2021年6月17日-19日，由中國汽車工業(yè)協(xié)會主辦的“第11屆中國汽車論壇”在上海市嘉定區(qū)舉辦。 在6月19日下午舉辦的主題論壇“汽車‘芯荒’與中國對策”上，蓋斯特管理咨詢公司副董事長何偉發(fā)表了主題演講。

  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，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)。為什么會出現(xiàn)芯片荒?我想從另外的角度談一談，芯片對汽車產(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)上會產(chǎn)生另外一個“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，我們怎樣判斷它的未來發(fā)展方向。第三，芯片本來在汽車產(chǎn)業(yè)鏈上屬于T1(一級供應(yīng)商)、T2(二級供應(yīng)商)級別的零件，現(xiàn)在對于汽車產(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、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。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性化服務(wù)。未來汽車也一定是基于場景、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、計算能力、存儲能力、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)動芯片和硬件，軟件架構(gòu)離不開芯片的支撐。同時，芯片也是組成硬件架構(gòu)平臺各個關(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

  智能網(wǎng)聯(lián)汽車對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，對此類芯片的需求會越來越大，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)?，F(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。

  我們看三個梯隊(duì)芯片，它們不是簡單通過技術(shù)升級能做到提升層級，各個梯隊(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。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，意味著汽車芯片產(chǎn)業(yè)對于將臺積電、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、可升級性、可靠性和長效性、安全性等方面對比，詳見圖2。對比之后可以得出結(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)級的要求，同時還有其自身的獨(dú)特需求。大家一定要深刻理解這三個需求。從這些獨(dú)特的需求可判斷出汽車芯片有著以下三個發(fā)展趨勢。第一是定制化，芯片要基于車載應(yīng)用場景開發(fā)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片一定與車載場景有關(guān)，后面我會詳細(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。第三是平臺化，芯片可擴(kuò)展、可升級，而且一定要支持個性化。下面詳細(xì)分析這三個芯片發(fā)展趨勢。

  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)汽車芯片與車載場景是高度融合的，從自動駕駛和智能座艙這兩方面來看都是這樣。從自動駕駛角度來看，多元的感知融合、高效實(shí)時計算、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。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。在這個方面就有兩個案例，一是消費(fèi)芯片巨頭都在強(qiáng)勢進(jìn)入汽車領(lǐng)域，來做定制化。另一個是大量企業(yè)有針對性地選擇車載的場景設(shè)計芯片?？陀^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，每個業(yè)務(wù)都需要專用芯片，那么這種場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)落地具體的時間節(jié)點(diǎn)，但是可以判斷短時間內(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不同場景的不同任務(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)汽車面對各類場景的需求。比如，將圖像處理、圖型處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算、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。

  最后是平臺化。芯片硬件將成為上層軟件的共享資源。對于傳統(tǒng)汽車來說，一個ECU對應(yīng)一套軟件。而對智能網(wǎng)聯(lián)汽車來說，一個計算平臺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;同時還要實(shí)現(xiàn)軟硬協(xié)同，協(xié)同就是軟件要對硬件進(jìn)行有效的控制、靈活的調(diào)用。同時意味著必須處于同一個平臺下才能實(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)。平臺化的目的就是集中整車算力、統(tǒng)一處理計算任務(wù)，然后讓硬件資源抽象化。從平臺化來看，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。

  我們在談智能網(wǎng)聯(lián)汽車芯片時，不可回避的一個問題是車路協(xié)同，中國所選擇車路協(xié)同的路線到底會對芯片帶來哪些影響?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。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、計算和存儲能力從車內(nèi)轉(zhuǎn)移到車外，這樣對整個芯片未來的發(fā)展造成三個方面的影響。

  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)時數(shù)據(jù)交互，傳輸?shù)乃俾室蟾吡?，傳輸?shù)牧恳苍龃罅?，可以把未來汽車的通訊芯片理解成一個多源傳感器，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。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。軟件協(xié)同設(shè)計要有標(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化。部分計算/感知/存儲的任務(wù)從車?yán)镆频皆贫巳ィ虼藢嚩诵酒男枨缶蜁档?，傳感器和計算平臺的配置可選擇更簡單的方案。車路協(xié)同并不要求通訊芯片、計算芯片和云端服務(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。

  芯片成為產(chǎn)業(yè)分工變革的關(guān)鍵要素

  從整個智能網(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，在軟硬件解耦之后，汽車產(chǎn)業(yè)分工會發(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。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景和需求，主導(dǎo)架構(gòu)的設(shè)計。具體案例就是特斯拉和蔚來汽車均自研自動駕駛芯片。

  第二，芯片企業(yè)從T2升級到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。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。

  車企參與車載計算平臺及芯片設(shè)計的建議

  接下來，我們再看車企怎樣參與車載計算平臺以及芯片設(shè)計。整車企業(yè)本身并不掌握芯片設(shè)計的核心能力，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。而車企更加擅長的是場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。車企一定要把場景定義好，因?yàn)槲磥砥嚬δ鼙仨毣趫鼍昂蛿?shù)據(jù)開發(fā)。車企挖掘場景之后，與芯片企業(yè)相互配合，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，從而提升產(chǎn)品的競爭能力。

  我們把整個芯片的開發(fā)分成七個步驟，分別是規(guī)格制定、功能單元劃分、芯片設(shè)計語言描述、計算平臺基地設(shè)計、單元電路設(shè)計、分層布線設(shè)計和芯片合成仿真。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

  從前三個方面來看，無論是規(guī)格制定、功能劃分，還是芯片設(shè)計語言的描述，均與末端消費(fèi)體驗(yàn)密切相關(guān)，對于整車企業(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)及對場景的理解，自主定義計算平臺的各項(xiàng)需求。其中，需要把場景解讀好，深度理解場景各種要素需求，然后提出對平臺各種規(guī)格、功能以及設(shè)計語言的需求，這樣才能實(shí)現(xiàn)平臺和場景應(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，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，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，將來車輛升級就會出現(xiàn)算力不夠用的狀況，車企對此都要考慮清楚。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達(dá)十年，如何判斷芯片在汽車全生命周期的迭代升級?對于車企來說，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)。

  對于計算平臺的基底設(shè)計、單元電路設(shè)計這兩部分的設(shè)計功能，按理來講都是屬于芯片企業(yè)強(qiáng)勢的地方。但是我們判斷，對于強(qiáng)勢車企來說，把前三個步驟做好基礎(chǔ)上，對這兩個部分可以考慮自主完成部分設(shè)計。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，因?yàn)檫@部分的設(shè)計要與硬件調(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)用的效果就會打折扣。這是對于整車企業(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)計算平臺設(shè)計中，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。