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C919起飛了,國產芯片行業呢?

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發表于 2023-6-10 13:49:03 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式

5月28日,國產大飛機成功商業載客飛行。對此,中國商飛副總經理魏應彪表示,“歷經幾代人的努力,我國民航運輸市場首次擁有了中國自主研發的噴氣式干線飛機,大飛機事業已經邁入規模化系列化發展新征程。”


國外媒體將C919的首次商業飛行稱為,“中國數十年與西方對手在空中展開競爭的里程碑事件”。產業相信國產大飛機的商用,是高端制造業崛起的開端。


提到高端制造業,又不得不想到芯片制造。同樣是產業鏈極其龐大,同樣被國外廠商高度壟斷,高端芯片制造也是我國當前重點關注的問題。那么造芯片和造飛機哪個更復雜?造飛機已經成功了,造(高端)芯片還會遠嗎?


01

造飛機難在哪里?

想要研制出一臺大型客機,涉及動力、控制、航電、液壓等系統工程,飛機要經過可靠性、承力強度、飛行過程中適應硬力變形的能力等重重考驗。


C919實現了接近60%的國產化率,其中結構系統36%,發動機系統22%、航電系統17%、機電系統13%等,其余12%為起落架、液壓、燃油及環控系統。



造一個大飛機零部件,要考慮材料、技術、設計等等問題。以在航空發動機中,最核心、加工生產難度最大的部件渦輪葉片為例,渦輪葉片的性能很大程度上決定了航空發動機的渦輪前溫度,而這一技術指標是航空發動機劃代的重要依據。


渦輪葉片工作環境極其惡劣,要考慮到防水、小冰雹或者小石子種種可能的危害。一萬米高空溫度會低于攝氏零下40攝氏度,而飛機點火的核心位置高達上千度的高溫。所以航空發動機的材料必須耐低溫又耐高溫,抗脹又抗縮,且能夠長時間在高溫、高壓的環境下保持數萬轉的高速轉動。


高溫、高壓、高轉速、長時間運行,這樣苛刻的要求已經不是單靠材料性能提升所能解決的了,渦輪前溫度的提高需要材料性能和冷卻技術的同時提升。而一架飛機可以拆解出上萬個部件,在設計、制造過程中的工程量之大不難想象。


航空航天產品的開發,特點是重資產、投資大、周期漫長、工程實踐復雜。客觀事實上講,相對于國外,我國的起步較晚,要追趕的環節有許多。可以看到,C919仍有一部分產品需要進口。


造飛機很難,不過有趣的是,相對于飛機的動力系統,飛機上的芯片是相對容易攻克的產品。


02

飛機用芯片:需求量小,需要成熟制程

集成電路出現之前,航空業一直在努力利用計算機行業的技術進步,這導致計算機的尺寸越來越大。這是集成電路發明背后的推動力之一。隨著集成電路被發明,美國空軍首先使用了相關產品,十年后商用航空也緊隨其后。


飛機用芯片主要用在導航系統、通信系統、控制系統中。


半導體在航空領域最重要的應用之一是導航系統。全球定位系統 (GPS) 導航是現代飛機的重要組成部分,它在很大程度上依賴于半導體。GPS 接收器使用半導體來放大和處理來自衛星的信號,然后使用這些信號來確定飛機的位置和行進方向。


半導體在航空領域的另一個重要應用是通信系統。無線電通信在包機中至關重要,它被用于從空中交通管制到飛行員與飛行員之間的通信的方方面面。它們用于為無線電設備供電以及處理和放大傳輸和接收的信號。


飛機的飛行控制系統依靠半導體來處理來自傳感器的信號,這些傳感器檢測飛機的速度、高度和方向。然后,控制系統使用此信息來調整飛機的飛行路徑,并在包機服務期間使其保持在航線上。如果沒有半導體,飛行控制系統將無法處理運行所需的大量數據,飛機也無法安全飛行。


總的來說,單架飛機對芯片的需求量較小,生產一架飛機只需要1,000個芯片左右,主要用于航電系統、發動機控制系統、客艙系統等。芯片在飛機上的使用壽命非常長,飛機退役前基本無需更換。即使需要升級,大多數時候也是進行軟件升級,不用在硬件層面對芯片進行更換。


同時,安裝在飛機上的芯片更換需要經歷復雜的認證流程,耗時長、成本高。雖然芯片行業一直強調速度和功率,但不同的行業會有不同的需求。在航空業,使用成熟制程的半導體產品更適合項目的需要。


值得驕傲的是,C919已經用上了一些國產芯片


C919的網絡通信類的機載總線交換芯片來自紫光國微。紫光國微的特種集成電路業務包括研發、生產與銷售,產品涵蓋高性能微處理器、高性能可編程器件、存儲類器件、總線器件、接口驅動器件、電源芯片六大系列,主要應用于航空及其他一些對產品穩定性、可靠性有極高要求的行業領域。


