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特斯拉进军锂电池、研发芯片,其他厂商如何应对?

2020/3/12 12:55:40 来源:半导体行业观察 作者:邱丽婷 
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特斯拉永远不缺新闻,最近又搞了一个“大事情”,要亲自生产制造设备,准备自己大规模造更便宜的电池。据说特斯拉的目标是,要让电池成本价低过美国汽油的成本价。


因此,也有美国媒体表示说,如果电池和批量生产相结合,特斯拉很可能成为电动汽车普及的最后赢家。


然而特斯拉何止在抢占最前沿的锂电池领域,成立不到20年的特斯拉在电子技术、芯片研发等方面的研发早已领先大众、丰田等一众老牌车厂。


2019年4月23日,特斯拉CEO伊隆·马斯克在发布了最新自动驾驶演示视频,以向市场证明有足够实力深入自动驾驶技术,并推出自研芯片,号称是“世界上最好的”自动驾驶芯片。


为什么特斯拉要自研芯片?参照最近不满高通设计而选择自行设计5G iPhone的天线模组的苹果或许能够揣摩出来,都是过不了自己这关。


在2015年,特斯拉曾与Mobileye合作,采用其芯片EyeQ3,但因双方存在极大分歧最终分道扬镳。之后,特斯拉找到了另一芯片制造巨头—英伟达。但英伟达带来的GPU依旧不尽如人意,该产品在满足巨大算力的同时也产生了相当高的功耗,对于纯电动车来说负担不小。因此,特斯拉生出了自研芯片的心思,并于2016年年初从AMD挖来了吉姆·凯勒担任芯片架构设计的副总裁。


当然,一个更为可信的解释是,马斯克认为自研芯片是一家成立时间较短的公司能够在短时间内构建与传统汽车制造商在自动驾驶时代竞争领先的武器,因为他曾表示,“如果我们有专门的人工智能硬件,我们就能更快地实现这一目标。”


特斯拉的“地表最强”芯片确实不负所望,经特斯拉的工程师们计算出,自研芯片将与现有产品的性能相当,耗电量仅为现有产品的十分之一,成本仅为十分之一。


传统车厂的自救


汽车界自研芯片并不是特斯拉首发,六年前,丰田汽车就有消息传出,借助自主开发的芯片,可以将混合动力汽车的燃油效率提高至多10%,新的芯片只相当于传统芯片的十分之一功耗,同时让整个动力控制单元(PCU)体积缩小80%。在核心的半导体芯片方面,丰田历来都是采取内部开发的策略,


这是所谓传统汽车所使用的芯片,更确切的叫法是功能芯片,此类芯片仅适用于发动机控制、电池管理等局部功能。


近年来,随着人工智能的发展,带动了汽车智能化发展。过去以CPU为核心的处理器越来越难以满足处理视频、图片等非结构化数据的需求,同时处理器也需要整合雷达、视频等多路数据,这些都对车载处理器的并行计算效率提出更高要求。


巨大需求促使全球芯片厂商闻香而动,纷纷进军汽车芯片产业。但事实上,汽车制造商和芯片厂商接近终极目标的路径有着显著的不同。汽车制造商及其1级和2级供应商要求进行硬数据检查、物理检查和测试。而领先的芯片公司和晶圆厂却认为只进行模拟和统计分析就足够了。如果车厂不进行自主研发,电子和汽车之间的一些差异可能需要数年的时间才能磨合和统一。


更为重要的是,传统车厂看见年轻的特斯拉凭借自动驾驶汽车进入了头部车厂行列,并凭借先进的电子技术形成了领先优势,此前有外媒对特斯拉的技术先进性进行了报道,主要的判断依据就是特斯拉自主研发的全自动驾驶芯片,传统汽车制造商无法赶上特斯拉的速度。马斯克非常肯定芯片的重要性,他曾表示,智慧、思考、判断和识别的背后,芯片是至关重要的一环。


传统车厂希望特斯拉的故事能够重现在自己身上,于是一个接着一个,从点到面开始主动拥抱互联网,这场拥抱背后,涉及电动化、智能化、网联化,将促使汽车走进软件与硬件结合的时代,拥有芯片研发定制能力将是实现一切的基础。


