直面“芯片荒” 用技術(shù)架起人車互動(dòng)的橋梁

在速顯微電子科技有限公司董事長兼CTO項(xiàng)天看來，車載GPU就像人與車之間的一座橋梁，能夠讓人與車進(jìn)行高效溝通。

或許很多人都沒想到，一場突如其來的新冠肺炎疫情打亂了世界運(yùn)行的方向和人們的日常生活節(jié)奏，同樣，很多人也未曾預(yù)料，“芯片荒”會(huì)成為近兩年汽車市場頻頻出現(xiàn)的關(guān)鍵詞。

今年3月，從長榮海運(yùn)集裝箱船“長賜號(hào)”造成蘇伊士運(yùn)河堵塞，到后續(xù)包括沃爾沃、通用、豐田、本田等多家車企因半導(dǎo)體供應(yīng)緊張暫停部分工廠的生產(chǎn)計(jì)劃，小小的芯片與龐大的全球汽車產(chǎn)業(yè)牢牢綁定在一起。

在速顯微電子科技有限公司董事長兼CTO項(xiàng)天看來

車載GPU就像人與車之間的一座橋梁，能夠讓人與車進(jìn)行高效溝通。

“當(dāng)前，以電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化為代表的新四化快速席卷汽車工業(yè)，人與車之間的距離被更高的技術(shù)拉得越來越近。”北京大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院副教授薛旭告訴記者，“在這種情況下，體積小、傳輸快、信息量大的芯片，成為了一個(gè)‘人車互動(dòng)’的關(guān)鍵載體。”

正因如此，近兩年“芯片荒”“被核心技術(shù)卡脖子”成為汽車圈熱議的話題，越來越多的企業(yè)和行業(yè)從業(yè)者意識(shí)到，只有實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵軟硬件技術(shù)的突破，才能真正在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

“中國汽車產(chǎn)業(yè)經(jīng)過十幾年的快速發(fā)展，已經(jīng)在規(guī)模和效益上已經(jīng)處于全球領(lǐng)先位置。”全國乘用車市場信息聯(lián)席會(huì)秘書長崔東樹認(rèn)為，“汽車研發(fā)之路就如同走獨(dú)木橋，頂端的核心軟硬件技術(shù)有著決定性的作用，想要在未來的發(fā)展中脫穎而出，就必須全力向前探索。”

從MCU到GPU，更智能的汽車呼喚更多技術(shù)攻關(guān)

盡管目前MCU(功能芯片)、MLCC(片式多層陶瓷電容器)、電阻、閃存、加速計(jì)、轉(zhuǎn)換器、調(diào)節(jié)器等這些汽車相關(guān)元器件，均受到了半導(dǎo)體供應(yīng)短缺的影響，但其中，MCU短缺對(duì)汽車生產(chǎn)的影響最大，也是造成大多數(shù)車輛和零部件停產(chǎn)的主要原因。

數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)燃油車的MCU應(yīng)用占比例最高，比重達(dá)23%;純電動(dòng)車的MCU應(yīng)用率僅次于功率半導(dǎo)體，比重達(dá)11%。

“隨著汽車智能化的增加，如今一輛傳統(tǒng)燃油車使用幾十至數(shù)百顆MCU，新能源汽車的芯片使用數(shù)量是燃油車的一倍多。”汽車行業(yè)分析師劉志超在接受記者采訪時(shí)說。

劉志超表示，由于當(dāng)下汽車市場正處于從燃油車到新能源汽車過渡期，新能源車載整車熱管理系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、充電逆變系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、車身控制和車載娛樂系統(tǒng)中都需要用到MCU，MCU在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用場景還在進(jìn)一步擴(kuò)大。

當(dāng)前，汽車電子應(yīng)用已經(jīng)占據(jù)超過三分之一的MCU市場，劉志超預(yù)測，隨著汽車自動(dòng)化、電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的快速發(fā)展，未來市場還會(huì)大幅拉動(dòng)高集成度MCU器件的需求。