C919使用的航電專用GPU也來自國產半導體公司。翔騰微電子自主研制國產GPU通過了大飛機C919聯試驗證,它是翔騰公司面向航空應用、兼顧多領域嵌入式圖形處理應用的第一款GPU,算法、架構、指令集、軟件生態全部自主正向設計,具有完全自主的指令架構、核心算法、圖形流水、軟硬件代碼及生態,面向典型機載座艙顯示進行了應用級、算法級、架構級、電路級、軟件級等系列優化。


03

由國產大飛機起飛想到的

造飛機和制造芯片都是我國正在追趕且重視的任務,兩者也有一些相似之處。


材料方面,無論是飛機使用的核心材料,還是芯片制造中使用的材料,國產廠商都在追趕中。


制造飛機的材料仍受制于基礎材料領域的局限,國產大飛機身上各種零部件所用材料很多都要從國外引進。引進材料價格昂貴不說,出于技術保護的考慮,外國公司可能不賣給我國,所以一些材料還要從0開始自主研發。


芯片材料方面,我國仍處于發展階段。以最受關注的光刻膠為例,全球市場為美日公司所壟斷,CR5高達87%,行業集中度較高。其中,日本四巨頭JSR、東京應化、日本信越與富士電子市占率總和達到72%。


從研發成本來看,兩者都需要相當高的研發費用,由于芯片行業更新速度更快,相對來說芯片行業每年的研發成本更高。


2022年英國羅爾斯-羅伊斯(羅羅)的研發費用為13億英鎊。作為對比,2021年中芯國際的研發達到了7.3億美元。根據IC Insights發布的一份報告,全球半導體公司的研發支出在2021年達到創紀錄的714億美元,增長13%;同時預計2022年全球半導體研發支出可能達到805億美元。


芯片制造和飛機制造的主要區別之一是芯片市場更加龐大,這也讓芯片公司更受市場和投資者的關注。從市場層面看,波音公司的市值為1287.48億美元(6月1日數據);作為對比近日英偉達的市值突破一萬億。兩者的差距很大一部分原因是,飛機產業鏈上的公司他們的客戶比較單一,而芯片可以應用的市場巨大。


人工智能、云計算、物聯網、智能汽車、工業互聯網等新興應用的驅動下,2023年全球芯片市場規模有望達到5393.9億美元。

這樣對比之下,似乎芯片產業的國產之路更加漫長且艱難,但國產大飛機的實現有一些經驗值得芯片行業思考。


首先,我們不難發現,其實國產大飛機中也有一些零部件來自其他國家,也有一些產品是我國與外國公司的合資企業生產的。對于芯片行業來說,復雜龐大的產業鏈決定了全球化的必然性。任何一個國家都不可能憑借一己之力生產出一款芯片,更何況隨著芯片的應用領域越來越多,類型越來越復雜,想要依靠一個國家的力量實現半導體的自給自足,可以說難上加難。從這一角度來講,國內的芯片行業依舊應該保持開放心態,在某些領域發力,而不是做全而淺的努力。


其次,大飛機的國產化離不開校企合作。東華大學參加大飛機材料研發的團隊曾經表示,在攻克難題的階段,中國商飛與課題組實現了高效的合作。中國商飛并沒有使用簽約的方式,而是通過派遣技術設計人員駐扎在課題組,校企兩方一起搞研發。這種校企合作的模式,也是芯片行業可以參考的。當下,芯片行業技術領域校企合作越來越受重視,探索出高效的合作模式也是芯片產業和高校方都在倡導的。


國產大飛機歷時16年的研發證明了堅持的力量,雖然芯片行業面前依舊有重重考驗,但耐心與堅守會給出答案。

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2#
發表于 2023-6-10 14:11:26 | 只看該作者
自力更生,奮發圖強。

點評

你支持提高生育率嗎,你支持躺平嗎。別告訴我你們這些所謂的支持,都是希望別人去做,自己做看客。  發表于 2023-6-10 16:17
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3#
發表于 2023-6-10 16:47:42 | 只看該作者
還是機械牛,機械好歹有中航集團做的,電氣全特么外購的。控制系統呢?咋沒了?哪家做的?不會控制系統也是外購的吧,那就特么精彩了
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4#
發表于 2023-6-10 21:35:48 | 只看該作者
譬如朝露 發表于 2023-6-10 16:47
還是機械牛,機械好歹有中航集團做的,電氣全特么外購的。控制系統呢?咋沒了?哪家做的?不會控制系統也是 ...

這還用問?控制系統必須外購的啊
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