【芯视野】北斗芯片的下一站“野望”

终于等到这一刻。

随着北斗三号全球卫星导航系统GNSS日前的正式开通,自1983年立项研究,1994年开始建设,到2020年完成,耗时37年、北斗“三步走”发展战略圆满收官,北斗亦迈入全球服务新时代。与此相匹配的是,我国卫星导航与位置服务产业总体产值有望超过4000亿元。叠加5G、物联网、大数据的兴起,北斗将与这些技术加速实现融合创新,形成一个个“北斗+”创新和“+北斗”应用的新生业态。毫无疑问,乘风破浪的北斗芯也将迎来“芯”的征程。

全新的“使命”

北斗所引发并带动的“新纪元”,对芯片业来说自然蕴含着巨大的“金矿”。以北京华力创通科技股份有限公司卫星导航事业部总经理刘鹏辉的话来说,就是GNSS各大系统之间的竞争为北斗芯片发展提供了政策动力;资本追逐,为北斗芯片发展提供了资金保障和资本动力;市场竞争,后来者居上,客观上对芯片提出了更高要求。无论是国家意志、资本意志和市场意志,都为北斗芯片的发展注入了新的强心剂

据《2020中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》数据显示,全球GNSS 细分市场呈现新的变化并得到进一步拓展,2019年除原有公路、铁路、海事、农业和航空等5大市场外,位置服务、测绘和授时同步等3个细分市场已拓展为消费解决方案、地信系统和关键基础设施三大市场,新兴的无人机和应急响应市场也受到广泛关注。可穿戴设备市场快速增长,已成为仅次于智能手机的第二大GNSS设备市场,2019年全球出货量达到7000万台,而双频和高精度在智能手机和可穿戴设备中越来越受到欢迎。预计2029年,GNSS 设备销量会达到28亿台/套,保有量达到95亿台/套,设备和服务收入增长到3244亿欧元。

未来的体量如此巨大,北斗芯片作为核心,也将承载“芯”的使命。

正所谓“天上建好,地面用好”。“基础核心芯片主要用于地面端,处于应用产业链的上游,需要解决‘好用’的问题,因而北斗芯片的性能和可用仍是关键,高精度大众化是必然趋势。”在芯片领域深耕多年的和芯星通科技(北京)有限公司市场总监高静波谈到。

行业一般将标准精度定为米级、亚米级,而高精度为分米、厘米级,不同应用领域需差异定位。高静波进一步解读说,在智能驾驶、无人机、农机、测绘、CORS等领域,需要稳定、连续的厘米级RTK定位精度,并解决复杂场景下的可靠定位等等。而在智能手机领域,采用的多是集成了定位算法的处理器芯片,多采用北斗+GPS双系统联合定位,定位精度较专业的定位芯片还有一定的差距。而随着双频、多频以及云端增强等在智能手机的应用,将实现质的提升

从趋势来看,高静波分析,未来北斗芯片在标准精度上朝着更高精度、更低功耗迈进,在算法上实现片上RTK、支持Open MCU以及云端辅助增强等;而厘米级高精度产品则朝着更低成本、更高性能去努力。未来北斗芯片遇到的最大挑战将来自于在市场同质化中找到个性差异化竞争优势。

此外,融合也是北斗释放价值链的最佳“战略”。北斗作为后起之秀,客观上与其它卫星导航系统如GPS、Galileo存在竞合的关系。高静波判断,将北斗+GPS甚至+GLONASS +Galileo等多系统融合的产品,可收到更多的卫星,从而选择更优的星参与解算,在芯片上则可配置为单北斗定位,或多系统联合定位。此外,AI、5G、新基建将催生出更多的“北斗+”新应用,芯片端要考虑做好“融合”,即“多系统融合”与“多源融合”。

刘鹏辉也分析说,卫星导航应用层面具有“依附”或“黏着”属性,与5G、AI、ADAS、Satcom等具有强位置服务要求的技术和应用融合是刚需,客观上为北斗与其它技术在IP、DIE或套片层面集成提供了技术集成场景和应用场景。北斗芯片自身在工艺、功能纵向发展的同时,诸多应用也为北斗在横向的技术和产品集成层面提供了发展空间