这是传统车厂的自救,目的是探索自己的未来。


前十大车厂的探索


在前十大车厂中,丰田率先反应了过来,根据2019年7月报道称,丰田与电装将于2020年4月正式成立一家合资公司“MIRISE Technologies”,专注于下一代车载半导体的研发,以及用到半导体技术的电子部件的研发,例如电动汽车所使用的电源模块以及自动驾驶车辆所使用的监测感应器等。


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全球市值排名前十的汽车公司(最新数据统计,单位:亿美元)


目的是进一步加强与拥有丰富经验和专业知识的半导体制造商合作,以开发自动驾驶和其他新领域的车辆控制系统。此前,丰田与电装在内的4家公司共同组建了新公司J-QuAD DYNAMICS,主要研发用于自动驾驶、车辆运动控制以及其他相关功能的集成控制软件。


丰田中央研发实验室和电装公司从1980年开始合作开发SiC半导体材料,2014年5月他们正式发布了基于SiC半导体器件的零部件——应用于新能源汽车的功率控制单元(PCU)。


其次是宝马,虽然没有成立芯片公司,但宝马在2018年12月投资了一家AI芯片公司Graphcore,这是一家英国人工智能芯片硬件设计初创公司,成立于 2016 年,总部位于英国布里斯托,Graphcore的主要业务是设计用于人工智能应用程序的处理器,为智能驾驶、云服务等应用提供更灵活、更易用、更高技术水准的产品支持。


在AI芯片的研发进度上,其他大厂目前还没有任何迹象。


排列第三的大众汽车,认为AI和深度学习还有更广泛的用途。因此与英伟达达成合作。双方的合作将聚焦在深度学习领域,旨在提升大众汽车“数据实验室”的能力。大众集团称,到2022年底,大众集团将投资340亿欧元(约400亿美元)用于电动汽车、自动驾驶以及新型移动出行服务。集团还表示,到2022年,在地产、工厂以及设备方面的集团总投资将达到720亿欧元。不过很显然,大众目前还没有进军AI芯片领域的迹象。


在功率半导体方面,一是Cree,它成为了大众汽车FAST(Future Automotive Supply Tracks,未来汽车供应链)项目SiC碳化硅的独家合作伙伴。二是英飞凌,它成为大众FAST项目战略合作伙伴,合作点集中在大众MEB电力驱动控制解决方案中的功率模块。Cree本就是SiC材料和晶圆的国际大供应商,大众此次的锁定无疑为它打开了更为广阔的市场。英飞凌在全球MOSFET和IGBT等汽车半导体市场中占有率位居前三。


2018年12月13日,戴姆勒与半导体公司赛灵思(Xilinx)公布两家公司合作研发人工智能车载系统的详细信息,而前者曾在今年6月宣布将使用Xilinx芯片在即将推出的汽车中运行AI软件。目前戴姆勒仍然依靠芯片厂商提供产品。


排名第六的通用汽车似乎还在状况外 ,据外媒报道,LG化学正在推动与通用汽车成立新能源汽车动力电池的合资企业,除此之外,通用汽车还计划在美国组建一个新的电池工厂。此前,通用汽车在与美国联合汽车工会(UAW)的谈判中,提出新建电池工厂来解决就业的问题。通用承诺在美国投资70亿美元(约合496亿人民币),用于生产电动皮卡和建设电池厂。


位处第七的本田汽车仍然自2014年宣布使用来自NVIDIA的Tegra芯片方案后,在芯片领域就没有消息了。不过在功率半导体方面,本田汽车公司、日产汽车公司均和罗姆公司就HEV/EV应用SiC半导体技术进行了多年的合作研究。本田和罗姆公司共同开发出了使用SiC半导体器件的高功率电源模块,将转换器和逆变器的二极管和晶体管全部由硅器件改为SiC器件。


在第九位的福特在人工智能领域有些想法,此前花费10亿美金投资Argo AI,Argo的任务是开发整个“视觉驾驶系统”,意味着公司需要开发所有的传感器,比如摄像头、雷达、光检测和测距雷达(LIDAR)以及软件和计算平台。同时Argo还要开发高清晰地图,并保持“及时更新”。


