Ungrid,美国限芯会锁死中国智能汽车吗？
Ungrid
作者 |王凌方
编辑|邱锴俊
美国对华芯片限制政策虽然对“汽车”一字未提，但对产业的长远影响着实不小。 8月9日，美国总统拜登正式签署《芯片和科学法案》（下称“芯片法案”）；10月7日，美国BIS公布了最新的制裁法案《对向中国出口的先进计算和半导体制造物项实施新的出口管制》。 外媒也称这次的禁令，美国是想把中国的半导体产业打回“石器时代”。 从最新的法案可以看出，此次美国对华芯片限制的范围非常窄，但是非常精准，目的就是限制中国先进芯片和超级计算机的发展。 如果还在燃油车时代，也许芯片对汽车的影响微乎其微，但是进入电动化智能化时代，自动驾驶芯片和智能座舱芯片作为汽车智能化最核心的芯片，制程算力必然向前发展，进入美国的限制范围只是时间问题。 如果按照法案目的推导，美国希望中国AI芯片设计企业面临无工具可用、无代工厂可加工芯片的尴尬处境，从而最终全面退出市场竞争。 《电动汽车观察家》请教了多位业内专家，以及汽车电子方案的头部供应商技术负责人，他们谈到对芯片的影响时分为两派，一派比较悲观，认为中国智能电动汽车未来可能丧失竞争力；一派比较乐观，芯片封锁会倒逼产业发展，也许十年内中国大陆就能建立起自主的高端芯片供应能力。 01 为何芯片对智能电动汽车很重要？ 芯片对智能电动汽车的意义，中国工程院院士、中国汽车工程学会理事长李骏的观点概括最为精炼：“软件定义汽车、数据开发汽车、芯片制造汽车”。 在清华大学车辆与运载学院教授、汽车产业与技术战略研究院院长赵福全与李骏的一次对话中，赵福全将芯片对汽车的意义进行了进一步阐述，“芯片承载着数据的处理能力以及软件的运行能力，否则自动驾驶等功能都无从实现，再优秀的汽车硬件也发挥不了太大作用。芯片作为智能汽车的大脑，将成为未来汽车产品的核心。同时，芯片还将成为汽车智能制造中的关键环节。” 如果说传统汽车与传统功能手机类似，那么智能汽车就相当于目前广为普及的智能手机，需要软件迭代，以及复杂的逻辑数据处理能力。 或许可以用更简单的话概括，“无芯片，不智能”。 智能驾驶带来了半导体器件需求的激增，主要包括整车控制器、模拟芯片、主控芯片、功率半导体和存储芯片。 首先控制器方面，根据广汽研究院预测，传统汽车控制器数量为40-70个，芯片数量为 400-700个。预计新能源汽车控制器数量为45-80个，芯片数量为500-800 个。 其次，模拟芯片需求增多。智能驾驶需通过传感器获得大量数据。自然界的真实信号通过传感器提取后变为模拟信号，模拟信号需要经由模拟芯片处理后才能被数字芯片使用。模拟芯片的作用就是将模拟信号转换为数字信号，或者数字信号转换为模拟信号。 德勤最近的分析显示，L4级别自动驾驶的传感器数目可达29个，L5级别时将达到32个，因此模拟芯片需求显著提升。 第三，主控芯片算力提升快。随着智能传感器的增多，未来收集的数据也是巨量的。低级别的L1、L2到高级别的L3、L4等，算力的需求呈现几何级数提升，一些新车型预埋算力已经达到1000TOPS以上。 第四，功率半导体方面，价值也在翻番增长。天风证券的数据显示，传统燃油车功率半导体单车价值量达到87.6美元，其在新能源汽车端的单车价值量达到458.7美元，实现4倍以上增长。 此外，存储芯片需求增长也很快。汽车存储系统随着智能化水平提升容量和性能也将实现快速增长。 02 专家：限制短期影响不大 《电动汽车观察家》在与芯片设计公司相关人士，以及业内多位专家沟通后了解到，美国此次芯片限制对中国汽车产业，短期内影响并不大，但长期影响不容忽视。 要分析影响大小，先要看美国具体限制了什么？ 根据10月13日美国商务部工业和安全局（BIS）的电话会议纪要，美国政府要寻求先进逻辑和存储芯片的“领先优势”，而不再是之前的“相对优势”。 为了保持这种“领先优势”，采取了一系列具体措施，包括限制高算力芯片、超级计算机芯片，以及半导体制造设备等。 