“MCU的確是汽車中重要的組成部門，但其他領(lǐng)域的芯片同樣非常重要。”中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟聯(lián)席理事長董揚(yáng)直言，“想要生產(chǎn)出更智能的汽車，就必須將汽車各處的芯片技術(shù)逐個(gè)攻克。”

在董揚(yáng)看來，汽車整車、零部件與汽車芯片的關(guān)系不再是以前簡單的采購供應(yīng)關(guān)系，而是協(xié)同配合關(guān)系。因此，中國汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，非常需要有就近的、同區(qū)域的、強(qiáng)大的汽車芯片產(chǎn)業(yè)。

速顯微電子科技有限公司董事長兼CTO項(xiàng)天，正是投身汽車芯片產(chǎn)業(yè)大軍中的一員。相較于近期大熱的MCU，項(xiàng)天主攻的則是比較小眾，但同樣非常重要的GPU(圖形處理單元)領(lǐng)域。

有分析指出，人工智能技術(shù)的發(fā)展也帶動(dòng)了汽車智能化發(fā)展，過去的以CPU為核心的處理器越來越難以滿足處理視頻、圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的需求，同時(shí)處理器也需要整合雷達(dá)、視頻等多路數(shù)據(jù)，這些都對(duì)車載處理器的并行計(jì)算效率提出更高要求。GPU則憑借同時(shí)處理大量簡單計(jì)算任務(wù)的特性，在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域逐漸取代CPU，成為了行業(yè)主流的方案。

在他看來，車載GPU就像是人與車之間互動(dòng)溝通的一座橋梁。“以GPU為載體，汽車的所有信息和狀態(tài)都會(huì)呈現(xiàn)在儀表盤上，通過儀表盤，駕駛者可以實(shí)時(shí)掌握汽車的行駛信息，可以說GPU的存在，讓人和車之間可以進(jìn)行高效的溝通。”

“因此，對(duì)于智能汽車而言，GPU的重要性不言而喻，如何用比較簡單的方式，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)出汽車很復(fù)雜的信息，達(dá)到化繁為簡的目的，就是我日常工作的重點(diǎn)。”項(xiàng)天總結(jié)說。

期待攻克更多“卡脖子”技術(shù)

毫無疑問，GPU是未來汽車生產(chǎn)制造過程中的必需品，同樣也會(huì)在很大程度上決定著汽車智能化程度。

不過，目前我國現(xiàn)有的絕大部分計(jì)算機(jī)中所使用的GPU均被外國芯片巨頭壟斷，存在信息安全隱患和供貨保障問題。因此，有關(guān)方亟須開展國產(chǎn)GPU的研制工作，并加速推廣應(yīng)用。

項(xiàng)天深知這個(gè)道理。其實(shí)，他與GPU的結(jié)緣，卻顯得很有故事性和趣味性。

“不少人一提到GPU，第一反應(yīng)就是電腦中的顯卡，而我也是因?yàn)殡娔X才與芯片、GPU結(jié)緣的。”項(xiàng)天回憶說，“上小學(xué)時(shí)，我就在電腦上學(xué)習(xí)編程，并樂在其中，后來我更想知道世界是怎么運(yùn)行的，因此物理成為了我了解這個(gè)世界的‘窗口’。”

就這樣，從小熱愛計(jì)算機(jī)的項(xiàng)天，在高中畢業(yè)后選擇了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系下設(shè)的微電子專業(yè)，從此與芯片技術(shù)結(jié)緣。

2013年，正值全屏智能手機(jī)成為科技圈的新潮流，正在讀博士的項(xiàng)天偶然看到一個(gè)消息——奧迪的一款跑車將傳統(tǒng)儀表盤變?yōu)榫薮蟮囊壕痢?ldquo;當(dāng)時(shí)我驚訝地發(fā)現(xiàn)，整個(gè)導(dǎo)航地圖都可以顯示在這個(gè)液晶屏上。我眼前一亮，仿佛找到了通往未來的鑰匙。”

