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近年来国内市场新能源汽车的快速发展是有目共睹的。到2019年，中国新能源汽车的销量已经占到全球新能源汽车市场的一半以上。与此同时，宁德时代与全球汽车巨头合作，戴姆勒入股富能，大众入股江淮，本田入股宁德时代，一直捆绑着自己品牌的发动机和变速箱没有任何差距。中国在新能源领域的市场地位达到了燃油汽车时代从未达到的高度。所以我们经常看到中国在新能源汽车领域弯道超车做的很好。
【/h/】但不可忽视的是，特斯拉依然是全球纯电动汽车领域的绝对霸主，model3国产车型自推出以来一直引领新能源汽车销售榜。除了已经确立的强大品牌优势，特斯拉的优势不仅仅在于纯电续航，智能驾驶舱、强大的辅助驾驶甚至自动驾驶领域的技术储备都是吸引消费者的重要原因。新能源汽车领域要想弯道超车，不仅需要电池，还需要智能车的力量。然而，智能汽车离不开芯片。
芯片是智能汽车的重要基石
【/h/】在如今的移动互联网时代，芯片几乎充斥了外面的每一个角落。但如果不是因为中兴和华为事件，我们甚至很少注意到这个无处不在、极其重要、微小的组件。在汽车领域，芯片是智能汽车的重要基石。智能汽车主要包括两个方面:智能驾驶舱和智能驾驶。接下来重点讲讲更复杂的智能驾驶方向，讲讲车上的芯片。
【/h/】智能驾驶，也就是我们常说的自动驾驶，主要靠全身的传感器、算法和芯片。至于三者哪个更重要？在这里给出一个无痛的回答非常重要。打个直白的比喻，芯片相当于人的大脑，算法相当于人的思想，传感器是眼、耳、鼻、皮肤等视觉、听觉、嗅觉、触觉机制。不像人，人是先有脑子再有想法的。对于自主驾驶来说，相当于外部生活写思想(算法)，加载到大脑(芯片)中。算法和芯片之间没有先后顺序。
传感器、算法、芯片在功能上同等重要，缺一不可。但是传感器的技术门槛相对没有那么高；虽然我们的算法与先进水平有一定的差距，但整个行业仍处于发展初期，空的进步仍然很大；我们在芯片链接上的弱势，可以从美国利用国家机器攻击中兴和华为的事件中看出来。
【/h/】作为石油消费大国，2019年中国进口石油约2400亿美元，但同年中国进口的芯片总量达到约3000亿美元，芯片已成为中国最大的进口商品。我们可以看到芯片市场的规模和中国在半导体领域的巨大不足。芯片最基本的材料是硅(si)，制造芯片所需要的单晶硅来自各处的沙子，可以说是取之不尽，用之不竭。然而，很难在指甲大小的硅片上雕刻数亿甚至数十亿个电路。这种纳米级的操作需要一种叫做光刻机的设备。
【/h/】在制作芯片的过程中，需要将单晶硅从沙子中高温提取出来，然后切成薄片，在薄片上涂上一层光刻胶，这是一种在光的照射下可以由不溶于水变为溶于水的感光材料。将溶于水的部分洗去后，通过刻蚀可以在单晶硅上留下致密的刻痕，可以向其中注入金属，制作导线、电阻等器件。经过反复的光刻和刻蚀，可以制造出极其复杂的芯片，这是芯片制造的基本原理。
但是上述所有操作都是在纳米尺度上进行的。说白了，就是要有足够细的强光和能在纳米尺度精确运动的轴承。光刻机被认为是世界上最精密的机器之一。目前，荷兰asml公司占据80%的光刻机市场。它的镜头来自德国的蔡司，轴承来自瑞典的skf。他们被光刻技术的交叉持股牢牢束缚住了。除了asml，日本的佳能、尼康也在制造光刻机，但是在发展上已经被asml甩在后面了。目前国内最强的上海微电子芯片公司只能制造90nm光刻机，仅相当于2000年竞争对手的水平。台湾的TSMC、韩国的三星和美国的英特尔等晶圆制造巨头都使用asml光刻机，而其他原始设备制造商则寻找这些企业代表他们的代工厂生产芯片。例如，华为主要利用TSMC代工生产芯片。
【/h/】光刻巨头是一家荷兰公司，合作的核心成分来自德国、瑞典等。日本的光刻胶技术几乎是唯一的，美国的晶圆制造也不是唯一的。为什么美国可以限制中国半导体的发展？1996年，美国率先组织包括俄罗斯、德国、荷兰在内的33个工业化国家签署流氓协议“瓦森纳协议”(Wassenaar Agreement)，屏蔽了其他国家的一些尖端技术。虽然理论上成员国可以自愿限制出口，但美国会违背自己的意愿干预一切交易。2018年，中国最大的晶圆制造商SMIC向asml订购了一台独立价值超过1.5亿美元的7纳米euv光刻机，当时得到了荷兰政府的批准。然而，在美国的干预下，asml单方面终止了合同。在美国针对华为时，直接要求晶圆制造商不得为华为制造芯片，TSMC单方面取消了华为的芯片订单。
