2021年6月17日-19日，由中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)主辦的“第11屆中國(guó)汽車論壇”在上海市嘉定區(qū)舉辦。站在新一個(gè)五年的起點(diǎn)上，本屆論壇以“新起點(diǎn) 新戰(zhàn)略 新格局——推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”為主題，設(shè)置“1場(chǎng)閉門峰會(huì)+1個(gè)大會(huì)論壇+2個(gè)中外論壇+12個(gè)主題論壇”，全面集聚政府主管領(lǐng)導(dǎo)、全球汽車企業(yè)領(lǐng)袖、汽車行業(yè)精英，共商汽車強(qiáng)國(guó)大計(jì)，落實(shí)國(guó)家提出的“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)要求，助力構(gòu)建“雙循環(huán)”新發(fā)展格局。其中，在6月19日下午舉辦的主題論壇“汽車‘芯荒’與中國(guó)對(duì)策”上，蓋斯特管理咨詢公司副董事長(zhǎng)何偉發(fā)表了主題演講。以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)演講實(shí)錄：
尊敬的羅秘書長(zhǎng)，在座的各位嘉賓，大家下午好！很高興參加本次論壇并與大家分享我們的研究成果。
芯片問題是最近一年探討最多和最熱的話題。今天在論壇的上半場(chǎng)，大家談的是從芯片供應(yīng)的角度上來看，芯片成了卡脖子問題，芯片短缺讓所有與之相關(guān)的車企都已經(jīng)停產(chǎn)。為什么會(huì)出現(xiàn)芯片荒？我想從另外的角度談一談，芯片對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)意味著什么？如果不早一點(diǎn)從戰(zhàn)略角度思考這些問題，從戰(zhàn)略高度思考解決方案，很有可能我們從心態(tài)上會(huì)產(chǎn)生另外一個(gè)“芯片荒”。
下面與在座各位分享我們的研究方向和研究成果。我的演講分為四部分：第一，我想談一談，芯片對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的戰(zhàn)略意義是什么？第二，智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片發(fā)展趨勢(shì)，我們?cè)鯓优袛嗨奈磥戆l(fā)展方向。第三，芯片本來在汽車產(chǎn)業(yè)鏈上屬于T1（一級(jí)供應(yīng)商）、T2（二級(jí)供應(yīng)商）級(jí)別的零件，現(xiàn)在對(duì)于汽車產(chǎn)業(yè)分工變革，芯片怎么就成為了關(guān)鍵要素。第四，面對(duì)這種情況下，整車車企如何布局未來，我們給出了幾點(diǎn)建議。
芯片對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略意義
眾所周知，現(xiàn)在的智能汽車成為新物種。實(shí)際上智能汽車是什么？智能汽車就是由軟件定義、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、能夠帶給用戶更好體驗(yàn)的汽車。智能網(wǎng)聯(lián)汽車與傳統(tǒng)汽車的本質(zhì)區(qū)別在于，智能汽車可以自我進(jìn)化、完善和升級(jí)。而數(shù)據(jù)是支撐智能汽車不斷進(jìn)化的核心，體驗(yàn)是智能汽車最重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)，未來智能汽車必須面向不同客戶提供個(gè)性化服務(wù)。未來汽車也一定是基于場(chǎng)景、基于數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)智能功能，其中數(shù)據(jù)決定產(chǎn)品功能。而數(shù)據(jù)從哪里來？是由軟件定義汽車背景下所產(chǎn)生的，通過軟件來產(chǎn)生、加工、分析、處理數(shù)據(jù)，而芯片與軟件息息相關(guān)。實(shí)際上數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、處理、存儲(chǔ)和交互均依賴于芯片的功能和性能。
圖1 芯片在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的關(guān)鍵作用
