睛“

本世纪初,我买过的数码相机、单反和手持式数码摄像机(DV),都采用CCD成像技术,都要数千元甚至万余元。

1995年,由硅谷华人创业的豪威(已为韦尔收购)采用CMOS成像技术,试图来颠覆日本在CCD成像技术上的垄断地位。CMOS尽管当年的成像质量稍差一些,但是大规模生产之后,成本可以更低,此外,功耗更低。这都非常适合在手机上应用。现在小几百的国产智能手机也可以有相当不错的照相和摄像功能,我的单反和摄像机也都扔到床底下了。现在连对成像质量要求高的工业摄像机(如德国BASLER和国产海康)也在采用CMOS了。

刘琦介绍,车载摄像头作为汽车上重要的传感入口,在智能汽车中的地位越来越重要,以特斯拉目前交付量最高的Model 3为例,全车内外搭载了8个摄像头。随着自动驾驶能力的提高,车载摄像头将会增加到十几个。

在车载摄像头的感光器市场,目前韦尔旗下的豪威还排在安森美之后,未来可望成为第一名。豪威面向全球市场,中国市场的狂飙猛进对其贡献很大。看得眼热,索尼最近也官宣要来做车规CIS,因为丰田也在发力智能化了。

普罗大众都知道手机摄像头的像素指标。车载前视镜头(单目或双目)的分辨率一般是800万像素,相比手机的一亿像素相距甚远。决定摄像头分辨率最主要的原因其实是车里的计算机系统能不能算得过来(算力够不够),这就和摩尔定律密切相关了。

大陆的思特威也表示要进入车规,格科微与芯视达(豪威创业系)则继续专注消费电子市场。

2、禾赛:激光收发芯片是激光雷达的”发动机“

激光雷达可实现很长距离的精确测量,并结合高清地图使用。马斯克拒绝激光雷达的一个重要原因是高昂的成本,如果在中国能大量生产芯片,可能成本就会不再是大的问题。

2019年7月,我去广州白云国际会展中心参加5G展览,看到了做ROBOTAXI的文远知行的车子,车顶鼓了一个大包,写着HESAI的字样。一辆车上可使用多到6颗激光雷达,一前一后主雷达和四个角雷达。

岳姗介绍,禾赛于2012年底在硅谷成立,三位不到30岁的创始人“初生牛犊不怕虎”,在硅谷一间卧室里创业做激光传感器设备。睡醒了干,干累了就休息。大陆创业氛围热烈,他们一起回到祖国来到上海。

图注:硅谷卧室里热火朝天的创业场景

作为激光雷达的全球领军企业之一,禾赛科技早在2017年底就投入了相关芯片的开发,尤其是核心的激光发射器和探测器芯片,依托芯片制造的成熟制程以降低成本。

我在90年代做过太赫兹频谱研究,采用的是体积庞大的气体激光器。这次看到一块很小的电路板上就可以有好多激光器,集成度和可靠性都获得了大的提高,深深感慨科技进步太快。在不久的未来,激光雷达的成本可望大幅降低,并可望在量产车上广泛采用。

3、景略:以太网是智能汽车信号连接的未来

众多传感器带来了大量信号的传输。传统汽车需要依靠庞杂的线束来为众多ECU(电子控制单元)传输电信号,线束由于长度过长且“太软”,组装必须要由人工来完成。线束总长度一般有近2公里,最多达5公里。

我有切身体验。因为线束老化,我曾为我的富康车买过一整套新线束,有很大一团!路边店师傅为我替换整个线束的时候,眼睛都弄花了。

进入智能驾驶时代之后,车里的数据量(视频)和雷达的数据量都会爆炸式上升,以太网技术也顺势进入了车载场景。特斯拉已经勇敢地做了一些尝试,采用了硅谷网络芯片巨头美满电子(MARVELL)的车载以太网芯片,因而降低了线束的长度。

MARVELL元老何润生博士在上海建立了景略电子,专注研发工业和车载以太网芯片。

CMO郑联群介绍:景略和图像传感巨头豪威成立了合资公司,携手为下一代智能汽车提供端到端高速图像数据的传输、处理和网络通信解决方案。

图注:景略工程师在颇有硅谷氛围的实验室工作

4、琻捷:国产汽车功能安全传感器芯片逐步进入市场

琻捷电子成立于2015年,由几位留学归国的复旦校友创立。CEO李梦雄曾说道:做汽车电子要耐得住寂寞,和时间做朋友。这其实和我当年做黄冈密卷当“小镇做题家”是一个道理。

温立介绍,琻捷起家产品是TPMS(胎压监测)芯片SNP70X,于2017年底通过了车规测试认证后量产出货,并提供了完整的参考方案,这是国内首款车规级轮胎压力传感器芯片,此举打破了国外芯片巨头英飞凌和恩智浦的TPMS芯片垄断市场,从此出发,进入了更多与安全有关的功能传感芯片。

我以前以为TPMS芯片是一颗纯粹的传感器,这次才知道,这是一个大芯片,里面还装了几颗小芯片,包括8位MCU(微控制器)、压力MEMS(微机械传感器)、温度传感器、RF(无线射频)、LF(低频模块)以及震动监测传感器。

我在汽配市场上看到的后装的胎压监测系统,胎压监测器是装在气门芯位置的。

图注:后装的胎压监测系统传感器(铁将军)

