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芯片在汽车工业和“中国制造2025”的核心地位

芯片在汽车工业和“中国制造2025”的核心地位

图1 晶片上的个个芯片 (图片来自Infineon)

汽车, 作为国家重要的、大规模工业产品, 应用了集成电路芯片, 比如SOC(System on chip),它由多核CPU和GPU组成,用于数字化的组合仪表,车载多媒体和导航系统,自动驾驶路径计算, 或者特定用途的集成电路芯片ASIC (Application specified integrated circuit), 用于电子控制模块的信号处理,算法运行和控制执行部件,  比如自动泊车、启动安全气囊、自动驾驶的雷达信号分析等。新型芯片,甚至集成了神经元网络(neuronal network)、深度学习(deep  learning)等AI(artificial intelligence)功能的智能化芯片,也即将在汽车中得到应用。  当2021年汽车的EE架构从CAN网络变成Ethernet网络,数十个电子控制模块由多个大型车载服务器替代时,汽车就是一个可移动的服务器、或超级计算机机房了。

还有汽车的生产线,无论是冲压、焊装、涂装,还是总装线,都有相应的冲压机床、焊接机器人、喷涂自动机或机器人、无人物料配送车、检测站的传感器、生产控制的服务器、RFID扫码机,这一切,都离不开芯片。如果说“中国制造2025”的愿景,没有了芯片,这一切都是海市蜃楼。

当我惊闻中国的高科技标杆企业之一中兴通讯被美国禁止供给核心芯片时,令我痛心疾首。在这里给大家分享我的经历和想法:

2004年夏天,  我还在德国戴姆勒集团商务车技术中心,负责整车企划和成本工程,轿车部门的一个同事发了一个会议邀请,会议内容是:ST  Microelectronics (欧洲最大的芯片公司)到戴姆勒集团来介绍ST  Microelectronics的未来主要芯片研发方向和产品线路径图(Product  Roadmap)。我和同事们很有兴趣地听了ST公司的介绍,从那时起,我才知道,戴姆勒集团有一个部门,叫“Critical Parts  Management(CPM)”(核心零部件管理),主要管理的是芯片,它的发展方向、创新产品,尤其是芯片供应链的保障,与全球主要的芯片制造商,都有这样的交流,形成良好的合作关系。渐渐地,我接触了欧美主要的芯片制造商:  Infineon,Freescale和Philips(NXP),Renesas, Microchip,  Elmos等,参观了许多Fab(芯片工厂),了解了芯片设计、制造的主要过程。

一次在慕尼黑国际电子展,遇到了宝马汽车同行,得知他们也有了CPM部门。德国主流汽车主机厂,虽然不生产芯片,但是已深刻意识到,芯片是汽车产品的核心零部件,芯片供应链的保障十分重要。日本福岛地震后,有多少系统供应商派直升机空运芯片,只为防止主机厂总装线停产;有多少芯片贸易商,在这个时候,忙得不亦乐乎。甚至有些主机厂,  大量采购核心芯片,作为战略储备。

芯片是战略物质,如同石油一样。芯片制造业,是战略行业,需要有战略路径。

芯片在汽车工业和“中国制造2025”的核心地位

图2 芯片制造设备和工艺流程示意图

 芯片及其制造业的战略路径

1.战略企划

芯片是战略物质,芯片制造是战略行业,那么,对芯片产品和制造就需要一个战略企划。企划需要一个10至15年的周期,每5年应该有一个战略企划的更新和完善过程。

战略企划需要对产品、制造设备及工艺有一个远瞻的蓝图: 1)产品路径;2)制造设备及工艺路径。在10至15年的周期里,规划出不同时间阶段产品、制造设备及工艺,针对这些产品、制造设备及工艺制定相关的实施项目和举措。

2.芯片设计

包含电路设计(用Hardware Description Languages(HDL))、电路仿真、测试、验证。中国有许多熟练、有经验的设计人员, 希望芯片企业提倡工程师创新文化, 而不是CEO个人文化。芯片是工程师们设计并验证出来,不是CEO设计出来的。要尊重工程师、崇尚技术和创新,给予他们高的待遇和好的社会认可度。不要无限放大管理者的作用,这样,才能有好的设计、有创新,才能留住芯片设计人才。