與此同時(shí)，項(xiàng)天所在額實(shí)驗(yàn)室也正在研究GPU的算法和架構(gòu)，但一直停留在論文和樣本層面。車載液晶屏的靈感，讓項(xiàng)天有了新目標(biāo)。

在博士畢業(yè)后，項(xiàng)天帶領(lǐng)多位中科大的同學(xué)和師弟創(chuàng)辦了速顯微電子科技有限公司，成為半導(dǎo)體領(lǐng)域的“創(chuàng)業(yè)新兵”。

然而想要在技術(shù)壁壘最高、全球集中度最高的芯片產(chǎn)業(yè)作出一番事業(yè)，絕非易事。

在項(xiàng)天眼中，小小的芯片卻濃縮了很多技術(shù)和信息，有上千個(gè)功能點(diǎn)需要測試和驗(yàn)證。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發(fā)設(shè)計(jì)，他們常常擔(dān)心有會(huì)考慮不到的地方，最終導(dǎo)致功虧一簣。

“當(dāng)?shù)谝慌酒龊盟突氐轿覀兪掷飼r(shí)，團(tuán)隊(duì)里的每個(gè)人都很興奮，但同樣非常緊張。”項(xiàng)天回憶說，“同事先是把芯片放在測試座上，接通電源進(jìn)行查找，但是卻找不到相關(guān)信息。換了一顆芯片進(jìn)行測試卻還是同樣的結(jié)果。就這樣，接連換了10顆芯片，顯示信息遲遲沒有結(jié)果，每個(gè)人的心情都跌落到了谷底。”

“后來才發(fā)現(xiàn)，原來我們的芯片沒有問題，只不過是測試座沒有安好。”項(xiàng)天笑著說，“經(jīng)歷這樣坐過山車般的經(jīng)歷后，我變得淡定許多了，后來面對(duì)類似的事情和科研困難，我都覺得不是什么大問題了。”

在他看來，做產(chǎn)品和做科研不同，做科研只需要把某個(gè)指標(biāo)做好，無限放大優(yōu)勢即可，而做產(chǎn)品的要求則恰恰相反，“不能有任何明顯的弱點(diǎn)和劣勢”。

“不光是GPU本身、系統(tǒng)、開發(fā)工具等核心功能要做得簡單可靠且易于使用，應(yīng)用層的CAN總線交互邏輯、可靠性設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)也同樣缺一不可。”項(xiàng)天如是說。

創(chuàng)業(yè)這幾年來，經(jīng)常有人問項(xiàng)天，為什么一切都要自己親力親為，項(xiàng)天給出的回答是：“像我這樣的年輕人既缺少經(jīng)驗(yàn)，又沒有資源，只有做別人沒有做過的事情，才能有機(jī)會(huì)脫穎而出。”

正是憑借著這份沖勁，項(xiàng)天和同事們?cè)O(shè)計(jì)出了國內(nèi)第一款集成GPU的MCU，并設(shè)計(jì)出國內(nèi)首款針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)人機(jī)交互的MCU，為MCU穩(wěn)定高效工作開發(fā)了工業(yè)級(jí)圖形操作系統(tǒng)，同時(shí)配套開發(fā)了無代碼圖形化二次開發(fā)工具鏈。

截至目前，包括中國中車、東風(fēng)商用車、江淮汽車在內(nèi)的多家企業(yè)與速顯微電子科技有限公司達(dá)成了合作。這家創(chuàng)業(yè)公司正成為國產(chǎn)GPU領(lǐng)域一顆冉冉升起的新星。

“相比于購買國外的全液晶儀表，速顯微的研發(fā)成本降低60%，物料成本降低20%，而且開發(fā)速度也更快。”項(xiàng)天自豪地說，除了將研發(fā)的技術(shù)應(yīng)用在汽車領(lǐng)域外，速顯微電子還針對(duì)智能串口屏、智能手表等應(yīng)用場景，推出了多款最新產(chǎn)品。

他暢想說，希望在自己這一代青年工程師的努力下，攻克更多“卡脖子”技術(shù)，“讓‘中國智造’的步伐再提速”。(記者 張真齊)