【论数据中心微模块测试技术】
1、引言
随着移动互联网、大数据、云计算、物联网等新兴技术的兴起，全球数据中心数量持续增长，并呈现出高功率密度和高能耗的发展趋势。近年来，我国超大型数据中心的建设速度也逐渐加快，部署机架数量大幅增长。为了缩短数据中心建设周期，减少初期投入成本，数据中心微模块（以下简称微模块）成为了互联网行业、通信行业及其他行业的数据中心的最佳选择。与此同时，随着5G和工业互联网等实际应用规模不断扩大，边缘数据中心和小型数据中心的数量呈现出倍增的趋势。而在上述边缘数据中心和小型数据中心中，微模块也成为了标准化、绿色化建设的不可缺少的组成部分。
2、数据中心微模块概念
基于行业诉求，目前国内各大供应商均在着手研发数据中心微模块。它虽然是小型的机房，但随着其标准化步伐的加快，目前已成为了新型产品。那么，什么是微模块产品？该产品不同于传统意义上的产品，它选择性地包含了数据中心的供配电设备、制冷设备、监控部分、储能设备等机房内的各类基础设施。在行业标准YD/T 3004-2016《模块化通信机房技术要求》标准中定义通信机房（含数据中心）微模块是指由机柜系统、配电系统、监控系统、供电系统（可选）、制冷末端（可选）、综合布线系统、安防系统等组成的具有标准的功能定义和输入输出接口，能够完成单项或多项业务的功能单元。从该定义中，可以看出微模块是一个完成多项业务的功能单元，其构成较为复杂。在行业标准YD/T3290-2017《一体化微型模块化数据中心技术要求》中定义的微模块是由一定数量的两列背对背或面对面的IT机柜以及不间断电源、近端冷却设备等通过封闭通道而形成的小型机柜集群。通过封闭两列IT机柜间的冷或热通道，形成与大机房和其他集群相对隔离的物理环境。根据机柜内设备情况设计独立的电气、制冷、安防、监控、布线甚至消防系统，用户仅需要提供外部市电、网络和必要的冷源即可使数据中心投入运营。微模块内各子系统、组件均可在工厂进行预制、调试，现场快速组装后即可投入使用。多个微模块之间极少或者没有物理关联，用户可按需建设，实现将一个大规模数据中心模块化分步部署。此描述较清晰具体，并对提前预制、调试等情况均提出了要求。
图中的虚线部分可依据数据中心规模和微模块的具体部署而灵活配置。例如，很多大型数据中心基础设施中会具有高压机组、高压配电及变压器等设备，而小型数据中心中很可能会不包含此部分。另外，微模块中的空调末端设备，可以采用列间空调，根据冷量需要布置于服务器机柜中间采用水平送风；也可以采用传统机房专用空调，布置于列的两端采用下送风方式进行制冷。
3、数据中心微模块测试技术
微模块作为一个产品，可以从其整体、电气子系统、制冷子系统、监控子系统、通道组件和安全性能等几大部分进行测试验证，若详细进行验证参数有数十余条。由于篇幅有限，微模块重要参数的测试方法及具体案例简要分析如下：
3.1 整体性能测试技术
在整体性能中包括了输入特性、能效PUE、温度场均匀性等参数。
（1）输入电压与频率范围测试
若将微模块当作黑盒来看，其在一定输入电压范围及输入频率范围之内应正常工作。对于配备交流UPS或高压直流模块的微模块，在上述电源设备以额定负荷运行的条件下，使用净化电源等输入电源设备调节其电压至被测模块所允许的电压上限值和下限值，检查在此范围之内微模块内的ICT设备或模拟负载是否能够正常稳定运行。频率范围测试方法与电压范围测试方法非常类似，调节净化电源频率参数即可。对于供电设备在微模块外部的情况，即微模块内部只包含配电设备，同样调节输入参数，检查包括ICT在内的微模块各设备是否能够运行正常。
（2）能效（PUE）测试方法