從智能網(wǎng)聯(lián)汽車所需要的能力來看，智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有的通訊能力、計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、感知能力都依托于芯片。另一方面，從智能汽車的軟硬件架構(gòu)來看，軟件賦能硬件，使硬件的功能和性能得以最大化地發(fā)揮，并且由軟件來定義體驗(yàn)。而所有的軟件架構(gòu)開發(fā)都是要基于芯片的功能性來進(jìn)行開發(fā)，軟件和芯片必須緊密融合在一起，否則軟件不可能有效地驅(qū)動(dòng)芯片和硬件，軟件架構(gòu)離不開芯片的支撐。同時(shí)，芯片也是組成硬件架構(gòu)平臺(tái)各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的核心組成部分，芯片既是功能提供者，又是硬件的控制者，并且芯片承擔(dān)著打通軟件和硬件的關(guān)鍵任務(wù)。因此，芯片是汽車產(chǎn)品升級(jí)的關(guān)鍵支撐，在智能汽車發(fā)展中具有關(guān)鍵作用與戰(zhàn)略意義。
智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片發(fā)展趨勢(shì)
智能網(wǎng)聯(lián)汽車對(duì)于芯片存在不同技術(shù)水平的需求。芯片有很多種分類方法，我們根據(jù)算力的性能和工藝水平把汽車芯片分為三個(gè)梯隊(duì)。
第一梯隊(duì)，就是高性能、高工藝的芯片，屬于技術(shù)梯度最高的芯片，典型代表是各種AI芯片、主控芯片。智能網(wǎng)聯(lián)汽車對(duì)這些芯片性能和工藝的要求非常高，而且隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，對(duì)此類芯片的需求會(huì)越來越大，也越來越重要。這部分芯片的供應(yīng)之所以成為卡脖子問題，因?yàn)槲覀兩袥]有自主掌控其技術(shù)能力，目前幾乎所有高性能汽車芯片均由臺(tái)積電和三星代工。
第二梯隊(duì)，是大家常見的芯片，也就是MCU微控制器，這部分的芯片具有中高算力、工藝要求較高的特點(diǎn)。現(xiàn)在用得比較多，出現(xiàn)供貨上斷檔的主要是這類芯片。出于成本考慮，這類芯片少部分由汽車芯片企業(yè)內(nèi)部制造，大部分由代工廠制造，目前有多家代工廠可供選擇。
第三梯隊(duì)，是功率芯片、通訊芯片、傳感器與執(zhí)行器、存儲(chǔ)芯片等，屬于低算力、工藝要求較低的芯片。此類芯片大部分都由傳統(tǒng)汽車芯片的企業(yè)內(nèi)部制造。這些企業(yè)的內(nèi)部產(chǎn)能及工藝水平將越來越無法滿足汽車芯片的供應(yīng)需求。
我們看三個(gè)梯隊(duì)芯片，它們不是簡(jiǎn)單通過技術(shù)升級(jí)能做到提升層級(jí)，各個(gè)梯隊(duì)中間都隔著“一堵墻”。要跨過這堵墻，需要從芯片制造的全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行全方位升級(jí)。很多傳統(tǒng)芯片企業(yè)如果不能快速地自主掌握技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，意味著汽車芯片產(chǎn)業(yè)對(duì)于將臺(tái)積電、三星代工廠的依賴性將越來越強(qiáng)，這也是由第一梯隊(duì)芯片作用所決定的。
智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片開辟了全新的技術(shù)領(lǐng)域。對(duì)于智能網(wǎng)聯(lián)芯片、傳統(tǒng)汽車芯片和消費(fèi)電子芯片，我們從算力、制造工藝、軟件開放性、可升級(jí)性、可靠性和長(zhǎng)效性、安全性等方面對(duì)比，詳見圖2。對(duì)比之后可以得出結(jié)論：智能網(wǎng)聯(lián)芯片是全新的芯片類型，具有獨(dú)特的功能和性能要求。
圖2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片具有全新的需求
總體來說，智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片在工藝規(guī)格上更接近于消費(fèi)電子芯片，但又保留車規(guī)級(jí)的要求，同時(shí)還有其自身的獨(dú)特需求。大家一定要深刻理解這三個(gè)需求。從這些獨(dú)特的需求可判斷出汽車芯片有著以下三個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。第一是定制化，芯片要基于車載應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片一定與車載場(chǎng)景有關(guān)，后面我會(huì)詳細(xì)展開來講。第二是專業(yè)化，不同類型的芯片要進(jìn)行異構(gòu)融合，以滿足汽車不同的任務(wù)需求。第三是平臺(tái)化，芯片可擴(kuò)展、可升級(jí)，而且一定要支持個(gè)性化。下面詳細(xì)分析這三個(gè)芯片發(fā)展趨勢(shì)。