此外，对芯片企业和从业人员也有很多限制，若为中国提供受限制的服务，基本就是有罪推定；美国人不能参与与中国芯片产业相关的业务，包括美籍、绿卡、受庇护人之外，甚至扩充到了美国公司工资单上的人。 例如，美国此前已经要求英伟达暂停向大陆出货的A100、H100 GPU，要求AMD 暂停出货的MI200 GPU，并且以A100为基准，后续峰值算力和芯片间I/O性能均等于或大于A100的其他芯片，以及包括这些芯片的任何系统都将受到出口管制。除非获得美国商务部的出口许可证。 例如，在中国大陆设计超算芯片的芯片设计厂商、制造超算芯片的晶圆厂，以及海外晶圆厂只要用到美国技术，为中国超算芯片设计公司代工芯片，都将受到美国的出口管制。 再如，所有的中国大陆芯片制造厂商都将受到限制，并且限制的范围由10nm及以下扩大到16nm或14nm逻辑芯片。中芯国际28nm及以上的制程扩产，所需的美系半导体设备的采购，也需要经过美国严格审查流程，获得许可证才能够实现。 目前来看，汽车芯片主流尺寸一般在14-40nm，基本都在成熟制程范围内。 尤其是模拟芯片，大多在成熟制程范围内，技术和产品都相对成熟，虽然很多也需要依靠三星、台积电等企业生产，但是并不在这次美国限制的范围之内。 不过，与智能化关系最为密切的数字类芯片，是迭代最快的产品，对算力和制程需求较高。 清华大学计算机科学与技术系长聘教授、国家新能源汽车创新中心首席芯片专家李兆麟告诉《电动汽车观察家》，目前常见的自动驾驶SoC的生产工艺为16/14nm，而智能座舱SoC多为7-10nm。 国内大部分企业智驾芯片产品仍然在成熟制程范围内，以地平线为代表的企业，J5的制程在16nm低于美国的限制范围，仍然可以正常生产使用。 即使是高制程的芯片，其量产产品的算力仍然还未达到美国限制的范围内，也因此是暂时安全的。 在李兆麟看来，目前美国没有直接影响车用MCU、自动驾驶类SoC等芯片，但长期来看，该法案对汽车智能网联化发展的影响巨大，毕竟芯片的功能与性能对汽车的智能化和网联化发展的影响和决定作用越来越大。 03 为何SoC的算力、制程要不断提升？ 智能座舱SoC和自动驾驶类SoC符合数字逻辑芯片特点。 逻辑芯片的特点就是强调运算速度与成本比，必须不断采用新设计或新工艺。 一般来说，制程会影响芯片面积，并因此直接影响芯片价格，通过增大芯片面积，一个芯片中可以放下更多的晶体管。 ![]()
SoC芯片
从英特尔的摩尔定律来看，芯片的强弱取决于芯片的晶体管的数目，当晶体管的数目越多，电路对电流的逻辑控制能力也就越强，芯片可实现的功能就越多越强大。 此外，同样数量的更大晶体管组成的芯片，因为其面积更大，其布线连接也会相应变大，这会增加信号传递的延迟，从而拉低运算效率。 因此，芯片每提升1nm，整体性能提升大约30%。 除了性能以外，制程工艺的提高也会降低制造成本。需要说明的是，XXnm指的是晶体管门的宽度，当制程工艺越高时，晶体管门的宽度越小，就可以把晶体管做得更密集，芯片面积也就越小，耗用的晶圆面积就越小，这样就可以更大程度节省晶圆，降低芯片制作成本，芯片制造企业的净利润就会越高。 所以无论是芯片设计方还是芯片制造方，都会想尽办法提升芯片的制程工艺。 逻辑芯片的市场占比最高，且产品更新最快，制程也是一马当先。 目前最新高端SoC芯片制程为5nm，专用SoC芯片如智能音频芯片的制程普遍在16-55nm之间。 目前来看，将受到直接影响的就是地平线，其下一代J6的算力将达到1000TOPS，采用7nm工艺，具备成为车载中央计算平台的潜力。未来，这款芯片是否能够面世，变数较大。 制程不提升不行吗？ 不行。因为更高的制程意味着更低的制造成本和更强的性能。用佐思产研研究总监周彦武的话说，“（假如人家制程进步）性能比你强10倍，价格是你的1/10，你还怎么做？” 换句话说，在整体智驾SoC和座舱SoC制程工艺还有进步空间的时候，中国芯片工艺的停滞，意味着中国的芯片产品将在国际上没有没有竞争力，从而被淘汰。 李兆麟表示，目前国内已经具备了14\28\40nm等制程的生产工艺，且在今后3-5年车载核心芯片仍会主要采用这些工艺。 