微模块的PUE测试方法较其他参数测试复杂，对于采用风冷空调系统的微模块该参数的测试涉及负载率的变化以及室外温度的变化。由于负载变化直接影响微模块内的电源及配电产品效率，而室外环境温度的变化直接影响到空调系统的能效，因此，严格意义上该参数只能在焓差实验室内进行测试，并且应具备可调负载，均匀分布在微模块里ICT机架内。按照笔者经验，宜采用25%、50%、75%和100%负载率和室外环境温度-5℃、10℃、15℃、25℃和35℃的不同组合进行测试。具体试验过程为：在输入条件为额定电压条件下，连接好负载（即将模拟负载插入IT机柜内），并在模拟负载的适当位置布置温度传感器。温度传感器应均匀布置在每个机柜上中下或者上下位置。但必须注意的是，尽量在具体运行的设备进风口处或者模拟负载处进行测试才具有温度的代表性。针对某样品进行PUE测试的图如图2-1至图2-4所示。该微模块通过实时监测负荷状态，动态调整供电系统的工作模式（如开启休眠功能）以及制冷系统的工作模式（如开启轮巡工作），达到数据中心整体能效优化和总体能耗降低的目标。试验案例中对动态节能PUE参数和关闭节能模式时的传统PUE参数进行了比较，由试验结果图看出，在不同的负载率下节能效果均明显。
值得注意的是，若无焓差实验室的条件，只能在现场测试时，应重点考虑室外环境温度的变化情况是否满足验证的要求。同时，对于水冷空调系统，要检查室外冷源部分是否由单独的配电柜进行供电，从而直接能够测量室外冷源部分的能耗。若在大型数据中心等室外冷源部分是集中配置冷水机组和水泵时，无法直接测试微模块所对应的室外冷源功耗，测试结果中应写明测试条件。
（3）温度场均匀性测试
温度场均匀性对ICT设备的稳定运行有着非常重要的作用，是安全、稳定、可靠运行的重要保障。微模块内的温度场均匀性测试计算方式有两种。第一种方法为依据所有传感器的温度数值计算出平均值T，再找出温度最大值和最小值，依据如下公式计算出温度场均匀度(µ1～µ2)。
式中Ta为温度最高值，Tb为温度最低值；
另一种计算方法为首先测得每个机柜的进风温度的平均值T1、T2……Tn。再套用公式（1）得出温度场的均匀度。
上述两种方法对比而言，第一种方法计算出的均匀性会差，因为整个温度场中的最高温度和最低温度的相差会大。而第二种方法在每个机柜处都已经计算出了机柜进风口的平均温度，所以套用同样的公式（1）时，得到的均匀性数据范围会小很多。
3.2 供电子系统测试
（1）供电架构检查
微模块各回路供电应考虑冗余，可采用1+1冗余或N+1冗余方式。依据保障等级可选择空调系统是否由交流UPS或高压直流供电。检查供电架构和回路结构时测试人员应从供电接口输入端开始把相关回路走线检查到末端，清晰辨认回路的总体铺设情况以及冗余情况，同时检查线缆标识是否准确无误，是否清晰可见。
（2）电池后备保障时间测试
首先使被测微模块以设计的额定功率运行。应注意此功率不是微模块内电源系统的额定容量，也不是机架额定容量的总和。由于考虑到冗余，不会把所有机架都按照额定容量插满负载，因此验证微模块正常工作时的最大容量（即设计额定容量）进行放电时，测试后备电池所能支撑的时间。电池截止电压应依据相关电池的行业标准截止电压进行。按照笔者测试经验，考虑到数据中心的安全性保障，配备的蓄电池容量应能够维持产品以满功率运行不少于15分钟。
（3）电池管理功能测试
微模块的供电子系统对电池组良好的管理功能对后备电池的使用寿命具有非常大的影响。因此管理系统应具备电池单体电压、内阻、极柱温度、电流、SOC/SOH监测功能以及蓄电池均充充电及浮充充电状态进行手动或自动转换功能。对蓄电池进行充电时，蓄电池管理部分应能限流充电，并且限流值能根据需要进行调整。此外，管理部分也应能根据蓄电池环境温度，对系统的输出电压进行温度补偿或保护。
3.3 空调子系统测试