目前，SMIC刚刚能够生产12纳米工艺芯片，而目前世界主流现金水平已经实现了7纳米工艺。目前，TSMC的5纳米芯片已经进入风险试产。据说3nm工艺有望在2021年实现试生产，2nm工艺的研发也已经开始。当然，SMIC最先进的光刻机也是asml设备采购的，但是最先进的设备是不能采购的。例如，2015年，三星、TSMC等企业已经可以购买asml品牌10纳米制程的光刻机，而SMIC同年只能购买asml品牌32纳米制程的光刻机。2015年，SMIC的芯片技术水平只能达到2011年TSMC的水平。在过去的五年里，市场经历了从2g到3g的过渡期和4g时代的到来。
【/h/】除了瓦森纳协议，美国在上游材料、pvd、离子注入、测试设备等方面也有近乎垄断的优势。，所以美国也可以通过专利技术切断其他国家的芯片供应。除了芯片代工，美国还有一个杀手，就是芯片设计。芯片的诞生要经过几个主要环节:设计-晶圆制造-封装和测试。美国半导体行业起步早，技术先进，在硅谷积累了大量的芯片设计人才。与此同时，它在芯片设计所需的软件领域表现出垄断。芯片设计需要在小于手指甲大小的平面上画上亿条线，每一个微小的错误都可能导致数十亿的投资损失，显然不是一个可以用手画出来的项目。芯片设计需要Eda软件。
现在全球最大也是唯一三家能提供全套eda服务的公司是synopsys、cadence和mentor graphics，它们的总部都在美国。今年5月15日，美国再次击毙华为时，提出禁止华为使用美国eda软件，与华为合作的公司立即中断了华为购买的eda软件的更新升级服务。华为本身有很好的芯片设计能力，但是没有eda软件，聪明的女人没有饭就很难做饭。就好像你有很好的ps技能，但是突然有一天adobe禁止你继续使用photoshop。山寨软件可行吗？且不说山寨能否实现，作为一个要在市场上流通的宿命产品，专利层面的合法性是无法回避的。
其实中国早些年就开发了自己的eda软件。比如1993年，中国开发了国内第一个eda软件熊猫系统(Panda System)，但美国立即解除了对中国的eda禁令。面对强大的国际巨头的竞争，国内eda软件的发展立即停滞不前。现在国内还有少数残存的eda企业，甚至在少数具体表现上有突出表现，但无法大规模形成全套服务，对中兴华为目前面临的困境无能为力。
中兴和华为的痛苦会在汽车圈重演吗？
很多人都会好奇。中国拥有先进的导弹、雷达等武器系统，先进的航天科技，北斗导航卫星成功组网。这些都需要先进的芯片来支持。为什么小手机芯片让美国如此嚣张？其实这涉及到规模和绩效导向的问题。军事、航空空和其他领域也需要高计算能力。但与消费级通用芯片在性能、功耗、成本等方面不同，军用级芯片更注重稳定性、可靠性和抗干扰性能。目前，许多军用芯片仍处于90纳米、65纳米、28纳米甚至14纳米，属于顶级产品。目前，SMIC可以批量生产14纳米芯片，甚至可以用我们自己的光刻机生产90纳米芯片。军用芯片多为单处理芯片，不像消费级通用玩家什么都做，所以极限要求较低。在军事领域，中国芯片可以保证足够的安全性。
【/h/】另外，在科技金字塔顶端的行业，比如军工、航天等，对同一芯片的需求往往只有几千甚至几百个。面对庞大的R&D开支，生产成本的影响可以忽略不计。然而，手机soc、电脑cpu等一般消费类芯片的市场规模都是十亿单位，所以R&D的成本会被拉平到最大限度，单个芯片的制造成本也是一个重要的考虑因素。为此，芯片市场出现了一个奇怪的现象。最先进的芯片可以迅速占领市场，分散研发费用，所以最先进的芯片往往是最便宜的。除了市场规模较小的特殊芯片，消费芯片市场没有低端市场，不能打开市场局面的低端芯片价格会更高。
【/h/】与军用芯片相比，汽车仍然是一个巨大的民用市场，但智能汽车的市场规模却无法与手机soc、电脑cpu等一般消费类芯片相比。2019年全球汽车销量总计约9032万辆。同年，仅华为一家就出货2.385亿部手机，全球排名第二。三星和苹果手机出货量分别为2.965亿部和1.962亿部。即使未来智能汽车可以在大部分甚至全部汽车市场使用，芯片的消费规模也无法与手机、电脑相比。同时，芯片成本在高附加值的汽车产品中所占比例相对较低。
