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北斗率国产芯片“突围”:22nm芯片一年内将普及 将领先GPS两代工艺

2020-08-29 08:04:14 和讯名家 

本报实习记者 谭伦 记者 张靖超 北京报道

就在华为遭美制裁引发全民对中国芯片产业崛起关注之际,北斗商用“意外”地为国产芯片“突围”打开了一道缺口。

就在本月初北斗三号全球卫星导航系统历史性地宣布正式商用后,近日中国卫星(600118,股吧)导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其在国新办发布会上表示,北斗系统28nm工艺芯片已经量产,22nm工艺芯片即将量产。

《中国经营报(博客,微博)》记者从国内北斗导航芯片研发商国科微(300672,股吧)处获悉了更为明确的信息。据国科微多媒体事业群副总经理余方桃向记者透露,目前公司最新的22nm支持双频双模的北斗导航定位已完成各项关键性能的验证,有望明年上半年量产。同时,北斗星通(002151,股吧)也于近日展示了全球首颗22nm射频基带一体化厘米级定位芯片,北斗星通战略发展中心品牌总监李楠表示,该芯片有望明年上半年量产。

诸多利好无疑将直接推动北斗的商用进程。作为卫星导航产品的核心部件与产业链源头,芯片侧在北斗产业链中拥有着重要地位。而在倚仗芯片带动的产业下游,北斗应用市场也同样潜力巨大。中国卫星导航定位协会日前最新发布的《2020中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示,国产北斗兼容型芯片及模块销量已突破1亿片,国内卫星导航定位终端产品总销量突破4.6亿台,其中具有卫星导航定位功能的智能手机销售量达到3.72亿台。

随着北斗22nm芯片的量产与普及,一场国产芯片的“突围”之战,已然开始。

为何追求制程?

领衔这场“突围”战最关键的要素,无疑就是北斗导航芯片在制程上的领先。

据记者了解,相比于目前国际上导航定位芯片40nm的平均制程,22nm制程意味着北斗导航芯片至少在工艺上已经领先全球平均水平两代,而这种差距将为北斗与其他定位系统竞争时处于优势地位,包括GPS。

CHIP全球测试中心中国实验室主任罗国昭告诉记者,相比于GPS,北斗这种后发型的导航平台产品想要实现赶超,最重要的方式就是商业化。“目前GPS在全球商用市场占比至少超过80%,因此北斗要赶超,就必须在芯片端和专利授权端将成本降得更低,‘白给’用户更多功能,才能加速商业化进账。”在罗国昭看来,制程便是降低芯片侧成本的利器。

据罗国昭介绍,相比于目前主要采用集成方式的GPS商用芯片,北斗芯片更倾向于依靠一颗SoC芯片来实现所有功能。而对于单颗芯片而言,产业化早期降低成本最有效的方式就是提高制程精度。据记者了解,以北斗星通22nm芯片新品为例,其尺寸是上一代高精度芯片的1/4,功耗是上一代的1/5。

据记者了解,从原理上看,卫星导航芯片包含射频芯片以及基带芯片,相关设备通过北斗芯片,可以接受由导航卫星发射的信号,从而完成定位导航的功能。其中,射频部分对微弱模拟信号进行处理,基带部分再对其实现数字化 “读取”。目前卫星导航芯片的发展趋势是将射频芯片、基带芯片合二为一以降低外围物料成本、面积以及用户设计难度。

余方桃还告诉记者,早期的导航芯片大部分集中于车载,而没有覆盖便携式产品,因此40nm能满足暂时的需求。但目前随着很多便携式穿戴设备集成导航功能,对功耗的要求就会越来越高,北斗芯片实现22nm规模量产的价值也就不言而喻。

“22nm工艺的芯片,功耗和面积都会大幅降低,这样就可以用在对功耗和体积要求比较高的便携式以及穿戴类设备上,如行业的智能监测设备,智能手表、手环,大大延长了待机时间,提高用户的体验度。”余方桃表示。同时,深圳华大北斗科技有限公司北京分公司总经理葛晨也认为,想与各行各业进行更好的融合,芯片需要在更先进制程上进行演进。

余方桃认为,在商用市场中,又以可穿戴式设备对于芯片的面积和功耗要求更为苛刻。“可穿戴设备对于体积很敏感,因此会对最新的22nm芯片有更强的升级需求。”余方桃指出。

