直面“芯片荒” 用技术架起人车互动的桥梁

或许很多人都没想到，一场突如其来的新冠肺炎疫情打乱了世界运行的方向和人们的日常生活节奏，同样，很多人也未曾预料，“芯片荒”会成为近两年汽车市场频频出现的关键词。

今年3月，从长荣海运集装箱船“长赐号”造成苏伊士运河堵塞，到后续包括沃尔沃、通用、丰田、本田等多家车企因半导体供应紧张暂停部分工厂的生产计划，小小的芯片与庞大的全球汽车产业牢牢绑定在一起。

“当前，以电动化、网联化、智能化、共享化为代表的新四化快速席卷汽车工业，人与车之间的距离被更高的技术拉得越来越近。”北京大学经济学院副教授薛旭告诉记者，“在这种情况下，体积小、传输快、信息量大的芯片，成为了一个‘人车互动’的关键载体。”

正因如此，近两年“芯片荒”“被核心技术卡脖子”成为汽车圈热议的话题，越来越多的企业和行业从业者意识到，只有实现关键软硬件技术的突破，才能真正在激烈的市场竞争中立于不败之地。

“中国汽车产业经过十几年的快速发展，已经在规模和效益上已经处于全球领先位置。”全国乘用车市场信息联席会秘书长崔东树认为，“汽车研发之路就如同走独木桥，顶端的核心软硬件技术有着决定性的作用，想要在未来的发展中脱颖而出，就必须全力向前探索。”

从MCU到GPU，更智能的汽车呼唤更多技术攻关

尽管目前MCU（功能芯片）、MLCC（片式多层陶瓷电容器）、电阻、闪存、加速计、转换器、调节器等这些汽车相关元器件，均受到了半导体供应短缺的影响，但其中，MCU短缺对汽车生产的影响最大，也是造成大多数车辆和零部件停产的主要原因。

数据显示，传统燃油车的MCU应用占比例最高，比重达23%；纯电动车的MCU应用率仅次于功率半导体，比重达11%。

“随着汽车智能化的增加，如今一辆传统燃油车使用几十至数百颗MCU，新能源汽车的芯片使用数量是燃油车的一倍多。”汽车行业分析师刘志超在接受记者采访时说。

刘志超表示，由于当下汽车市场正处于从燃油车到新能源汽车过渡期，新能源车载整车热管理系统、照明系统、电机驱动系统、充电逆变系统、电池管理系统、车身控制和车载娱乐系统中都需要用到MCU，MCU在汽车电子领域的应用场景还在进一步扩大。

当前，汽车电子应用已经占据超过三分之一的MCU市场，刘志超预测，随着汽车自动化、电动化、智能化、网联化的快速发展，未来市场还会大幅拉动高集成度MCU器件的需求。

“MCU的确是汽车中重要的组成部门，但其他领域的芯片同样非常重要。”中国汽车芯片产业创新战略联盟联席理事长董扬直言，“想要生产出更智能的汽车，就必须将汽车各处的芯片技术逐个攻克。”

在董扬看来，汽车整车、零部件与汽车芯片的关系不再是以前简单的采购供应关系，而是协同配合关系。因此，中国汽车产业的创新发展，非常需要有就近的、同区域的、强大的汽车芯片产业。

速显微电子科技有限公司董事长兼CTO项天，正是投身汽车芯片产业大军中的一员。相较于近期大热的MCU，项天主攻的则是比较小众，但同样非常重要的GPU（图形处理单元）领域。

有分析指出，人工智能技术的发展也带动了汽车智能化发展，过去的以CPU为核心的处理器越来越难以满足处理视频、图片等非结构化数据的需求，同时处理器也需要整合雷达、视频等多路数据，这些都对车载处理器的并行计算效率提出更高要求。GPU则凭借同时处理大量简单计算任务的特性，在自动驾驶领域逐渐取代CPU，成为了行业主流的方案。

在他看来，车载GPU就像是人与车之间互动沟通的一座桥梁。“以GPU为载体，汽车的所有信息和状态都会呈现在仪表盘上，通过仪表盘，驾驶者可以实时掌握汽车的行驶信息，可以说GPU的存在，让人和车之间可以进行高效的沟通。”