首先看定制化。傳統(tǒng)汽車芯片與消費(fèi)電子芯片均不能直接滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車的需求，因此智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片需要定制化開發(fā)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片與車載場(chǎng)景是高度融合的，從自動(dòng)駕駛和智能座艙這兩方面來看都是這樣。從自動(dòng)駕駛角度來看，多元的感知融合、高效實(shí)時(shí)計(jì)算、冗余系統(tǒng)控制等要求芯片不是傳統(tǒng)ECU所做的“加減法”，而是在確保安全性能的基礎(chǔ)上滿足高性能、功能融合的需求。從智能座艙角度來看，3D/AR/多屏等先進(jìn)顯示、多模態(tài)交互、豐富應(yīng)用生態(tài)等需求，消費(fèi)電子芯片都不能直接給予滿足，需要在功能、性能、生態(tài)等方面進(jìn)行全方位升級(jí)。所以，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車打造定制化的產(chǎn)品，成為芯片創(chuàng)新的新路徑。在這個(gè)方面就有兩個(gè)案例，一是消費(fèi)芯片巨頭都在強(qiáng)勢(shì)進(jìn)入汽車領(lǐng)域，來做定制化。另一個(gè)是大量企業(yè)有針對(duì)性地選擇車載的場(chǎng)景設(shè)計(jì)芯片。客觀來看，消費(fèi)電子芯片企業(yè)的入局將有效促進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片技術(shù)的進(jìn)步與創(chuàng)新。
其次是專用化。不同種類的芯片將走向異構(gòu)融合。根據(jù)各種各樣的業(yè)務(wù)需求來看，每個(gè)業(yè)務(wù)都需要專用芯片，那么這種場(chǎng)景下的解決方法是什么？例如，使用通用處理器，由于受到半導(dǎo)體物理極限及工藝水平的限制，當(dāng)做到一定程度后效率提高就遇到瓶頸；另一個(gè)方案是用新器件，運(yùn)用新的模型進(jìn)行解決，雖然新型技術(shù)很有發(fā)展?jié)摿?，但是還沒有到成熟的程度，并沒有進(jìn)行大面積應(yīng)用，因此不確定技術(shù)落地具體的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，但是可以判斷短時(shí)間內(nèi)難以大規(guī)模應(yīng)用。目前來看，未來5-10年內(nèi)，提高芯片效率最優(yōu)前景的方式是專用化處理器，而專用化處理器面對(duì)不同場(chǎng)景的不同任務(wù)，需要把不同類型芯片兼顧和融合在一起，即異構(gòu)融合，以支撐智能網(wǎng)聯(lián)汽車面對(duì)各類場(chǎng)景的需求。比如，將圖像處理、圖型處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、視頻處理等業(yè)務(wù)進(jìn)行異構(gòu)集成。專業(yè)化發(fā)展不僅提供了更高效率的資源利用率，還賦予汽車芯片更大的靈活性。
最后是平臺(tái)化。芯片硬件將成為上層軟件的共享資源。對(duì)于傳統(tǒng)汽車來說，一個(gè)ECU對(duì)應(yīng)一套軟件。而對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車來說，一個(gè)計(jì)算平臺(tái)支撐豐富的上層軟件生態(tài)。軟件定義汽車的發(fā)展需求首先是軟硬件解耦，軟件不再嵌入硬件之后，實(shí)現(xiàn)軟硬件開發(fā)分離，可以分別進(jìn)行升級(jí)；同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)軟硬協(xié)同，協(xié)同就是軟件要對(duì)硬件進(jìn)行有效的控制、靈活的調(diào)用。同時(shí)意味著必須處于同一個(gè)平臺(tái)下才能實(shí)現(xiàn)調(diào)用。比如，現(xiàn)在跨域就沒有辦法調(diào)用，調(diào)用的目的是優(yōu)化用戶體驗(yàn)。平臺(tái)化的目的就是集中整車算力、統(tǒng)一處理計(jì)算任務(wù)，然后讓硬件資源抽象化。從平臺(tái)化來看，不只是芯片的性能、功能進(jìn)行集成，還讓汽車軟硬件的關(guān)系發(fā)生了顛覆性的改變。
