文:吴忠泽(科技部原副部长)
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近日,“首届半导体产业峰会暨芯智库成立大会”在上海浦东举行。科技部原副部长吴忠泽应邀出席此次大会,并向大会作题为《芯片行业支撑引领智能网联新能源汽车高质量发展》的专题演讲。
吴忠泽在演讲中介绍国家“十四五”期间发展智能网联汽车的四项主要任务:一要加强自动驾驶技术研发,引导创新主体围绕复杂环境融合感知、智能决策控制、信息网络安全等基础前沿核心技术;二是提升道路基础设施智能化水平;三是推动自动驾驶技术试点和示范应用;四是健全适应自动驾驶的综合支撑体系,支撑产业健康有序发展。吴忠泽强调,针对新一轮汽车产业战略转型的挑战和发展格局的调整,芯片行业要抓住新机遇,迎接新挑战,与国家汽车产业战略转型布局共命运,做智能网联新能源汽车技术和应用领域的引领者,为促进我国经济高质量发展贡献我们的力量。以下为演讲全文:
01芯片是信息社会的根基
芯片,通常被人们当作为集成电路的代名词,在只有指甲盖大小的芯片上,集成少到几千万,多到几十亿个元器件,就如同在针尖上起舞,但是如果没有芯片的支撑,信息社会就失去了根基。集成电路作为影响社会、经济和国防、安全保障以及综合竞争力的一个战略性的、基础性的、先导性的产业,怎么强调集成电路的重要性都不为过分。
当前,以芯片和元器件、计算能力和通讯技术为核心的新一代信息技术,正处在一个重要的突破关口。硅基芯片和元器件,是信息技术发展的基石,制程工艺在不断提高,处理的速度越来越快、存储的能力越来越强,能耗越来越低。
近年来,国际形势风云变换,高端芯片以及它的装备,成为“卡脖子”的技术。集成电路行业处在风口浪尖,备受关注。为了实现自主可控化,国家高度重视发展集成电路产业。2008年,国家将“核高基”,即核心电子器件、高端通用芯片、基础软件产品,以及极大规模集成电路的制造装备和成套工艺,分别列入了国家科技重大项目,开始实施。
02中国芯片技术不断突围 但还面临很多制约
十多年来,在国家重大科技专项、产业基金和相关政策的支持下,技术攻关和产业突围并举,200多家企事单位,2万多名科技工作者,参与了科技的攻关,已经研发成功并且进入海内外市场30多种高端装备、上百种关键材料和产品,解决了我们国家集成电路高端装备和材料从无到有的问题,与国际先进水平的差距开始缩小。集成电路的技术长期受制于人的被动局面正在改观,产业链培育和布局基本完成,形成了自主知识产权体系,实现了跨越式的发展。体系和能力的建立,为国内集成电路产业带来了底气和信心,国内企业在国际竞争的实力和地位发生了很大变化。去年,国内芯片的产量快速地增长,集成电路产量比上一年增长了33%多,预计10年内,我国的集成电路,从技术到产业,都将迈上一个新的高度,进入全球第一梯队。
但是我们还面临着很多关键核心技术的制约,我国芯片的进口额已经连续几年超过石油,2021年进口金额为4300多亿美元。特别是操作系统、高端光刻机仍然被国外公司所垄断,威胁到我们整个产业链和供应链的安全。目前只有荷兰ASML公司能够生产极紫外光刻机,但是由于其中用了大量的美国技术和零部件,所以这高端光刻机的出口受到了美国的“长臂管辖限制”。华为等国内领先的芯片设计企业,可以设计7纳米甚至5纳米的芯片,但是离开了极紫外光刻机,高端芯片彻底断供。在国家重大科技专项的支持下,我国在光刻机领域,取得了长足的进展,目前已经开展面向28纳米的工艺节点、193纳米波长的光刻机的研制攻关。但是在极紫外光刻机方面,我们还有很长的路要走。
03国家十四五科技攻关 集成电路是重中之重