3.芯片制造设备和工艺

芯片的制造设备和工艺是中国的痛点。两周前,和一个老同学(MIT博士)相约小聚,谈起芯片设备行业。老同学是一家大型芯片制造设备企业的CEO,当我问起他,中国芯片设备行业时, 他告诉我,“我们还远远落后, 许多设备需要进口,芯片制造工艺更是让人揪心”。这让我想起汽车行业,有多少设备、机床、机器人还要进口,制造工艺更是差了一大截,比如激光焊接,每当我问起ME(Manufacturing   Engineering,制造工艺)的工程师时,回答总是说,“早就会了,7年前就会了”,但是当我问道,“为什么车身侧围和顶棚的焊接还是点焊而非激光焊接时”,回答是“哦,这个不会,因为车身精度不够”。但在欧美汽车业这种工艺早已普及,德国大众最普通的桑塔纳,都是用激光来焊接侧围和顶棚!

中国企业重视设计,藐视制造工艺。如果我说,当我在德国戴姆勒集团和同事们一起为了开发一个金属加工工艺“硬车(Hard  Turning)”用了3年的时间来做 (包含尝试不同的车刀具几何尺寸,刀具涂层,切削参数,SPC(Statistical Process  Control),结果验证),有多少人有这种耐心和执着?芯片制造工艺的开发更需要一个工程师文化的企业,  而不是一人(CEO)救公司,一个人是开发不了芯片制造工艺的。许多媒体热衷于报道某某董事长或者CEO的行踪,各类的风口、炒房,挣快钱,人人都很浮躁,却忘记了高科技和实业发展才是国家战略核心,  多报道一点普通工程师们的成果、他们的创新专利、他们的故事,这才是社会给予他们应有的尊重。

4.国产化率

芯片产业需要规模化,需要市场,而不只是一些样件(samples)。如果芯片的用户,总还是用Intel、Qualcomm、Infineon、Samsung等的芯片,中国自己的芯片企业如何生存?这里提一个建议,要求在中国销售的电脑、手机、汽车等产品的企业,强制在主要芯片上使用一定百分比的中国芯片(中国芯片的定义就是在中国设计并制造的芯片), 比如45%以上, 如同合资汽车企业一样,定义核心零部件和其国产化率。现在中国芯片的国产化率在15%以下,而且都是一些中低端芯片,中高端芯片多是进口的。

芯片在汽车工业和“中国制造2025”的核心地位

图3华为麒麟970 SOC(System on chip)用于华为 Mate 9 智能手机

(图片来自海思Hisilicon官网)

总结

芯片制造行业是战略行业,芯片是战略物质。它如同石油和国家安全一样,需要政府用战略的眼光来看待,需要战略储备和战略企划。芯片企业需要工程师文化,留住人才,让他们发挥出创造力、具备十分的敬业精神, 媒体要起正面导向,借用这次中兴通讯一打就趴的事件,警醒中国一定要自主研发和制造芯片,将命运牢牢把握在自己手中。中国芯片企业要可持续发展,在这段过渡期需要中国政府的大力支持(国产化率),因为芯片是实现“中国制造2025”的关键。

作者刘晓毅博士(观昱机电技术(CostKey-Solutions.com)创始人),德国戴姆勒集团(奔驰汽车)21年的资深汽车技术经验(动力总成电子控制系统系列开发、整车企划、成本工程、新工艺开发、变速箱生产等部门高级经理),主导过奔驰汽车重卡16挡自动化变速箱系列开发、动力总成零部件和空客大型结构件的新工艺开发、电动商务车整车和成本企划、商务车及轿车的多项降低成本重点项目(PKO/OPTIMA,CTX,  CORE)。长城汽车技术中心担任高层技术管理,为长城汽车集团组建了中国车企第一个全建制的成本工程体系、方法和流程,并使它融入了集团的整个产品过程。

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