对于空调系统，首先检查是否具有空调排水故障检测和溢水停机保护两级告警功能，是否具备冷媒泄露检测，并且是否在管理系统上显示相关的告警信息。对具有节能功能的空调系统，应验证其空调系统的休眠和轮巡功能。具体方法是，调整模块内IT负荷的负载率至50%以下，检查空调机组是否部分进入休眠状态，验证其是否具备自动轮巡和手动轮巡功能。关闭其中一台或几台空调，模拟空调机组故障，检查休眠空调设备是否能够自动启动。此外，模拟微模块内部出现高温故障，检查备机是否自动进入运行状态，并测试上述状态下，整个温度场的均匀度是否满足相关要求。
3.4 监控子系统测试
就目前的监控管理系统总体水平而言，大部分微模块具备了整体布局、各链路和部分（具体包括供电链路、制冷链路、冷量视图、温度云图等）显示功能，能耗管理功能、资产管理功能等。也可依据客户不同需求，设置更多的可视化的和支持各类终端接入的功能。测试人员应逐一检查相关的链路和显示是否与微模块实际配置保持一致。同时，采用高精度的仪表对电压、电流等参数进行测量，并检验监控系统所采集数据的相对误差是否符合要求。
此外，告警与保护是监控系统保障整个微模块安全可靠运行的重要部分。在发生开关断开、输入过/欠压、机柜过载，局部过温、有烟雾、水浸和湿度过高等异常情况时，模块应能够产生相应的告警，并作出对应的保护动作。检测人员应通过人工手段逐一模拟上述各类异常情况并检查验证是否产生了相应告警信息和保护动作。此外，随着数据中心基础设施与新兴ICT技术的深度融合，目前，较先进的微模块也具备了基于人工智能技术的根源告警自动定位功能。通过智能化的手段，能够准确定位故障源并呈现给维护人员，将根源告警衍生出来的其他告警信息隐藏在下级目录中，从而让维护人员第一时间处理根源故障，大大节省故障定位时间，保障数据中心安全稳定运行。
3.5 安全性能测试技术
（1）消防安全功能测试
首先应检查系统的天窗控制器设备是否正常接入，且外部消防信号联动、内部烟感联动、远程控制开窗、空调故障联动功能是否均正常。在此基础上，触发告警信号，检查天窗是否自动打开以及启动灭火功能。
（2）承压测试
承压测试的目的是检查在发生火灾等情况下消防柜进行喷射时微模块是否发生任何异常。测试时首先关闭微模块门窗、洞口等，并采用手动启动灭火控制模式，通过控制器使消防设备柜同时进行喷放，此时检查消防联动是否关闭了通风系统并打开顶上翻转天窗。消防柜喷放后，检查微模块外壳是否有变形、损坏，泄压阀是否自动开启，通风系统是否自动开启等。
（3）接地性能测试
微模块内的电源设备、配电设备和空调设备等均需要保证接地良好，因此微模块内部具有较多的接地端子。该测试中的接地性能指的是微模块作为一个整体，是否具备完善的接地系统，检查接地排布置是否合理，是否形成闭合环接地汇流母排，并测量微模块平台总接地点对地的接地电阻值。
（4）防护等级测试
该测试主要是在实验室条件下进行防护等级试验，可依据GB 4208中规定的相关IP等级进行测试，具体见表1、表2和表3所示，本文不做赘述。
4、总结
本文重点解析数据中心微模块的测试方法，包括整体测试方法以及各子系统的测试方法和安全性能测试方法，希望对相关研发技术人员、标准化研究人员以及相关的运维人员提供支撑和帮助。■
参考文献：
[1] YD/T 3004-2016《模块化通信机房技术要求》;
[2] YD/T3290-2017《一体化微型模块化数据中心技术要求》;
[3] 齐曙光，黄娟英《智慧化与标准化助力数据中心安全绿色发展》，《UPS应用》，2019年第10期
原文刊载于《互联网天地》2020年5期，作者：齐曙光、王长山、李尚，单位：中国信息通信研究院泰尔系统实验室能源与环境测评部
投稿邮箱：bjb@isc.org.cn
封面垂询：010-68209027
1、引言
