?2月25日,清華大學工程物理系教授唐傳祥研究組與來自亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心(HZB)以及德國聯邦物理技術研究院(PTB)的合作團隊在《自然》(Nature)上發表了題為“穩態微聚束原理的實驗演示”的研究論文,引發了學術界和產業界高度關注。這篇文章從內容上報告了一種新型粒子加速器光源“穩態微聚束”(Steady-state microbunching,簡稱SSMB)的首個原理驗證實驗,但SSMB作為一種光源,對于下一代光刻機的研發將起到非常重要的作用。而光刻機,尤其是高制程芯片的光刻機,是最近兩三年里聚焦國內從政策制定者到資本市場目光的重要領域,這項試驗的成功,無疑對中國在光刻機領域追趕世界先進水平甚至實現反超注入了一針強心劑,對于汽車行業來說,避免在發展無人駕駛技術時遇到華為、中興類似的被放入實體清單導致的芯片禁運,具有戰略性意義。

無人駕駛對于專屬芯片需求的迫切

最近,全球車企幾乎都受到缺芯的困擾,這其中主要缺乏的就是MCU這樣的功能芯片。這類芯片更多的還是被瑞薩、德州儀器、意法半導體等幾家國際巨頭所壟斷。這些半導體公司并沒有在國內設立工廠,其海外工廠在去年則深受疫情肆虐,導致工廠開工率不足,同時國際物流也不暢通,使得芯片終端供貨不足。由于國產化替代率較低,而且車規級芯片還受自身研發測試周期長,工作環境苛刻等影響,因而功能芯片供應的緊平衡在將來的一兩年里也不會得到根本性的扭轉。消費電子的快速崛起以及智能化向越來越多行業的輻射與滲透,也會分流不少芯片代工廠的產能。

不過對于主機廠來說,相比于眼前遇到的MCU功能芯片的缺貨,L4級別無人駕駛技術所需要的AI主控芯片更是重中之重。L4的商業化落地是今后一段時間各大主流汽車集團的重中之重,誰能夠率先實現L4級別無人駕駛技術落地,誰無疑就站在整個行業的頂端位置。在這場誰都不能輸的戰爭里面,雖然存在多種技術路線,但有一個共識那就是隨著無人駕駛技術代碼動輒數以億計,芯片的算力也需要不斷增加。相比于一般電池、電機控制器所用的芯片都還是28nm甚至更加落后制程的MCU功能芯片,將來車企的無人駕駛芯片肯定會不斷向消費電子芯片所靠近,14nm甚至是7nm的AI主控芯片應該是各大主機廠未來L4級別無人駕駛的標配。

芯片成為今年兩會關注的焦點

在今年的兩會上,包括上汽、東風、長安、廣汽等國有車企掌門人的提案都將車規級芯片的國產化作為一個主要的提案方向。而中興、華為事件之后,包括工信部、中科院等也已經將芯片設計以及制造視為重中之重。

芯片的研發投入巨大,目前國內公認的一款芯片的研發成本都在20億元級別,普通廠家難以負擔得起。研發完之后流片的單次成本就在2億元,一旦流片失敗,就意味著2億元打了水漂。除了需要源源不斷的資金之外,在芯片研發上還需要聚集一批科學家,人力成本也是一筆不小的支出。但國內最近幾年在AI芯片設計方面,華為、地平線、寒武紀等都已經有所突破,但是以中芯國際為代表的國內芯片加工企業,目前還是受到光刻機的制約,在技術水平上和三星、臺積電有不小的差距。而在車規級功能芯片MCU的領域,目前國內并沒有如恩智浦、瑞薩這樣的芯片企業,能夠和國內外主機廠或者是大陸、博世這樣的零部件供應商結成比較緊密的戰略合作,因此即便中芯國際擁有代工28nm、56nm這樣車規級MCU芯片的能力,國內的芯片廠家也難以拿到主機廠這部分的訂單。

無人駕駛AI主控芯片突破并不遙遠

未來隨著無人駕駛技術的普及,手機上會使用的7nm甚至更高制程的芯片,不僅面臨設計上的巨大挑戰,國內受制于美國的出口管制技術,像中芯國際這樣的芯片代工企業也很難買到ASML的高制程芯片的光刻機。而沒有光刻機,那芯片制造便無從談起。如果最終各種技術路線都驗證了4nm或者更高制程的無人駕駛專屬芯片可以實現L4級別無人駕駛的商業化落地,那國內車企就將真正面臨卡脖子的局面。正如同華為高端手機,無論從性能還是從銷量售價上都已經看齊蘋果,美國一紙實體清單的禁令,就讓其沒有辦法從臺積電還有三星拿到代工的芯片,也沒有辦法從高通購買到芯片,就足見國內在高端芯片方面的劣勢。到時候就算我們甚至可以搶在歐美車企之前部署L４級別無人駕駛系統,但也會因為沒有芯片而面臨華為一樣的窘境。

在下一代光刻機光源上的突破,對于國人來說是一個值得鼓舞的信息。但是光源之外,我們要趕上國外光刻機的水平還有很長一段道路要走。為了避免車規級芯片缺貨的局面,國內主機廠應當積極對接國內的芯片設計和生產企業,以更為開放的姿態來接納新興的芯片領域的供應商,扭轉功能芯片完全被外資掌控的情況,像比亞迪、上汽英飛凌在IGBT功率芯片一樣,把生產留在中國;而在AI主控芯片方面,在設計領域我們已經有所突破的情況下,完善制造環節的突破,用兩彈一星的精神攻克光刻機的制造技術。在智能網聯逐漸滲入各個行業的當下,只有全盤掌握芯片技術,中國制造才能真正轉變為中國智造。