为此,国家“十四五”发展规划,明确了集成电路作为科技攻关的七个重要领域之一,主要任务有四项:一是要加快集成电路设计工具、重点装备等关键材料的研发;二是推动集成电路先进工艺和绝缘塞双极型晶体管、微机电系统等特色工艺的突破;三是要加快布局神经芯片和DNA存储新型存储等前沿技术,实现先进存储技术的升级;四是要加快碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体的发展。
与此同时,“十四五”规划里,要求聚焦高端芯片,操作系统这样关键性的领域,来培育先进的专用芯片的生态:一是要加强芯片基础理论框架的研究。面向超算、云计算、物联网、智能机器人这样一些场景,加快云侧、边侧、端侧、芯片产品的迭代;二是加快推动国内芯片和算法框架平台、操作系统适配调优,尤其是面向音频视频的分析,异构的计算、科学的计算等主要产品,来完善基础算法的模块和软件工具包;三是加强通用处理器,云计算系统和软件核心技术一体化,来推动计算芯片和存诸芯片的创新。
04汽车行业的转型促进对芯片行业的需求
近年来,全球新一轮的科技革命和产业变革在加速进行,在技术、市场和政策多重因素的影响下,汽车这一传统的产业,和能源、交通、信息、通讯等领域有关的技术在加快地融合,正在形成一个电动化、智能化、网联化三项技术齐头并进的发展格局。全球汽车产业的形态和格局加快重塑,业内普遍认为,汽车业成功转型核心的主题是数字化,而电动数字汽车是未来汽车的核心竞争力。其中,芯片技术和产业创新,是一个关键性的点,在汽车业中的作用至关重要。汽车上使用的芯片,我们称为车规级芯片,它几乎推动着现代汽车技术的变革。
全球汽车行业对于芯片的需求,数以亿计。2020年,全球汽车芯片搭载量达到了25亿颗,那么,芯片产业将如何支撑引领智能网联车高质量的发展?
汽车系统的智能化、网联化对芯片产业提出了新的需求。新一代信息技术正在快速地推动汽车系统的智能化和网联化的进程,促进了汽车产品形态发生了重大变化,汽车用途更加多元化,它正朝着移动智能终端、储能单元、数字空间这样一些角色演变。而乘员、车辆、货物、营运平台、基础设施之间的智能互联和数据共享程度在不断地加速。如今,汽车+的跨界创新风起云涌,一方面汽车加互联网、云计算、大数据、人工智能、5G,在产品技术层面深度地融合;人车物互联,共享移动出行、自动驾驶、大数据分析、软件提升用户体验等等,现在已经成为汽车产业研发创新的新兴领域。
另一方面,汽车自身也正在成为数字化基础设施的一部分,而智能化出行的解决方案,包括智能网联汽车、自动驾驶技术等等商业化,一定会加速数字化服务、业务系统的发展,从而改变汽车行业的价值链。新一代汽车加上智能交通加上智慧能源,加上智慧城市,正在系统层面全面地融合,呈现着智能化、网络化和平台化的发展特征。它的实际应用,形成聪明的车、智慧的路、强大的云、也就是车、路、云一体化的新趋势。这一定会颠覆性的改变目前基于传统的人、车、路、环境这样一种道路出行方式和运输组织模式,也在引领交通基础设施的智能化改造、运行、维护、管理方式的重大变革。
新一代车路协同技术,框架主要包括五个方面:第一是多基:车基、路基、空基、协同感知,以及多元异构数据的融合;第二5G和异构的多模式的通信技术;第三,交通大数据驱动的人工智能的决策;第四,端、边、云、协同的控制和泛在的服务;第五,信息安全的保障。以上这些都需要研发各种新的芯片。车路协同技术在未来智能交通系统的建设中,将重点打造一个实时感知、瞬时响应、智能决策的新型的智能交通体系,为我们智能网联汽车的实际应用,提供各种的可能性。
“十四五”期间,我国发展智能网联汽车的主要任务是:
一是要加强自动驾驶技术的研发,要引导创新主体围绕复杂环境融合感知、智能决策控制、信息网络安全等基础前沿的核心技术,努力地攻克云控计算平台、高精度时空服务、车用无线通讯网络、车路交互、智能路测系统、混型交通管理和测试方法、工具以及相关的芯片,行业共性技术,来不断地健全技术体系。