随着移动互联网、大数据、云计算、物联网等新兴技术的兴起，全球数据中心数量持续增长，并呈现出高功率密度和高能耗的发展趋势。近年来，我国超大型数据中心的建设速度也逐渐加快，部署机架数量大幅增长。为了缩短数据中心建设周期，减少初期投入成本，数据中心微模块（以下简称微模块）成为了互联网行业、通信行业及其他行业的数据中心的最佳选择。与此同时，随着5G和工业互联网等实际应用规模不断扩大，边缘数据中心和小型数据中心的数量呈现出倍增的趋势。而在上述边缘数据中心和小型数据中心中，微模块也成为了标准化、绿色化建设的不可缺少的组成部分。
2、数据中心微模块概念
基于行业诉求，目前国内各大供应商均在着手研发数据中心微模块。它虽然是小型的机房，但随着其标准化步伐的加快，目前已成为了新型产品。那么，什么是微模块产品？该产品不同于传统意义上的产品，它选择性地包含了数据中心的供配电设备、制冷设备、监控部分、储能设备等机房内的各类基础设施。在行业标准YD/T 3004-2016《模块化通信机房技术要求》标准中定义通信机房（含数据中心）微模块是指由机柜系统、配电系统、监控系统、供电系统（可选）、制冷末端（可选）、综合布线系统、安防系统等组成的具有标准的功能定义和输入输出接口，能够完成单项或多项业务的功能单元。从该定义中，可以看出微模块是一个完成多项业务的功能单元，其构成较为复杂。在行业标准YD/T3290-2017《一体化微型模块化数据中心技术要求》中定义的微模块是由一定数量的两列背对背或面对面的IT机柜以及不间断电源、近端冷却设备等通过封闭通道而形成的小型机柜集群。通过封闭两列IT机柜间的冷或热通道，形成与大机房和其他集群相对隔离的物理环境。根据机柜内设备情况设计独立的电气、制冷、安防、监控、布线甚至消防系统，用户仅需要提供外部市电、网络和必要的冷源即可使数据中心投入运营。微模块内各子系统、组件均可在工厂进行预制、调试，现场快速组装后即可投入使用。多个微模块之间极少或者没有物理关联，用户可按需建设，实现将一个大规模数据中心模块化分步部署。此描述较清晰具体，并对提前预制、调试等情况均提出了要求。
图中的虚线部分可依据数据中心规模和微模块的具体部署而灵活配置。例如，很多大型数据中心基础设施中会具有高压机组、高压配电及变压器等设备，而小型数据中心中很可能会不包含此部分。另外，微模块中的空调末端设备，可以采用列间空调，根据冷量需要布置于服务器机柜中间采用水平送风；也可以采用传统机房专用空调，布置于列的两端采用下送风方式进行制冷。
3、数据中心微模块测试技术
微模块作为一个产品，可以从其整体、电气子系统、制冷子系统、监控子系统、通道组件和安全性能等几大部分进行测试验证，若详细进行验证参数有数十余条。由于篇幅有限，微模块重要参数的测试方法及具体案例简要分析如下：
3.1 整体性能测试技术
在整体性能中包括了输入特性、能效PUE、温度场均匀性等参数。
（1）输入电压与频率范围测试
若将微模块当作黑盒来看，其在一定输入电压范围及输入频率范围之内应正常工作。对于配备交流UPS或高压直流模块的微模块，在上述电源设备以额定负荷运行的条件下，使用净化电源等输入电源设备调节其电压至被测模块所允许的电压上限值和下限值，检查在此范围之内微模块内的ICT设备或模拟负载是否能够正常稳定运行。频率范围测试方法与电压范围测试方法非常类似，调节净化电源频率参数即可。对于供电设备在微模块外部的情况，即微模块内部只包含配电设备，同样调节输入参数，检查包括ICT在内的微模块各设备是否能够运行正常。
（2）能效（PUE）测试方法