“因此，对于智能汽车而言，GPU的重要性不言而喻，如何用比较简单的方式，实时呈现出汽车很复杂的信息，达到化繁为简的目的，就是我日常工作的重点。”项天总结说。

期待攻克更多“卡脖子”技术

毫无疑问，GPU是未来汽车生产制造过程中的必需品，同样也会在很大程度上决定着汽车智能化程度。

不过，目前我国现有的绝大部分计算机中所使用的GPU均被外国芯片巨头垄断，存在信息安全隐患和供货保障问题。因此，有关方亟须开展国产GPU的研制工作，并加速推广应用。

项天深知这个道理。其实，他与GPU的结缘，却显得很有故事性和趣味性。

“不少人一提到GPU，第一反应就是电脑中的显卡，而我也是因为电脑才与芯片、GPU结缘的。”项天回忆说，“上小学时，我就在电脑上学习编程，并乐在其中，后来我更想知道世界是怎么运行的，因此物理成为了我了解这个世界的‘窗口’。”

就这样，从小热爱计算机的项天，在高中毕业后选择了中国科学技术大学物理系下设的微电子专业，从此与芯片技术结缘。

2013年，正值全屏智能手机成为科技圈的新潮流，正在读博士的项天偶然看到一个消息——奥迪的一款跑车将传统仪表盘变为巨大的液晶屏。“当时我惊讶地发现，整个导航地图都可以显示在这个液晶屏上。我眼前一亮，仿佛找到了通往未来的钥匙。”

与此同时，项天所在额实验室也正在研究GPU的算法和架构，但一直停留在论文和样本层面。车载液晶屏的灵感，让项天有了新目标。

在博士毕业后，项天带领多位中科大的同学和师弟创办了速显微电子科技有限公司，成为半导体领域的“创业新兵”。

然而想要在技术壁垒最高、全球集中度最高的芯片产业作出一番事业，绝非易事。

在项天眼中，小小的芯片却浓缩了很多技术和信息，有上千个功能点需要测试和验证。更重要的是，由于芯片的主要功能IP都由自己和同事自主研发设计，他们常常担心有会考虑不到的地方，最终导致功亏一篑。

“当第一批芯片做好送回到我们手里时，团队里的每个人都很兴奋，但同样非常紧张。”项天回忆说，“同事先是把芯片放在测试座上，接通电源进行查找，但是却找不到相关信息。换了一颗芯片进行测试却还是同样的结果。就这样，接连换了10颗芯片，显示信息迟迟没有结果，每个人的心情都跌落到了谷底。”

“后来才发现，原来我们的芯片没有问题，只不过是测试座没有安好。”项天笑着说，“经历这样坐过山车般的经历后，我变得淡定许多了，后来面对类似的事情和科研困难，我都觉得不是什么大问题了。”

在他看来，做产品和做科研不同，做科研只需要把某个指标做好，无限放大优势即可，而做产品的要求则恰恰相反，“不能有任何明显的弱点和劣势”。

“不光是GPU本身、系统、开发工具等核心功能要做得简单可靠且易于使用，应用层的CAN总线交互逻辑、可靠性设计、电磁兼容设计也同样缺一不可。”项天如是说。

创业这几年来，经常有人问项天，为什么一切都要自己亲力亲为，项天给出的回答是：“像我这样的年轻人既缺少经验，又没有资源，只有做别人没有做过的事情，才能有机会脱颖而出。”

正是凭借着这份冲劲，项天和同事们设计出了国内第一款集成GPU的MCU，并设计出国内首款针对物联网人机交互的MCU，为MCU稳定高效工作开发了工业级图形操作系统，同时配套开发了无代码图形化二次开发工具链。

截至目前，包括中国中车、东风商用车、江淮汽车在内的多家企业与速显微电子科技有限公司达成了合作。这家创业公司正成为国产GPU领域一颗冉冉升起的新星。

“相比于购买国外的全液晶仪表，速显微的研发成本降低60%，物料成本降低20%，而且开发速度也更快。”项天自豪地说，除了将研发的技术应用在汽车领域外，速显微电子还针对智能串口屏、智能手表等应用场景，推出了多款最新产品。

他畅想说，希望在自己这一代青年工程师的努力下，攻克更多“卡脖子”技术，“让‘中国智造’的步伐再提速”。