【/h/】另外，由于使用环境的不同，汽车携带的芯片和消费类芯片的要求也会不同。进入汽车电子产品供应链需要满足aec q100/101/200可靠性标准和iso/ts 16949零故障标准，在温度、防水防尘、霉变、有害气体侵蚀、冲击、振动、可靠性、一致性等方面需要满足比消费芯片更高的要求。比如温度方面，消费类芯片只需要满足0~70℃的要求，汽车客厢芯片需要满足-40~80℃的要求，燃油车发动机周围的电子产品需要满足-40~150℃的要求。另外，消费类电子产品的设计寿命往往只有几年，而汽车的设计寿命至少要15年或者20万公里，这就对汽车轨距芯片的耐久性提出了更高的要求。
同时，自动驾驶所需的芯片也属于专用芯片领域。相比军用单处理芯片，可以免费使用，在性能和成本上有更多的考虑，但相比消费级的相同芯片，极限还是会更低，所以对工艺水平的要求会相对较低。目前14nm工艺水平的芯片基本可以满足辅助驱动/自动驱动的设计要求，但顶级产品仍然使用7nm工艺水平。在自主驾驶的设计和测试阶段，厂商往往会把几个GPU放在一起，放在车辆的后备箱里，体积庞大，能耗高。在大规模生产中，汽车仪表芯片也需要对能耗有更高的要求，尤其是对于电池寿命备受关注的纯电动汽车。
【/h/】按照目前的技术水平和要求，自主驾驶所需的芯片在工艺和制造方面被美国等国卡住脖子的风险并不太高。从另一个角度来看，还处于起步阶段的自动驾驶作为中美博弈的筹码，可能性非常小。目前手机的soc和电脑的cpu都处于一个比较成熟的市场，已经基本形成了更新迭代的市场规律，品牌之间的关系网络也比较稳定。美国利用国家机器不合理地扰乱市场环境可以立即起到威慑作用。
【/h/】在自主驾驶还在摸索前进的同时，正处于逐步完善技术、建立行业标准的关键时期。美国凭借其在半导体行业积累的优势，在自主驱动芯片领域也处于领先地位。这个时候，美国当然不会主动放弃领先地位。但作为国内企业，中兴、华为不得不提高警惕，早年美国eda软件扼杀国内eda熊猫系统的手段还会重演。这不仅是爱国行为，也是关系到国内芯片企业未来安全的重要举措。
国内自动驾驶仪芯片现状
【/h/】放眼全球自动驾驶芯片领域，出生于以色列耶路撒冷的mobileye占据全球adas市场60%的份额，包括宝马、通用、沃尔沃等早期客户。mobileye已经拥有20多个稳定的汽车企业客户。2014年，mobileye在纳斯达克上市，被认为是以色列历史上最成功的ipo案例。2017年，mobileye的潜力被芯片巨头英特尔估值，并以153亿美元被收购。mobileye eyeq系列是典型的asic芯片，eyeq1到eyeq4系列芯片都是量产的。eyeq4的计算能力最高为2.5，功耗为3w，能效为0.83 tops..但随着竞争的加剧，正在开发的eyeq5将从过去集成视觉芯片+算法供应商的黑盒模式转变为开放系统。目前，小鹏xpilot、威来nio pilot、广汽新能源aion系列车型均采用mobileye eyeq4芯片。
【/h/】相比mobileye相对实用的路线及其早期绑定算法路线，NVIDIA更注重超强的计算能力和开放的生态，赢得了大量的市场份额。NVIDIA最新的orin芯片，计算能力200tps，功耗45w，可以同时满足ai训练和推理的需要。疫情期间，NVIDIA发布了第八代架构安培和第一款基于安培架构的gpu a100。A100芯片面积826平方毫米，540亿个晶体管，3d堆叠技术，同时支持tf32和bf16格式，拥有第三代te的438个传感器内核，支持77个GPU执行不同任务，是目前最强大的7nm芯片。
一直大力发展自动驾驶的特斯拉，与mobileye、NVIDIA的关系很深。自动驾驶仪1.0系统使用mobileye q3芯片。从自动驾驶2.0开始，特斯拉就转向了NVIDIA。2019年4月，特斯拉发布了第一款自驱动芯片fsd，直接量产，NVIDIA和mobileye也弃用。fsd芯片除了常规的cpu和gpu之外，还配备了两个神经网络处理器，在2.2ghz下可以提供72个运算处理能力，可以说是目前最好的自动驱动芯片。