微模块的PUE测试方法较其他参数测试复杂，对于采用风冷空调系统的微模块该参数的测试涉及负载率的变化以及室外温度的变化。由于负载变化直接影响微模块内的电源及配电产品效率，而室外环境温度的变化直接影响到空调系统的能效，因此，严格意义上该参数只能在焓差实验室内进行测试，并且应具备可调负载，均匀分布在微模块里ICT机架内。按照笔者经验，宜采用25%、50%、75%和100%负载率和室外环境温度-5℃、10℃、15℃、25℃和35℃的不同组合进行测试。具体试验过程为：在输入条件为额定电压条件下，连接好负载（即将模拟负载插入IT机柜内），并在模拟负载的适当位置布置温度传感器。温度传感器应均匀布置在每个机柜上中下或者上下位置。但必须注意的是，尽量在具体运行的设备进风口处或者模拟负载处进行测试才具有温度的代表性。针对某样品进行PUE测试的图如图2-1至图2-4所示。该微模块通过实时监测负荷状态，动态调整供电系统的工作模式（如开启休眠功能）以及制冷系统的工作模式（如开启轮巡工作），达到数据中心整体能效优化和总体能耗降低的目标。试验案例中对动态节能PUE参数和关闭节能模式时的传统PUE参数进行了比较，由试验结果图看出，在不同的负载率下节能效果均明显。
值得注意的是，若无焓差实验室的条件，只能在现场测试时，应重点考虑室外环境温度的变化情况是否满足验证的要求。同时，对于水冷空调系统，要检查室外冷源部分是否由单独的配电柜进行供电，从而直接能够测量室外冷源部分的能耗。若在大型数据中心等室外冷源部分是集中配置冷水机组和水泵时，无法直接测试微模块所对应的室外冷源功耗，测试结果中应写明测试条件。
（3）温度场均匀性测试
温度场均匀性对ICT设备的稳定运行有着非常重要的作用，是安全、稳定、可靠运行的重要保障。微模块内的温度场均匀性测试计算方式有两种。第一种方法为依据所有传感器的温度数值计算出平均值T，再找出温度最大值和最小值，依据如下公式计算出温度场均匀度(µ1～µ2)。
式中Ta为温度最高值，Tb为温度最低值；
另一种计算方法为首先测得每个机柜的进风温度的平均值T1、T2……Tn。再套用公式（1）得出温度场的均匀度。
上述两种方法对比而言，第一种方法计算出的均匀性会差，因为整个温度场中的最高温度和最低温度的相差会大。而第二种方法在每个机柜处都已经计算出了机柜进风口的平均温度，所以套用同样的公式（1）时，得到的均匀性数据范围会小很多。
3.2 供电子系统测试
（1）供电架构检查
微模块各回路供电应考虑冗余，可采用1+1冗余或N+1冗余方式。依据保障等级可选择空调系统是否由交流UPS或高压直流供电。检查供电架构和回路结构时测试人员应从供电接口输入端开始把相关回路走线检查到末端，清晰辨认回路的总体铺设情况以及冗余情况，同时检查线缆标识是否准确无误，是否清晰可见。
（2）电池后备保障时间测试
首先使被测微模块以设计的额定功率运行。应注意此功率不是微模块内电源系统的额定容量，也不是机架额定容量的总和。由于考虑到冗余，不会把所有机架都按照额定容量插满负载，因此验证微模块正常工作时的最大容量（即设计额定容量）进行放电时，测试后备电池所能支撑的时间。电池截止电压应依据相关电池的行业标准截止电压进行。按照笔者测试经验，考虑到数据中心的安全性保障，配备的蓄电池容量应能够维持产品以满功率运行不少于15分钟。
（3）电池管理功能测试
微模块的供电子系统对电池组良好的管理功能对后备电池的使用寿命具有非常大的影响。因此管理系统应具备电池单体电压、内阻、极柱温度、电流、SOC/SOH监测功能以及蓄电池均充充电及浮充充电状态进行手动或自动转换功能。对蓄电池进行充电时，蓄电池管理部分应能限流充电，并且限流值能根据需要进行调整。此外，管理部分也应能根据蓄电池环境温度，对系统的输出电压进行温度补偿或保护。
3.3 空调子系统测试
对于空调系统，首先检查是否具有空调排水故障检测和溢水停机保护两级告警功能，是否具备冷媒泄露检测，并且是否在管理系统上显示相关的告警信息。对具有节能功能的空调系统，应验证其空调系统的休眠和轮巡功能。具体方法是，调整模块内IT负荷的负载率至50%以下，检查空调机组是否部分进入休眠状态，验证其是否具备自动轮巡和手动轮巡功能。关闭其中一台或几台空调，模拟空调机组故障，检查休眠空调设备是否能够自动启动。此外，模拟微模块内部出现高温故障，检查备机是否自动进入运行状态，并测试上述状态下，整个温度场的均匀度是否满足相关要求。
