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张睿、原诚寅:为什么我们能生产芯片,但生产不了汽车芯片?
【导读】 芯片!芯片!芯片!
不仅仅是手机、制造业,芯片荒也蔓延到了汽车产业,成了中国汽车发展的“卡脖子”技术。
在2021年“第三届世界新能源汽车大会”(WNEVC 2021)上,浙江大学先进集成电路制造技术研究所副所长张睿、国家新能源汽车技术创新中心总经理原诚寅聚焦汽车芯片产业,提出中国汽车芯片严重依赖进口,急需提升国产率,而其中的关键在于政府推动,构建共生共赢的生态体系。
本文根据现场速记整理,未经演讲者审核。
张睿:
最近几年新能源汽车发展非常快,去年我们国家新能源汽车销量超过136万辆,因为中国有政府的推动,碳中和和碳达峰等相关的政策支持。
以传统燃油车为主力的美国市场里,新能源车的销量也逐年上升,而且上升非常快。市场发展速度快有技术方面的原因,也有政策方面的原因,对我们汽车芯片的发展带来了很大的机遇,一个汽车里面芯片种类非常多,中间有上百种的电子设备都要用到芯片。汽车产量不断提升,那么我们现在面临的挑战是什么?怎样去解决这些问题?
去年年底芯片荒的问题影响到汽车行业整体发展,很多芯片燃油车和新能源车是都受到影响。从芯片制造的角度来看,根本原因是供需不公平:一方面是疫情原因导致产能下降;另一方面,对传统的芯片制造来说,电子芯片利润比较高,很多厂商都会先做,但投入能力不足,汽车行业出现了非常强劲的复苏后需求量暴涨,供应量跟不上。两者结合起来导致我们国家汽车芯片的短缺问题。
国内自己制造汽车芯片面临几个问题:首先市场的规模,或者利润的规模是比较小的;第二汽车芯片的验证周期非常长,带来一些问题;另外,企业要做汽车芯片的制造,是一个出力不讨好的事情,要面临非常高的壁垒。这几个原因综合起来我们国家的芯片大部分还是进口,前装芯片超过5%、后装芯片超过80%都来源于进口,国际上大多数的汽车芯片供应商都来自日本、欧洲、美国,我们国家大概是3%多一点。
那么,为什么我们国家能生产芯片,但是生产不了汽车芯片,尤其生产不了高附加值的芯片?
光刻机卡脖子的问题大家听了很多,目前台积电最好的光刻机能做7纳米形成的光片,中间的一条线用的是Intel的193i光刻机,生产它的芯片和台积电技术水平相当,他们的芯片是非常类似的,也就是说单项设备并不是开发芯片制造工艺的必须。我们国家的情况是,中芯国际制造芯片,用的设备都是193i的光刻机,中芯国际的14纳米比Intel的14纳米水平稍微的弱一点。
这三个例子说明一个问题,在今天的集成电路制造,单项技术突破的作用是非常有限的。而且,我们芯片制造的成套工艺跟国外有一定的差距,目前的工艺能力能达到的效果还是弱于一些国外先进水平,这导致我们国家生产的芯片比较难形成市场优势。
我们往往把芯片制造简单划分成设计、制作、封测这三个阶段,但设计制造不光是这三个阶段,围绕这三个阶段需要有很多的支撑行业或企业去供给这些芯片制造企业,包含了一些原材料的企业,芯片制造需要硅片、光刻、化学气体等,还需要各种各样的设备,包括工艺的设备和检测的设备。
另外高精度的光刻胶和光刻板我们国家没有办法生产,包括检测设备比如测量膜的厚度,都是我们国家短缺的而汽车芯片制造面临的一些困难。这并不是我们芯片制造本身的问题,芯片制造领域的竞争实际上是全产业链的竞争。
目前芯片制造面临的问题,恰恰说明我们在全产业链上都需要进步。要想形成汽车芯片产品,需要把薄膜、光刻机这些东西集合起来,但是这中间是非常庞大的技术工程,这些设备要进行验证,每一种不同的方法都会反映到芯片性能上去。
智能汽车芯片
往后是关键工艺的开发和关键工艺的整合,最后通过工艺参数的优化,提升芯片利用率,整套下来叫芯片制造成套工艺,要想提升芯片制造产业,或者这个行业的水平,我们一定要努力创造。
我们最大的机遇是物理上的机遇——摩尔定律,由于物理上的一些限制,摩尔效应的演进速度是变慢的,最近5年每一代技术性能的提升只有3.5%,意味着智能提升非常有限。摩尔效应让我们有更长的时间进行技术追赶,技术追赶的过程中我们面临成本和技术本身的问题,如果突破这两方面限制我们就有可能追上去。
另外一个机遇,从我们国家实际的情况出发,我们需要冲击更先进的制造工艺,也要看到更多的产品都需要最先进的14纳米节点工艺或者10纳米节点工艺,龙头企业的营收占比超过了80%。我们想在中国做芯片制造,重点肯定在55纳米以上的节点,这还有技术方面的优势:产品线多,寿命长,售价高。将来想要进一步突破卡脖子的限制,需要聚焦比较容易国产化的节点,我们的芯片制造产业发展的优选方案,一定是从相对成熟的节点出发去开发一些产业技术。
当然在产业技术开发的过程中也有一些特点,学校或者科研院所做的比较多的是原型技术,是无边界的创新,方向性并不明确,在创新过程中是按照自己的兴趣来做;而企业为主导的创新是以产品为导向,以市场需求为目标,一定是能卖钱的产品。
但是在前沿技术和产业技术中间,还有部分技术归类为产业技术,但还没有到达产业化成熟度。这一步在我们目前的产业开发流程中是一块空白,所以要有政府、学校、企业去做前沿技术研发。
这样的平台不是我们国家独创,在国际上有非常多的成功经验。一个是IMEC,还有一个是美国的DARPA,无论以谁为基础,效果都类似进行一些产权技术的研发,一边吸收前沿技术,把前沿技术向工业界转移。
国产汽车芯片发展的道路是艰巨而漫长的,不是三五年能够解决的问题,虽然发展之路漫长,但并不意味着我们不做,要勇敢接受这样的挑战。
在现在的时代大背景下,我们有挑战也有机遇,很多行业处在高速增长的情况下,如果和高速增长的行业结合起来,芯片产业还是有比较好的发展前景。汽车芯片具有特殊性,想切入汽车芯片的这个行业的话,很多的企业和创业创新公司有一定的难度,如果要想推动汽车芯片发展的话,我们不可避免地需要行政力量和国家支持才能达到这样的目的。
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本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 赵珺婕 
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