中航证券研报显示,随着卫星导航产品在大众消费市场需求的快速增长,目前卫星导航芯片的发展趋势主要是向小型化、低功耗、高集成度方向发展,因此制程工艺的提升将极大提高北斗芯片的商业竞争力。

有望一年内普及

伴随北斗三号的正式商用,北斗也将迎来市场的快速增长期,而22nm芯片的普及将会成为这一轮过程的开端。

“22nm工艺双频定位芯片已具备市场化应用条件。”赛迪顾问智能装备产业研究中心杨雪莹日前表示,支持北斗三号新信号的28nm工艺射频基带一体化SoC芯片,已经在物联网和消费电子领域得到了广泛应用。

中航证券研报显示,目前卫星导航市场可以分为特殊应用市场、行业应用市场以及大众应用市场。其中,涵盖可穿戴式设备、室内定位、车联网及基于位置服务(LBS)等产品的大众应用市场将成为新一代北斗导航芯片的主要市场。

IDC发布数据显示,可穿戴设备2019年全球出货量达到3.365亿部,同比增长89%。其中我国2019年可穿戴设备市场出货量达9924万台,同比增长37.1%。由于智能手表和智能手环可以通过北斗芯片和其他定位模块来帮助掌握需要关照人群的位置信息,定位精确度成为购买智能可穿戴设备的关切之一。

据记者了解,由于北斗三号定位精度和授时精度要求均提升了1至2倍,因此目前主流的22nm芯片都针对定位精度和授时精度做了大幅提升。以国科微导航芯片为例,其定位精度直接提升至亚米级,通过RTK算法可以做到厘米级,授时精度可以达到5ns,可用于5G基站授时。

据记者了解,国科微此前推出的第一代北斗导航芯片出货量目前已在共享单车等多个场景应用,未来共享充电、共享电动车、智能穿戴、哑系统监测等应用会越来越多地集成北斗芯片,北斗导航系统将成为新基建的时空基准。在此背景驱动下,22nm芯片的普及进程有望在1年内完成。

而对于大众关切的成本问题,冉承其表示,目前最便宜的北斗导航芯片不到1美元。高精度板卡,也从10年前的十几万元降到了3000元。记者通过多方了解,在22nm问世初期,成本将有所增长,但性能也将明显提升。随着北斗卫星导航系统的全球组网完成,越来越多应用对高精度定位和低功耗的需求会增加。届时对终端企业来说,成本会随着量价关系下降。

万联证券研报指出,在受到疫情冲击、全球经济形势低迷的背景下,卫星导航是少数受影响较小的产业,且有长期增长的潜力。预计到2025年,全球卫星导航与位置服务产业规模将达到7000亿元以上,相比2019年的3400多亿元增加一倍以上。

补齐短板任重道远

但值得注意的是,与芯片产业链的格局类似,在代工、专利、算法等短板环节,目前国内企业仍未完全将命运“攥”在自己手中。

记者从知情人士处了解到,目前国内的主流北斗芯片公司还是选择台积电代工。

同时,多位业内人士告诉记者,我国高精度、低功耗芯片发展仍较弱,美国在卫星导航定位技术专利上居于垄断地位,制约着我国北斗导航产业发展。“技术端还需要手机芯片厂商和卫星导航厂商突破算法壁垒。”一位人士表示。

艾瑞集团日前发布的《2020年中国卫星导航行业研究报告》明确指出,提高导航芯片精度、降低导航芯片功耗,强化芯片算法能力,已成为我国卫星导航系统发展突破制约的重要路径之一。

此外,随着新一代通信、区块链、物联网、人工智能等技术的出现,“北斗+”生态也进一步丰富。业界认为,对于北斗芯片的要求除工艺制程、定位精度等典型技术指标的升级外,达成相关技术融合,也将是未来的最大挑战之一。

中国卫星导航定位协会秘书长张全德表示,目前的北斗应用与产业化发展已经全面进入技术融合、应用融合、产业融合的新阶段。北斗芯片未来的发展趋势应是通过功能集成来达到性能优化,同时融合通信、物联网和各种传感器,成为推动智能产业发展的助推器。

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(责任编辑:赵艳萍 HF094)
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