3.4 监控子系统测试
就目前的监控管理系统总体水平而言，大部分微模块具备了整体布局、各链路和部分（具体包括供电链路、制冷链路、冷量视图、温度云图等）显示功能，能耗管理功能、资产管理功能等。也可依据客户不同需求，设置更多的可视化的和支持各类终端接入的功能。测试人员应逐一检查相关的链路和显示是否与微模块实际配置保持一致。同时，采用高精度的仪表对电压、电流等参数进行测量，并检验监控系统所采集数据的相对误差是否符合要求。
此外，告警与保护是监控系统保障整个微模块安全可靠运行的重要部分。在发生开关断开、输入过/欠压、机柜过载，局部过温、有烟雾、水浸和湿度过高等异常情况时，模块应能够产生相应的告警，并作出对应的保护动作。检测人员应通过人工手段逐一模拟上述各类异常情况并检查验证是否产生了相应告警信息和保护动作。此外，随着数据中心基础设施与新兴ICT技术的深度融合，目前，较先进的微模块也具备了基于人工智能技术的根源告警自动定位功能。通过智能化的手段，能够准确定位故障源并呈现给维护人员，将根源告警衍生出来的其他告警信息隐藏在下级目录中，从而让维护人员第一时间处理根源故障，大大节省故障定位时间，保障数据中心安全稳定运行。
3.5 安全性能测试技术
（1）消防安全功能测试
首先应检查系统的天窗控制器设备是否正常接入，且外部消防信号联动、内部烟感联动、远程控制开窗、空调故障联动功能是否均正常。在此基础上，触发告警信号，检查天窗是否自动打开以及启动灭火功能。
（2）承压测试
承压测试的目的是检查在发生火灾等情况下消防柜进行喷射时微模块是否发生任何异常。测试时首先关闭微模块门窗、洞口等，并采用手动启动灭火控制模式，通过控制器使消防设备柜同时进行喷放，此时检查消防联动是否关闭了通风系统并打开顶上翻转天窗。消防柜喷放后，检查微模块外壳是否有变形、损坏，泄压阀是否自动开启，通风系统是否自动开启等。
（3）接地性能测试
微模块内的电源设备、配电设备和空调设备等均需要保证接地良好，因此微模块内部具有较多的接地端子。该测试中的接地性能指的是微模块作为一个整体，是否具备完善的接地系统，检查接地排布置是否合理，是否形成闭合环接地汇流母排，并测量微模块平台总接地点对地的接地电阻值。
（4）防护等级测试
该测试主要是在实验室条件下进行防护等级试验，可依据GB 4208中规定的相关IP等级进行测试，具体见表1、表2和表3所示，本文不做赘述。
4、总结
本文重点解析数据中心微模块的测试方法，包括整体测试方法以及各子系统的测试方法和安全性能测试方法，希望对相关研发技术人员、标准化研究人员以及相关的运维人员提供支撑和帮助。■
参考文献：
[1] YD/T 3004-2016《模块化通信机房技术要求》;
[2] YD/T3290-2017《一体化微型模块化数据中心技术要求》;
[3] 齐曙光，黄娟英《智慧化与标准化助力数据中心安全绿色发展》，《UPS应用》，2019年第10期
原文刊载于《互联网天地》2020年5期，作者：齐曙光、王长山、李尚，单位：中国信息通信研究院泰尔系统实验室能源与环境测评部
投稿邮箱：bjb@isc.org.cn
封面垂询：010-68209027
八个关键点看懂5G无线基础设施的故障安全要求
如果您一直关注有关5G的新闻，您就会知道它可以显著提高带宽，最高可达10Gbps。此外，它还具有低于1ms的系统时延，与现有的网络相比，功耗大大降低。5G将在工业物联网、车辆间通信和互联边缘计算等领域实现大量新应用。除了高带宽和超低时延以外，这些应用还需要具备另外两个不太受关注的特性，即99.99x％的可靠性和24x7的全天候可用性。本文讨论了无线基础设施应用中NOR Flash 存储器的重要选择标准。