我們?cè)谡勚悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車芯片時(shí)，不可回避的一個(gè)問題是車路協(xié)同，中國(guó)所選擇車路協(xié)同的路線到底會(huì)對(duì)芯片帶來哪些影響？車路協(xié)同本質(zhì)是什么？我們認(rèn)為，車路協(xié)同通過打通車內(nèi)和車外的能力，賦予汽車芯片“做減法”的機(jī)會(huì)。車路協(xié)同就是把云端服務(wù)器和路側(cè)設(shè)備與汽車進(jìn)行高效5G賦能V2X來連接在一起，可以把部分感知、計(jì)算和存儲(chǔ)能力從車內(nèi)轉(zhuǎn)移到車外，這樣對(duì)整個(gè)芯片未來的發(fā)展造成三個(gè)方面的影響。
第一，通訊芯片的性能需求提升。這一點(diǎn)比較好理解，因?yàn)檐嚩伺c云端/路端將進(jìn)行大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，傳輸?shù)乃俾室蟾吡耍瑐鬏數(shù)牧恳苍龃罅?，可以把未來汽車的通訊芯片理解成一個(gè)多源傳感器，所以這部分性能要逐漸提升。
第二，車端的架構(gòu)和云端的架構(gòu)一定要采用協(xié)同設(shè)計(jì)。因?yàn)檫@兩部分要打通和聯(lián)通，所以要進(jìn)行軟件協(xié)同和硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。軟件協(xié)同設(shè)計(jì)要有標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)架構(gòu)，來完成車端和云端任務(wù)的分配，以及統(tǒng)一進(jìn)行服務(wù)和管理調(diào)度。硬件協(xié)同要明確車端和云端的硬件能力需求，協(xié)同設(shè)計(jì)兩端的芯片，比如統(tǒng)一數(shù)據(jù)的輸入輸出格式、統(tǒng)一規(guī)劃芯片功能和性能配置。
第三，傳感器和算力配置得以簡(jiǎn)化。部分計(jì)算/感知/存儲(chǔ)的任務(wù)從車?yán)镆频皆贫巳ィ虼藢?duì)車端芯片的需求就會(huì)降低，傳感器和計(jì)算平臺(tái)的配置可選擇更簡(jiǎn)單的方案。車路協(xié)同并不要求通訊芯片、計(jì)算芯片和云端服務(wù)器都是一家公司提供的，但是核心在于車企必須要明確定義好車端和云端的需求，而且還要協(xié)調(diào)管理好各方的資源。
芯片成為汽車產(chǎn)業(yè)分工變革的關(guān)鍵要素
從整個(gè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展和芯片制造發(fā)展的需求來看，芯片成為汽車產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵要素。傳統(tǒng)汽車企業(yè)作為整車集成方，通過傳統(tǒng)汽車芯片企業(yè)T2提供ECU所需芯片、零部件企業(yè)T1提供軟硬件開發(fā)與集成來供貨。但是隨著產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，在軟硬件解耦之后，汽車產(chǎn)業(yè)分工會(huì)發(fā)生三方面根本性的改變。
第一，整車企業(yè)主導(dǎo)芯片設(shè)計(jì)。芯片和整車架構(gòu)有高度相關(guān)性，車企必須定義芯片使用場(chǎng)景和需求，主導(dǎo)架構(gòu)的設(shè)計(jì)。具體案例就是特斯拉和蔚來汽車均自研自動(dòng)駕駛芯片。
第二，芯片企業(yè)從T2升級(jí)到T1，芯片本身成為汽車上單獨(dú)且核心的部件，芯片企業(yè)可以直接向整車企業(yè)供應(yīng)產(chǎn)品。芯片企業(yè)與車企不是簡(jiǎn)單供應(yīng)關(guān)系，而是緊密的戰(zhàn)略合作關(guān)系。類似案例很多，例如上汽與地平線達(dá)成全面戰(zhàn)略合作。
第三，軟件一定要介入整個(gè)芯片開發(fā)過程，而不是芯片開發(fā)完成再開發(fā)軟件。軟件與硬件深度融合可使芯片性能最大化發(fā)揮，因此軟件與芯片需要協(xié)同一體化設(shè)計(jì)。例如，Mobileye正在打造算法和芯片生態(tài)。
這就是我們認(rèn)為汽車產(chǎn)業(yè)分工變革的三方面變化。智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片作為關(guān)鍵要素，產(chǎn)業(yè)分工變革在參與者、合作方式和供應(yīng)模式方面均發(fā)生深度變化。
車企參與車載計(jì)算平臺(tái)及芯片設(shè)計(jì)的建議