集成的“推演”

无论是定位算法还是与其它芯片的集成,看来已是北斗芯片厂商的“必杀技”。

而事实上北斗芯片已是多模多频卫星导航芯片的简称。从刘鹏辉的观点来看,目前北斗芯片进一步研发的重点是“被集成”,如手机芯片厂商早已经将卫星导航功能集成在套片中,高通的Snapdragon系列、华为麒麟系列、MTK系列等手机芯片已经将GPS/北斗/Galileo导航定位功能集成

手机芯片集成卫星导航功能,具有刚需性,也有利于降低应用成本、功耗、体积等。刘鹏辉认为,与AI等其它技术集成,也应遵循跟手机芯片集成卫星导航类似的逻辑。由于卫星导航芯片的附属性,其根源在于被附属的技术和应用,挑战在于被附属的技术的发展,能不能达到手机芯片的量和价

不止于此,目前北斗与射频前端、传感器的集成也在向前。高静波指出,北斗不仅做到了射频、基带、算法一体化,也越来越多地通过Sensor Hub等实现多传感器融合。而在相同的尺寸下,不断将功耗做低、功能做强、性能做优,需要更强大的算法和更先进的工艺。

工艺的“进阶”

目前市场上最新的芯片工艺已经下探到7nm和5nm,采用这些工艺都是为了复杂的芯片设计,涉及很大的计算量。

虽然北斗芯片也在性能、功耗上不断优化,但或许不需要承受这样的“激进”。

高静波指出,22nm是目前更为合适的选择,该工艺已可高效提升芯片的性价比。定位芯片相较于移动通信类等处理器芯片,有它的独特性,是轻量级芯片,用户需要实现更高的性价比。当工艺提升一代时,其成本可能会高出一倍,因而北斗芯片在性能提升和成本增加之间要有一个取舍的平衡点

对此,刘鹏辉也谨慎认为,芯片工艺路线图取决于市场需求,具体体现在量/价比。目前22nm纯导航芯片已是国内外行业最高专用芯片工艺,此工艺的设计和流片成本支撑其决策依据,而进一步发展需待22nm工艺经市场检验后待定。未来的工艺发展逻辑也遵循类似的逻辑

据悉,和芯星通在芯片工艺上不断演进,目前已经采用了目前导航定位领域最为先进的22nm技术,无论从体积、功耗、价格上均具有领先的竞争优势。

自主的“命题”

在国际环境波谲云诡的形势下,让自主可控成为“高频词”,而北斗芯片在这方面已然顾盼自雄。

在北斗芯片领域耕耘多年的厂商包括和芯星通、华力创通、振芯科技、泰斗微、众合思壮、杭州中科微、东方联星、华大北斗等,在芯片精度、集成度以及模块整合等层面在不断精进,拓宽边界。

目前北斗芯片在设计、制造等关键环节已基本自主可控,但考虑到芯片中的部分IP,如CPU、AD等,以及设计工具EDA等,例如国内北斗芯片中的CPU大都从Arm授权,从这一角度说,不是100%自主可控,但没必要较真。”刘鹏辉直言。

高静波则认为,北斗芯片的自主可控要保证自主知识产权产权的同时,更聚焦、加大对国产芯片头部企业的支持和投入

而北斗在“墙内开花”的同时,也应更让“墙外香”。高静波明确说,受疫情影响,海外市场需求有一定的萎缩,但未来仍会是和芯星通大力拓展的方向。得益于北斗的覆盖全球,北斗下游的合作伙伴未来也能够将产品销往世界。海外市场的拓展也会基于国内市场的充分培育,不断推进。

随着国内企业国际化战略逐步落地,海外市场占有率会越来越高。毕竟,性价比好的东西,除政治因素外客户都不会拒绝。”刘鹏辉乐观期待

无论如何,北斗在筚路蓝缕之后,也将玉汝于成。北斗未来的征程必定是星辰大海,而北斗芯片的荣光也将熠熠生辉。(校对/Sky)

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