技术
为了在压缩的上市时间内响应不断变化的市场标准，现场可编程门阵列（FPGA）以及互补式片上系统（SoC）在各种无线基础设施应用中得到了广泛的应用。FPGA和SoC需要在每次系统启动时进行配置。FPGA和SoC可以通过各种类型的存储器进行配置，例如Flash、eMMC、非托管型NAND和SD卡。与NAND Flash（托管或非托管）和SD卡不同，NOR Flash存储器可在初始响应和启动时提供高可靠性，并具有低时延，同时能在市场上存活10年或更长时间。
此外，与浮栅技术相比，MirrorBit技术（每个存储单元存储两位）的进步支持更大的密度缩放。更高的密度可实现5G无线基础设施所需的单芯片1Gb和更高密度的NOR Flash产品。由于这些特性，NOR Flash存储器已广泛用于无线基础设施应用中，用来配置FPGA和SoC，从而快速可靠地启动这些设备。
密度
5G能够使用6GHz以下的频段和28GHz的频段。这些载波频率远高于典型的4G LTE频率。虽然随着频率的增加，较高的载波频率有可能支持更多的信道，但传播会变得更糟。在这些频率下，由于自由空气衰减且信号无法穿透固体，连接被限制在短程视线范围内。
因此，收发器将不得不依赖于诸如波束成形之类的技术。波束成形提供相长干涉以增强接收端的信号，但是单元格必须更紧密地连接在一起。MIMO天线及其射频前端是实现5G接入单元的关键。对于基站，天线可能是64x64阵列。64x64 MIMO将爆发前传（天线与数字前端之间的连接）带宽要求。与4G LTE数字单元中使用的相比，接入单元中使用的FPGA/SoC必须具有更多的逻辑元件（更高的密度）、更高的DSP能力和更多的收发器。这些需求的增加将导致更大的配置图像，需要更高密度的单片NOR Flash存储器，用于配置FPGA/SoC。对于5G接入单元，这种密度范围在512Mb到2Gb之间。
接口
FPGA和SoC可以通过两种不同的接口类型（并行和串行）来配置/启动闪存。虽然并行接口支持更快的读写时间，但接口需要太多的IO。例如，考虑将1Gb并行NOR Flash与FPGA接口连接，所需的IO数量为49。但随着密度的每次增加（2G、4G、8G等），引脚数量就增加1。
NOR Flash串行接口基于控制器上常见的SPI接口。其采用SPI（1位）、Dual-SPI（2位）、Quad-SPI或Q-SPI（4位）甚至Octal-SPI（8位）接口。工程师正在从并行接口迁移到串行接口，以进行新系统设计。串行接口同时减少存储器和SoC的引脚数量，缩小PCB，从而降低成本，缩小外形尺寸。Octal SPI和HyperBus接口现在可提供高达400MB/秒的性能，与并行接口相媲美。请注意，虽然最近发布的赛灵思Versal FPGA可支持Octal SPI和Q-SPI接口，但14nm及更高级别的FPGA/SoC仅支持Q-SPI接口。
电压
除了并行接口和串行接口以外，接口的电压需求也是一个重要的选择标准。如今，用于5G的FPGA/SoC将以最先进的工艺节点开发，将减少3V电压的I/O支持，以提高IC的可靠性和性能。市场上大多数闪存都是3V组件（这意味着它们需要在2.7V至3.6V的电压范围下工作）。而最新的FPGA/SoC需要1.8V NOR Flash组件（这些组件需要在1.7V至2.0V的电压范围下工作）。随着FPGA和其他控制器继续向更小的外形尺寸和电源电压迈进，现在，1.2V NOR Flash组件将逐渐可用。虽然大多数NOR Flash组件只需要一个电源电压，但1.2V组件需要两个不同的电源。一个用于核心，另一个用于IO（输入和输出的高低条件参考VIO定义）。将VIO与VCC分离可为系统设计师提供更大的灵活性，但需要额外的电源。
