2月25日,清华大学工程物理系教授唐传祥研究组与来自亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心(HZB)以及德国联邦物理技术研究院(PTB)的合作团队在《自然》(Nature)上发表了题为“稳态微聚束原理的实验演示”的研究论文,引发了学术界和产业界高度关注。这篇文章从内容上报告了一种新型粒子加速器光源“稳态微聚束”(Steady-state microbunching,简称SSMB)的首个原理验证实验,但SSMB作为一种光源,对于下一代光刻机的研发将起到非常重要的作用。而光刻机,尤其是高制程芯片的光刻机,是最近两三年里聚焦国内从政策制定者到资本市场目光的重要领域,这项试验的成功,无疑对中国在光刻机领域追赶世界先进水平甚至实现反超注入了一针强心剂,对于汽车行业来说,避免在发展无人驾驶技术时遇到华为、中兴类似的被放入实体清单导致的芯片禁运,具有战略性意义。

无人驾驶对于专属芯片需求的迫切

最近,全球车企几乎都受到缺芯的困扰,这其中主要缺乏的就是MCU这样的功能芯片。这类芯片更多的还是被瑞萨、德州仪器、意法半导体等几家国际巨头所垄断。这些半导体公司并没有在国内设立工厂,其海外工厂在去年则深受疫情肆虐,导致工厂开工率不足,同时国际物流也不畅通,使得芯片终端供货不足。由于国产化替代率较低,而且车规级芯片还受自身研发测试周期长,工作环境苛刻等影响,因而功能芯片供应的紧平衡在将来的一两年里也不会得到根本性的扭转。消费电子的快速崛起以及智能化向越来越多行业的辐射与渗透,也会分流不少芯片代工厂的产能。

不过对于主机厂来说,相比于眼前遇到的MCU功能芯片的缺货,L4级别无人驾驶技术所需要的AI主控芯片更是重中之重。L4的商业化落地是今后一段时间各大主流汽车集团的重中之重,谁能够率先实现L4级别无人驾驶技术落地,谁无疑就站在整个行业的顶端位置。在这场谁都不能输的战争里面,虽然存在多种技术路线,但有一个共识那就是随着无人驾驶技术代码动辄数以亿计,芯片的算力也需要不断增加。相比于一般电池、电机控制器所用的芯片都还是28nm甚至更加落后制程的MCU功能芯片,将来车企的无人驾驶芯片肯定会不断向消费电子芯片所靠近,14nm甚至是7nm的AI主控芯片应该是各大主机厂未来L4级别无人驾驶的标配。

芯片成为今年两会关注的焦点

在今年的两会上,包括上汽、东风、长安、广汽等国有车企掌门人的提案都将车规级芯片的国产化作为一个主要的提案方向。而中兴、华为事件之后,包括工信部、中科院等也已经将芯片设计以及制造视为重中之重。

芯片的研发投入巨大,目前国内公认的一款芯片的研发成本都在20亿元级别,普通厂家难以负担得起。研发完之后流片的单次成本就在2亿元,一旦流片失败,就意味着2亿元打了水漂。除了需要源源不断的资金之外,在芯片研发上还需要聚集一批科学家,人力成本也是一笔不小的支出。但国内最近几年在AI芯片设计方面,华为、地平线、寒武纪等都已经有所突破,但是以中芯国际为代表的国内芯片加工企业,目前还是受到光刻机的制约,在技术水平上和三星、台积电有不小的差距。而在车规级功能芯片MCU的领域,目前国内并没有如恩智浦、瑞萨这样的芯片企业,能够和国内外主机厂或者是大陆、博世这样的零部件供应商结成比较紧密的战略合作,因此即便中芯国际拥有代工28nm、56nm这样车规级MCU芯片的能力,国内的芯片厂家也难以拿到主机厂这部分的订单。

无人驾驶AI主控芯片突破并不遥远

未来随着无人驾驶技术的普及,手机上会使用的7nm甚至更高制程的芯片,不仅面临设计上的巨大挑战,国内受制于美国的出口管制技术,像中芯国际这样的芯片代工企业也很难买到ASML的高制程芯片的光刻机。而没有光刻机,那芯片制造便无从谈起。如果最终各种技术路线都验证了4nm或者更高制程的无人驾驶专属芯片可以实现L4级别无人驾驶的商业化落地,那国内车企就将真正面临卡脖子的局面。正如同华为高端手机,无论从性能还是从销量售价上都已经看齐苹果,美国一纸实体清单的禁令,就让其没有办法从台积电还有三星拿到代工的芯片,也没有办法从高通购买到芯片,就足见国内在高端芯片方面的劣势。到时候就算我们甚至可以抢在欧美车企之前部署L４级别无人驾驶系统,但也会因为没有芯片而面临华为一样的窘境。

在下一代光刻机光源上的突破,对于国人来说是一个值得鼓舞的信息。但是光源之外,我们要赶上国外光刻机的水平还有很长一段道路要走。为了避免车规级芯片缺货的局面,国内主机厂应当积极对接国内的芯片设计和生产企业,以更为开放的姿态来接纳新兴的芯片领域的供应商,扭转功能芯片完全被外资掌控的情况,像比亚迪、上汽英飞凌在IGBT功率芯片一样,把生产留在中国;而在AI主控芯片方面,在设计领域我们已经有所突破的情况下,完善制造环节的突破,用两弹一星的精神攻克光刻机的制造技术。在智能网联逐渐渗入各个行业的当下,只有全盘掌握芯片技术,中国制造才能真正转变为中国智造。