二是要提升道路基础设施的智能化水平,包括基础设施的数字转型、智能升级,比如交通信号灯、交通标识、标线、道路视觉的监控等等设施的数字化改造,来促进载人工具、运输工具、运输管理和服务和交通管控系统以及道路基础设施间的互联互通;
三是要推动自动驾驶技术的试点和示范应用,目前,以京津冀、长三角、珠三角为主要核心,已经建成了十多个国家级的智能网联车的示范和国家级车联网先导区,来支撑技术的研发和测试;
四是要健全适应自动驾驶的综合支撑体系,来支持产业健康有序地发展。
到2025年,我国将基本建成智能网联车的政策法规、技术标准、产品安全和运行监管体系框架,初步形成智能网联汽车协同创新的体系、多产业的融合体系和新型的生态体系。预计到2025年,PA级的部分自动驾驶和CA级的有条件的自动驾驶智能网联车的销量,要占到当年汽车总销量比例超过50%,要实现HA级即高度自动驾驶,能够在特定的环境下,实现市场化应用,特别是车用的无线通讯网络,要实现区域的覆盖,CV2X终端新车的装配率将达到50%、高精度时空基准服务的网络实现全覆盖等等,这些都将为芯片产业提供巨大的市场潜力。
汽车动力的电动化、能源的低碳化,对于芯片产业提出新的需求。在全球“减碳”行动之下,汽车行业向新能源转型,已经成为行业的共识,“十三五”期间,我国作为全球最大的汽车生产国和消费国,深入实施发展新能源的国家战略,新能源汽车产业发展取得了积极的成效,产销量连续六年位居全球第一,到2021年,超过600万辆,关键零部件技术水平居于世界前列,形成一个上下游有效贯通的新能源汽车产业链。新能源汽车产业链正在从培育期进入到发展期,已经成为引领我国汽车产业发展的强劲动力。“十四五”期间,要进一步填补产业的短板和技术的空白,形成一批国际领先的科技成果,来巩固我国新能源汽车的先发优势和规模领先的优势,并且逐步建立技术优势,有效地服务到2025年我国新能源汽车占汽车市场份额达到百分二十这样一个目标和愿景。
为此,其一,“十四五”期间,要加强基础研究和前沿颠覆性研究,比如说,要研发全固态的金属锂电池,车用的固体氧化物的燃料电池,要研究在实时探测锂电池内部化学成份变化的基础上,由芯片对各种参数的变动情况进行分析计算,从而自动判断是否启动灭火的措施,及时地阻断锂电池热失控扩展的发生,来提高电动汽车的安全性。再比如,我们研发基于新材料、新器件的电启动技术、基于服务的车路云网一体化集中式的电子信息架构,面向智能汽车和信息通信与智能交通一体化的物理系统技术以及相关的芯片;
其二,要支持行业共性关键技术的突破。要从我国新能源汽车难点和痛点出发,来解决新源汽车产业“卡脖子”技术问题,从而实现关键环节的自主可控。比如,围绕能源动力,高密度大容量气氢车载储供系统的设计和相关部件以及芯片;比如说围绕智能驾驶,学习型的自动驾驶技术等安全提速,智能汽车预警功能技术以及相关的芯片;围绕着车网融合的高精度自动驾驶动态系统,和北斗导航、卫星融合的定位技术、自动驾驶的仿真以及数字孪生测试评价的工具链等相关的芯片,以及支撑技术的车载系统的储能安全评估技术装备、高效的协同充换电关键技术以及相关的芯片。
针对目前国产车规级的芯片,存在着整车链路规模较小、车规认证周期长,技术附加值低,上游产业依赖性高等问题,我们要加强关键车规级芯片的测试技术以及评价体系建设。目前,已经有越来越多的企业在布局汽车芯片领域,包括比亚迪、中车时代、四维图新、闻泰科技、北京君正等。
针对新一轮汽车产业战略转型的挑战和发展格局的调整,芯片行业要抓住新机遇,迎接新挑战,和国家关于汽车产业战略转型的布局共命运,要做智能网联新能源汽车技术和应用领域的引领者,为促进国家经济和产业的高质量发展,贡献力量。