当然，14nm产能的扩产也受到了限制。 在李兆麟看来，自动驾驶SoC不会一味地追求更先进的制程，是因为除了性能因素外，还要考虑成本、可靠性、安全性等因素。 换个角度看，这个平衡性能、安全、成本和可靠性的窗口期，也是中国芯片产业发展实现赶超的黄金窗口期。 04 英伟达A100芯片被限制的影响 再来看，限制英伟达A100和H100对智能电动汽车的影响。 被限制出口的英伟达A100和即将出货的H100，主要部署于高性能数据中心的服务器，用于云端大规模AI训练等高算力应用，是AI系统训练的关键。如果断供这些高端芯片，将会导致AI的训练速度变慢，对于自动驾驶这类对AI算力要求较高的领域的影响自然也就很大。 有报道说，蔚来、小鹏、理想、威马、上汽、集度和小马智行等中国新能源车企和自动驾驶技术企业都在使用英伟达的AI芯片。 不过，在周彦武看来，大部分车企也没必要自建数据中心，成本太高，采用公有云或者混合云的模式，成本更低。 当然，此时数据安全或许是另外一个问题。 而且AI训练芯片不是短期的消耗品，多存点儿货足够满足几年内的扩容。比如小鹏汽车董事长认为公司目前存货可以满足未来几年的需求。 而且周彦武也表示，市场上并不缺乏相关的替代品。 英伟达自己就先出了替代品。11月8日，英伟达表示，将在中国推出一款新的A800GPU替代A100，该芯片符合美国的出口管制规定。 为符合美国近期的出口管制规定，A800性能肯定远不如A100。A800的芯片互联数据传输速率为每秒400GB，低于A100的每秒600GB，对于规模较大的数据中心来说，运行速度会有所下降。 国内也有一家企业的一款芯片有望平替英伟达A100，不过被叫停了。这款芯片就是壁仞科技的BR100。这款芯片的停产，是受到美国“芯片法案”的间接影响：台积电决定暂停为中国新创公司壁仞科技生产先进芯片，以确保符合美国新法规。 壁仞声称其7nm的AI图形处理器BR100，采用壁仞原创的“壁立仞”芯片架构，容纳近800亿颗晶体管，在性能方面是英伟达 A100芯片的3倍，达到了每秒1万亿次计算。 据台湾自由财经媒体报道，遭到台积电暂停供货的上海壁仞智能科技受到重创，传出将裁员三分之一。 由此可见，受到影响最为直接的还是芯片企业，对车企的影响尚不大。 05 对车企远期影响不容小觑 不过，远期来看，必然会对中国智能电动汽车行业造成影响。 在谈到对中国智能电动汽车产业的影响，专家的态度分为两个派别，一个是悲观派，一个是乐观派。 悲观者认为，对于中国智能电动整车企业来讲，没有自主可控的供应，意味着又会多一项“卡脖子”的环节，想要在智能化方面有所发展的企业，将面临产业链受制于人、成本高企的问题，进而丧失企业在智能化方面的国际竞争力。 “美国随时通过台积电卡断你的供应，或者将你的供应推后。”某业内人士说道。 因为中国芯片产业链所处位置较为低端，从芯片制造设备、EDA工具、芯片IP核等环节对外依存度都非常高，要做到产业链的自主可控并不容易。“中国更高制程的芯片有断代的风险。” 不过，某汽车电子方案的头部供应商技术负责人黄先生则相对乐观。黄先生认为，封锁的同时也会倒逼发展，短期内的压力是不可避免的，但是同时有利于帮助国内企业打造出了一个完整的闭环。因为下游用户为了供应安全开始选用中国自己设计制造的芯片时，就会极大推动产业链和技术的发展。 在黄先生看来，芯片的生产制造实际上是个工程问题。“当初长征、南泥湾上甘岭都过来了。工程问题，肯定能解决的，或许都用不了十年。” 欧美对中国的长期封锁，使中国成为世界上唯一一个拥有完整工业体系的国家。美国对中国高端芯片的封锁，或许真能帮助中国建立起一个完整的芯片产业链也未可知。 ——END—— ![]()
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英伟达A100GPU
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