2015年底,福特宣布计划为电动汽车项目投资45亿美元。近年来福特公司就SiC/GaN器件在混合动力汽车上的应用进行了投资研究。


日产汽车在2012年宣布将在其车载信息和娱乐系统中使用英特尔公司的微处理器之后,也没了下文,在功率半导方面,仍有活动迹象。


国内车厂加速改革


而对于国内车厂来说,变革运动显然已经不是新闻,2015年,受购置税减半政策刺激,中国汽车进入调整期前最后的狂欢阶段。2020年,汽车行业轰轰烈烈的大变革走了5年。智能汽车,也该真正落地了。


2019年7月5日,ECARX(亿咖通科技)公布了新款E系列芯片并向全球展示吉利博越PRO车型,作为吉利投资的子公司,双方一直开展面向汽车前装市场的车规级AI芯片研发,据称,吉利博越PRO是搭载GKUI 19吉利智能生态系统的吉利车型,内含首款吉利自主研发的量产级车机芯片。这款芯片由ECARX和联发科共同定制研发,是一款专为智能网联车定制的SOC。


作为三年前晋升中国自主品牌销量老大的吉利,这是一条必走的路。正如浙江吉利控股集团董事长李书福在新年致辞中这样写道:在变化的市场中把握“不变”的本质。吉利“十年千亿”的研发投入已见成效,最终目标是成为具有国际竞争力的全球创新型科技企业集团。


比亚迪在芯片半导体领域早有布局,旗下子公司叫“比亚迪微电子”,比亚迪微电子成立于2003年3月,专注于半导体产品的研发和生产,其产品主要包括CMOS图像传感器和处理芯片、电源管理芯片、功率场效应管、IGBT芯片和模组、电流传感器、音频系列芯片、触控芯片和触摸板、瞬态电压抑制二极管等。相关产品可广泛应用于汽车、能源、工业、通讯和消费类电子领域。


2018年12月10日,比亚迪在宁波举行车规级IGBT4.0技术解析会上宣布:比亚迪已投入巨资布局性能更加优异的第三代半导体材料SiC(碳化硅),有望于2019年推出搭载SiC电控模块的电动车。按照计划,到2023年,比亚迪旗下的电动车将全面搭载SiC电控模块。


当然,还有更多国内汽车制造商,对芯片领域也起了心思。


上汽集团


上汽集团近年来在技术投入方面动作频频,先后与宣布与Mobileye、英飞凌、中国移动、华为、英伟达、高通等国际企业开启战略合作,并在2018年3月与奥地利网络与安全控制解决方案供应商TTTech成立合资公司。


2018年10月前,上汽集团旗下两家公司投资晶晨半导体,一家是华域汽车,一家是上汽投资旗下私募股权投资平台尚颀资本所管理的基金。

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截取部分图片


自成立以来,晶晨半导体一直专注于多媒体智能终端SoC 芯片设计领域,目前在智能机顶盒芯片和智能电视芯片领域居于国内领先地位,在AI 音视频系统终端芯片领域具有技术优势在SoC芯片领域深耕多年,有非常深厚的技术积累,累计获得集成电路布图设计专有权39项、已授权国内专利14项、海外专利33项。


上汽集团入股晶晨半导体,有助于晶晨半导体在汽车领域的发展。晶晨半导体正积极布局车载娱乐信息系统芯片、辅助驾驶芯片等汽车电子市场。与此同时,上汽集团也将持续转型,深入探索新能源、人工智能、5G通讯等新兴技术与汽车产业的深度融合,加快形成核心技术、打造差异化竞争优势。


2019年2月27日,据知情人士透露,上汽集团投资AI芯片技术公司地平线(Horizon Robotics),地平线作为AI芯片技术公司,专注于边缘设备计算方面:2017年,发布了中国首款边缘人工智能处理器——专注于智能驾驶的地平线“征程”;2018年发布了Matrix自动驾驶计算平台与和地平线XForce边缘AI计算平台,其中前者已经开始大规模为自动驾驶厂商供货。


地平线作为AI芯片技术公司.jpg

2019年4月12日,上汽集团旗下投资管理公司尚颀资本投资黑芝麻智能科技有限公司,根据公开资料,黑芝麻智能科技有限公司是一家专注于数字影像核心技术开发与应用的高科技初创企业,公司核心业务为基于人工智能的图像处理和计算图像的解决方案以及基于控光技术、图像处理和深度学习的嵌入式感知平台。公司致力于成为全球领先的嵌入式图像、计算机视觉和人工智能科技公司。


