直面“芯片荒” 用技術(shù)架起人車互動的橋梁
在速顯微電子科技有限公司董事長兼CTO項天看來，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，從長榮海運集裝箱船“長賜號”造成蘇伊士運河堵塞，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，能夠讓人與車進行高效溝通。
“當(dāng)前，以電動化、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‘人車互動’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)者意識到，只有實現(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)席會秘書長崔東樹認為，“汽車研發(fā)之路就如同走獨木橋，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、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23%;純電動車的MCU應(yīng)用率僅次于功率半導(dǎo)體，比重達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)、電機驅(qū)動系統(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)用場景還在進一步擴大。
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，隨著汽車自動化、電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的快速發(fā)展，未來市場還會大幅拉動高集成度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)逐個攻克。”
在董揚看來，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，同時處理器也需要整合雷達、視頻等多路數(shù)據(jù)，這些都對車載處理器的并行計算效率提出更高要求。GPU則憑借同時處理大量簡單計算任務(wù)的特性，在自動駕駛領(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)都會呈現(xiàn)在儀表盤上，通過儀表盤，駕駛者可以實時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行高效的溝通。”
“因此，對于智能汽車而言，GPU的重要性不言而喻，如何用比較簡單的方式，實時呈現(xiàn)出汽車很復(fù)雜的信息，達到化繁為簡的目的，就是我日常工作的重點。”項天總結(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)有的絕大部分計算機中所使用的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。
項天深知這個道理。其實，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，而我也是因為電腦才與芯片、GPU結(jié)緣的。”項天回憶說，“上小學(xué)時，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行的，因此物理成為了我了解這個世界的‘窗口’。”
就這樣，從小熱愛計算機的項天，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，正值全屏智能手機成為科技圈的新潮流，正在讀博士的項天偶然看到一個消息——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)時我驚訝地發(fā)現(xiàn)，整個導(dǎo)航地圖都可以顯示在這個液晶屏上。我眼前一亮，仿佛找到了通往未來的鑰匙。”
與此同時，項天所在額實驗室也正在研究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，讓項天有了新目標(biāo)。
在博士畢業(yè)后，項天帶領(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。
在項天眼中，小小的芯片卻濃縮了很多技術(shù)和信息，有上千個功能點需要測試和驗證。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，他們常常擔(dān)心有會考慮不到的地方，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，團隊里的每個人都很興奮，但同樣非常緊張。”項天回憶說，“同事先是把芯片放在測試座上，接通電源進行查找，但是卻找不到相關(guān)信息。換了一顆芯片進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、電磁兼容設(shè)計也同樣缺一不可。”項天如是說。
創(chuàng)業(yè)這幾年來，經(jīng)常有人問項天，為什么一切都要自己親力親為，項天給出的回答是：“像我這樣的年輕人既缺少經(jīng)驗，又沒有資源，只有做別人沒有做過的事情，才能有機會脫穎而出。”
正是憑借著這份沖勁，項天和同事們設(shè)計出了國內(nèi)第一款集成GPU的MCU，并設(shè)計出國內(nèi)首款針對物聯(lián)網(wǎng)人機交互的MCU，為MCU穩(wěn)定高效工作開發(fā)了工業(yè)級圖形操作系統(tǒng)，同時配套開發(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)