5、聚芯微:3D传感和智能音频在汽车上大有可为

聚芯微电子核心团队的成员在欧洲的恩智浦等芯片公司有丰富工作经历。大多毕业于荷兰代尔夫特理工大学和比利时鲁汶大学,这两所高校在模拟与混合信号芯片设计领域很有声望。

孔繁晓介绍,聚芯微电子(Silicon Integrated)未来将持续围绕着3D光学和智能音频两大领域进行战略布局,不仅服务手机,也服务汽车。

图注:聚芯微iToF图像传感器SIF2610

二、智能化带动计算和存储芯片蓬勃发展

这两年,全民芯片大科普。买智能手机大家都要看CPU的主频、运存和存储空间,就如同买燃油车要看发动机的排量与油耗指标,买电动车要看续航里程、百公里加速时间一样。

汽车上的处理器大概分三类:智能座舱处理器(系统级芯片)、自动驾驶处理器(系统级芯片)、MCU(微控制器)。前两者一般采用高级制程,研发投入大,一旦构建好生态,会有“护城河”。MCU则一般采用成熟制程。

先说智能座舱的系统级芯片。智能座舱系统即使出现问题,汽车也可以驾驶,所以智能座舱已经放量发展了。现在卖的新车里,无论是燃油车和电车,不少都装了数字仪表盘、酷炫的中控车机等,还有防碰撞报警、偏道报警、自动跟车等智能化(ADAS)功能,很吸引眼球,刺激了顾客的购买欲,据说50%的顾客会受到影响。高通是很重要的系统级芯片玩家,恩智浦(iMX系列)、瑞萨(R系列)、德州仪器(Jacinto系列)和意法半导体(Accordo系列)也有显著份额。

这里有一段世界芯片往事。从摩托罗拉分离出来的飞思卡尔于2012年底推出了iMX6芯片,主攻需要高可靠性的场景,可支持汽车的数字化仪表盘(不再是机械指针式)或者中控大屏(导航车机)。在演进版的iMX7和8 中,则实现了两个功能由同一颗芯片实现。这个芯片系列曾数年都是全球车规级处理器中市占率第一的产品。2015年,恩智浦之所以收购飞思卡尔,也是看中了这点。

国产芯片有两大派系。一是芯驰、芯擎这样的飞思卡尔/恩智浦创业系,直接干前装。二是杰发(源自联发科)、全志科技这样消费电子转战过来的体系,会从后装放量之后再进前装。高通、华为和展锐也都是从手机转到汽车的。

再来讲讲自动驾驶芯片,也有两类。一类是以英伟达为代表的异构计算算力派,国内有黑芝麻,寒武纪也在进入,对外合作软件生态;一类是算法派,算法和芯片是有融合的,代表是英特尔收购的MOBILE-EYE,国内则有百度创业系的地平线等。智能驾驶前途光明,但因涉及到驾驶安全,芯片进入市场的周期长,需要大量资金持续投入。

值得一提的是,国内自动驾驶汽车软件生态发展很快。有了上海魔视智能、大小眼等一批成熟的深度学习软件企业,独立于芯片,也有了艾拉比这样的OTA远程软件升级解决方案厂家,汽车可以象手机一样软件升级。

1、芯擎:智能座舱发展迅猛,成为智能手机的延伸

智能座舱可以适用于燃油车和电动车,目前渗透率已经达到了百分之二十以上,很多入门级新车都有数字仪表盘和大屏车机了。最近居然看到一些两轮电动车的仪表盘也数字化了,真是“离谱”得很。

芯擎科技CEO汪凯博士曾任恩智浦副总裁兼亚洲区总经理。芯擎科技有吉利汽车和ARM中国的联合背书,背靠大树好乘凉。

芯擎已经一次流片成功首款基于国内最先进制程(7nm工艺)的高性能智能座舱车规级主控芯片SE1000,可以解决整个智能座舱的整体需求。这是一款对标国际水平的高端芯片,说白了,就是对标高通8155芯片。

图注:和芯擎团队交流,左三汪凯博士

2、杰发科技:国产车规级MCU已进入市场并初步成熟

高精地图的上市公司四维图新旗下的杰发科技源自“山寨之王”联发科的汽车电子事业部。

2018年的最后一天,杰发科技出品的MCU芯片AC781X成为国内首颗通过AEC-Q100 Grade1认证的32位车规级MCU。

马伟华告诉我们,杰发继承联发科的一揽子解决方案基因,提供了车载娱乐信息系统的芯片和成熟的Turn-Key方案,芯片发货量很大,全世界的汽配店都可以为老百姓的汽车“魔改”装上液晶显示车机,立马高大上!

2021年,杰发科技智能座舱SoC芯片AC8015实现正式装车量产,正式杀入了前装车载智能座舱领域。

3、聚辰:智能化浪潮里,车规存储芯片迅猛放量

聚辰半导体李强介绍,EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)是一类通用型的非易失性存储芯片,在断电情况下仍能保留所存储的数据信息,适合应用于可靠性要求很高(耐擦写性能至少 100 万次)但是数据量不大的场景。车载摄像头内存储镜头与图像的矫正参数和液晶显示面板内存储参数和配置文件等场景里,EEPROM存储技术获得了大量应用,平均每辆车的EEPROM 使用量在12颗以上。

聚辰有硅谷ISSI公司的基因,已经有超过20年的存储芯片设计经验,是全球EEPROM领域的领先企业,其产品在全球汽车产业中也大量使用。聚辰也官宣进入NOR FLASH领域,这是另外一种高可靠性存储技术,容量更大。

结束语

我亲身经历了几次中国科技产业的“群体崛起”,包括程控交换机、移动通信基站、手机(功能机、智能手机)、手机芯片等。今天,中国汽车芯片也迎来了“群体崛起”时代。

晚风里站在黄浦江边,看着对面浦东的高楼大厦和闪耀的霓虹灯,我的耳边回荡起歌曲《沧海一声笑》:

沧海笑,滔滔两岸潮,浮沉随浪记今朝;

苍天笑,纷纷世上潮,谁负谁胜,天知晓!

(校对/范蓉)

责编: 爱集微

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