目前,黑芝麻智能科技已经实现了第一款SOC华山A500的流片,并且根据黑芝麻智能科技创始人单记章此前透露,公司方面很快会宣布一些定点,主要用于车前装。

黑芝麻智能科技.png

功率半导体方面,2018年3月2日,上汽集团和英飞凌科技股份公司(以下简称“英飞凌”)宣布成立合资企业。上汽集团持股51%,英飞凌持股49%,合资公司命名为“上汽英飞凌汽车功率半导体(上海)有限公司”,总部设在上海,生产基地位于英飞凌无锡工厂扩建项目内,计划在2018下半年开始批量生产。上汽英飞凌合资公司主要为中国市场生产汽车级框架式IGBT模块 —— HybridPACKTM。


一汽集团


2019年8月8日,据天眼查显示,一汽解放汽车有限公司(以下简称“一汽解放”)与苏州智加科技有限公司(以下简称“智加科技”)、北京经纬恒润科技有限公司、嘉兴智泉投资合伙企业等合作伙伴共同组建了新合作合资公司“苏州挚途有限公司”。

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公开资料显示,智加科技是从事人工智能芯片相关软硬件、汽车零配件的研发及测试、物联网技术服务等智能数据和技术的研发,同时也是业内具有代表性的L4级自动驾驶技术研发公司之一。


东风汽车集团


特兰微电子科技是由美国硅谷海归博士创立的无晶圆集成电路设计企业。公司专注于研发高级驾驶辅助系统及无人驾驶系统中的核心传感器芯片,并立志成为行业内技术领先世界的中国企业,为大众市场提供高性价比的主动安全核心技术。


根据天眼查显示,其股东中包括中金佳泰贰期(天津)股权投资基金合伙企业以及陕西省新能源汽车高技术创业投资基金。中金佳泰贰期(天津)股权投资基金合伙企业属于东风汽车集团旗下的东风资产管理有限公司。


陕西省新能源汽车高技术创业投资基金由陕西汽车控股集团有限公司控股,据中国汽车工业协会统计,2019年陕汽控股销售各类重型货车17.7万辆,排名全国同类企业第四。


特兰微电子科技.jpg

功率半导体方面,2018年2月7日,东风汽车集团投资君芯科技,据悉,君芯科技是一家专注于IGBT、FRD等新型电力电子芯片研发的中外合资高科技企业,公司推出的IGBT芯片、单管和模块产品从600V至6500V,覆盖了目前主要电压段及电流段,已批量应用于感应加热、逆变焊机、工业变频、新能源等领域,并得到客户的广泛认可。隶属于江苏中科君芯科技有限公司。


总结


对于传统汽车行业来说,在过去百年的历史中,供应链分工一直非常稳定。很大一部分原因是汽车产品的进化速度要慢于IC与电子电器的变化速度,但随着现代化的发展与经济的变化,人类对汽车产生了大量新的需求。


汽车不仅仅是代步工具,也可以是娱乐产品,办公用品。这导致了汽车产品的进化速度要快于IC与电子电器的变化速度,而这些变化与新的需求集中体现在智能网联与新能源领域。


正如前文所言,汽车制造商与芯片制造商存在一定摩擦,因此汽车制造商除了与芯片制造商一直磨合以外,另一条可选择的路就是自研芯片。


一款芯片从IP购买、前端设计、后端设计、流片等费用合计起来价格非常高昂,对汽车这种大部件、低数量的行业来说,其实并不划算。


丰田此前的混动专利,逼得各大车厂不得不开发自己的混动路线,同样,特斯拉自研芯片,也让更多的同行走上自己设定的方向。毕竟,一流企业做标准。


现在越来越多的车企参与芯片研发,虽然短时间内可以取得核心竞争力,但还是要靠供应链的垂直整合保持成本优势,靠加快技术迭代提高自主掌控权,才能最终维持甚至提高市场份额。


对于汽车制造商来说,如何能够让汽车成为一台放大的“手机”,更加贴近消费者的需求成为需要着重思考的问题,自研芯片是否真能成为自救良药,仍是未知数。


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