接下來，我們?cè)倏窜嚻笤鯓訁⑴c車載計(jì)算平臺(tái)以及芯片設(shè)計(jì)。整車企業(yè)本身并不掌握芯片設(shè)計(jì)的核心能力，我認(rèn)為車企利用這種能力即可，不太可能也沒有必要去掌握相應(yīng)能力。而車企更加擅長(zhǎng)的是場(chǎng)景需求的挖掘與分析能力。這部分?jǐn)?shù)據(jù)、所連接的消費(fèi)者和用戶服務(wù)都在車企這里，車企要充分挖掘這部分能力。車企一定要把場(chǎng)景定義好，因?yàn)槲磥砥嚬δ鼙仨毣趫?chǎng)景和數(shù)據(jù)開發(fā)。車企挖掘場(chǎng)景之后，與芯片企業(yè)相互配合，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。
我們把整個(gè)芯片的開發(fā)分成七個(gè)步驟，分別是規(guī)格制定、功能單元?jiǎng)澐帧⑿酒O(shè)計(jì)語言描述、計(jì)算平臺(tái)基地設(shè)計(jì)、單元電路設(shè)計(jì)、分層布線設(shè)計(jì)和芯片合成仿真。具體內(nèi)容參見圖3。
圖3 智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片開發(fā)的步驟
從前三個(gè)方面來看，無論是規(guī)格制定、功能劃分，還是芯片設(shè)計(jì)語言的描述，均與末端消費(fèi)體驗(yàn)密切相關(guān)，對(duì)于整車企業(yè)如何參與，我們的建議如下。
建議一，車企應(yīng)基于整車架構(gòu)及對(duì)場(chǎng)景的理解，自主定義計(jì)算平臺(tái)的各項(xiàng)需求。其中，需要把場(chǎng)景解讀好，深度理解場(chǎng)景各種要素需求，然后提出對(duì)平臺(tái)各種規(guī)格、功能以及設(shè)計(jì)語言的需求，這樣才能實(shí)現(xiàn)平臺(tái)和場(chǎng)景應(yīng)用的結(jié)合。如果有T1在中間做“翻譯”，描述可能在傳導(dǎo)過程中失真，所以車企在前三個(gè)開發(fā)步驟中要緊密參加進(jìn)去。
建議二，車企在定義需求時(shí)，還要考慮到后續(xù)芯片的迭代更新，合理劃分功能單元以及確定接口標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橹悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車通過OTA不斷地在線升級(jí)，以讓汽車越用越好。車企必須考慮在汽車全生命周期中芯片的算力支撐。如果算力預(yù)留得多，成本就高；而預(yù)留少了，將來車輛升級(jí)就會(huì)出現(xiàn)算力不夠用的狀況，車企對(duì)此都要考慮清楚。相比于手機(jī)只有三年的生命周期，汽車的使用生命周期長(zhǎng)達(dá)十年，如何判斷芯片在汽車全生命周期的迭代升級(jí)？對(duì)于車企來說，是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。因此需要車企合理地劃分所有功能單元，以及確定所有的接口標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于計(jì)算平臺(tái)的基底設(shè)計(jì)、單元電路設(shè)計(jì)這兩部分的設(shè)計(jì)功能，按理來講都是屬于芯片企業(yè)強(qiáng)勢(shì)的地方。但是我們判斷，對(duì)于強(qiáng)勢(shì)車企來說，把前三個(gè)步驟做好基礎(chǔ)上，對(duì)這兩個(gè)部分可以考慮自主完成部分設(shè)計(jì)。如果車企能力比較弱，也要與芯片企業(yè)共同來開發(fā)。這種開發(fā)的目的在于實(shí)現(xiàn)企業(yè)軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@部分的設(shè)計(jì)要與硬件調(diào)用緊密聯(lián)合在一起，如果不能在一起協(xié)同，最后實(shí)現(xiàn)硬件調(diào)用的效果就會(huì)打折扣。這是對(duì)于整車企業(yè)的建議三。
建議四，至于分層布線和芯片合成仿真，是芯片企業(yè)的自留地，這兩個(gè)環(huán)節(jié)要求芯片企業(yè)有足夠的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累。這兩部分對(duì)車的差異化影響比較小，更多的是通用性的部分。不建議車企參與。
最后還要提醒的是，整車企業(yè)在主導(dǎo)計(jì)算平臺(tái)設(shè)計(jì)中，雖然處于主導(dǎo)地位，但是并不代表車企要深入?yún)⒓铀械难邪l(fā)環(huán)節(jié)，很多方面也并非是車企的領(lǐng)域，因此車企應(yīng)該根據(jù)自身能力量立而行。
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