【/h/】在国内，华为推出了mdc300和mdc600两个平台，分别对应l3和l4自动驾驶，2018年推出全栈解决方案。Mdc300由ascend310芯片、华为的鲲鹏芯片、英飞凌的tc397组成，而mdc600则基于8个Ascend 310 ai芯片。华为圣腾310计算能力16tops，功耗只有8w，能效2 tops，除了华为崛起，华为还有著名的华为HiSilicon系列芯片。
【/h/】除了肩负着中国芯片行业大旗的华为，自主驾驶的Horizon、寒武纪等初创公司也取得了巨大的成就。零点是由百度研究院前副院长、百度深度学习实验室主任余凯于2015年创建的。2017年底，推出了智能驾驶的triple)1.0处理器和智能相机的sunrise)1.0处理器。2019年，Horizon发布了中国第一代汽车级芯片的第二代，等效计算能力超过4运算，典型功耗仅为2w，采用TSMC的28纳米工艺技术。Horizon还计划在今年年底推出计算能力为96倍、功耗为15w的“旅程5”芯片。
【/h/】寒武纪是中科院计算技术研究所下一个课题组于2016年创建的。其研发重点在人工智能领域。目前已经发布了很多7nm工艺的ip产品。其中，cambricon-1m处理器ip属于智能驱动领域的第三代产品，提供2tops、4tops、8tops三种处理器内核。华为麒麟970芯片基于寒武纪的npu架构。
【/h/】此外，致力于打造阿波罗自主驾驶的百度在2018年发布了首款ai芯片昆仑；南京新驰半导体发布三大汽车芯片产品:x9、v9、g9；今年6月15日，黑芝麻发布了研发的芯片华山2号a1000和华山2号A1000L..成立于2015年的西京科技(Xijing Technology)采取了不同的方法，将研发重点放在类似大脑的芯片上。与主流的冯&公牛；诺依曼结构的处理器芯片不同。类脑芯片模仿大脑神经元的工作形式，其计算模块和存储单元是分离的。其公布的deepwell峰值计算能力为1.8tops，单核功耗500mw，双核功耗1 W。
写在的末尾
【/h/】由于半导体行业整体落后，中国汽车级芯片的开发起步并不早。但近两年来，我国在ai芯片领域的探索呈现出爆发式的趋势，自主驱动芯片领域的龙头企业也逐渐取得了一些实质性的成功。但是，芯片是一个长期需要巨额投资、后期效应的行业。想要深化半导体领域，就需要做好持久战的准备。
【/h/】美国突然对中兴和华为的沉重打击，真的让国内两大巨头措手不及，现在面临巨大的困难和危机。但对于中国半导体行业来说，这是一个难得的机会。日本的半导体产业在七八十年代一度超过美国，但后来遭到了美国的迎头痛击，至今仍未恢复。当时日本主权不完整，芯片市场主要在美国，面对美国的攻击只能妥协。在目前与美国的博弈中，我们拥有完全的主权和世界上最大的市场。华为事件前，中国芯片市场基本被美国公司占领，美国针对华为的阴谋无疑是主动退出中国市场，这是中国芯片企业获得市场的大好机会。
即使美国选择未来再次拥抱中国企业，芯片危机依然是悬在中国高科技企业头上的达摩克利斯之剑。我们清楚地知道，美国有能力毁灭我们，但也有毁灭我们的动机。打破这种威胁的关键不是自欺欺人，也不是寄希望于美国的自我颓废，而是努力在半导体行业赶上甚至超越世界先进水平。
【/h/】对于芯片企业来说，客观差距无疑是一个巨大的差距，在细分的垂直领域中选择各取所需是目前最稳妥的方式。美国巨型企业在并购整合的岁月里，逐渐成为拥有全套能力的霸主。同时，长期巨额投资也是不得不面对的巨大障碍。住在硅谷的特斯拉很容易找到顶尖的芯片设计人才，从设计到OEM制造都有完整的产业生态支撑，而中国企业需要从零开始一步步来。对于汽车公司来说，选择Intel的mobileye或者NVIDIA芯片，甚至获得额外的品牌溢价，无疑是更为便捷的选择。但从长远来看，仍然需要保持与独立芯片公司的高效互动。除了爱国，这也是一个关乎切身利益的选择。
【/h/】对于我们普通的消费者来说，尖端产业的发展在初期必然是缓慢的，我们甚至看不到它与我们的现实生活有多少直接的交集。但对中国芯片和中国自主驾驶的理解和包容，才是对他们最大的支持。技术进步是推动人类发展的核心动力，掌握核心科技是维护我们主权和自身利益的终极砝码。在中国大力推动芯片产业发展的同时，我们也在不断探索石墨烯芯片、量子芯片等技术的蓝海。以前我们用感觉鹰酱来嘲讽中国过河。当我们逐渐与鹰酱携手并进，甚至闯入一条人类从未探索过的道路时，就是见证中国创造力的时候，也是最需要全民理解和支持的时候。