市场上几乎所有的1.2V NOR Flash存储器都针对消费类应用。与5G无线基础设施应用的需求相比，消费类应用本质上具有低密度，因此不适合在这些应用中配置FPGA。由于可用的密度选项和对FPGA中1.8V IO的广泛支持，1.8V NOR Flash存储器仍然是最适合配置各种FPGA或为无线基础设施应用启动SoC的NOR Flash。
额定温度与低功耗模式
无线基础设施设备，尤其是无线电和小型蜂窝等数字前端，通常安装在室外并面临极端环境条件的挑战。更糟糕的是，系统设计师在5G中使用的组件上安装散热器和风扇的能力可能有限。因此，设计师通常选择高于工业级温度（-40OC至+105OC）的NOR Flash组件，以承受恶劣的环境条件，以及在功耗方面提供额外的保护带，并确保在上述高温下启动和运行。
深度节能与待机模式
NOR Flash组件通常在FPGA/SoC配置周期之间是空闲的。某些NOR Flash组件上设有深度节能与待机模式，可以在配置完成后通过将NOR Flash组件置于低功耗状态来帮助降低功耗。
耐用性与数据保留
NOR Flash针对可靠性与性能进行了优化，而不是成本（与NAND Flash和SD卡等以消费者为导向的技术不同）。该技术使用相对较大的存储单元，可提供高耐用性与较长的数据保留。我们发现产品具有100K编程/擦除（P/E）周期的耐用性和长达10年的数据保留能力也不足为奇。请注意，通常人们不会担心此类应用的耐用性，因为Flash只能写入少量次数。如果我们只考虑将配置图像存储在Flash中，则情况确实如此。此外，一些设计师还使用Flash来高速缓存事务数据与系统错误日志。在这种使用场景下，系统日志每隔几分钟就会在Flash中更新一次。因此，8到10年寿命期间的P/E周期总数可超过最大耐用性规格而无损耗平衡。
市场上的新产品通过提供高达1M P/E周期的耐用性或25年的数据保留选择，使工程师能够为耐用性和数据保留之间的平衡进行优化。这些更高可靠性的产品有时会带有详细的故障模式影响分析，可帮助设计师设计系统，以满足或超越5G规格的超高可靠性和可用性要求。例如，赛普拉斯提供多种功能安全文档，包括设备安全手册和详细的安全分析报告，其中记录了产品安全架构和假设使用情况、汇总FIT率、FMEDA结果、完整的安全分析直至封锁电平、安全机制和诊断范围（参见面向汽车与功能安全的NOR Flash）。
安全功能
最近有一份针对全球电信公司的长期大规模攻击的新闻报道。安全研究公司Cybereason称，攻击者在这次袭击中泄露了调用数据记录，但是他们已经控制了网络，甚至可以将其关闭。由于类似这样的事件，人们越来越关注无线基础设施设备的保护。保障这些系统安全的最简单的方式是通过部署安全启动和访问控制流程来保护配置图像/启动代码。为了对保护嵌入式系统日益增长的兴趣做出响应，NOR Flash供应商已经开始开发具有内置安全功能的产品，例如基于公钥基础设施的身份验证和访问控制以及安全启动。这些功能可以添加额外的措施，以确保专有IP的安全性，防止对配置图像/启动代码进行篡改，并确保网络持续可用。
在存储FPGA配置图像和SoC启动代码方面，NOR Flash比NAND和SD卡更受欢迎。5G无线基础设施应用需要1Gb或更高密度，1.8V Q-SPI或Octal SPI，高于工业级温度的NOR Flash来配置或启动系统中使用的FPGA和/或SoC。随着设计师开始研究5G无线基础设施产品，人们越来越关注故障安全操作，以满足电子健康、工业物联网（IIoT）和自动驾驶汽车等应用的需求。闪存供应商现在开始推出提供功能安全和安全启动机制的产品。这些功能使设计师能够将系统级安全与安全功能的一些处理工作卸载到存储器中。此外，可用的附属品有助于实现这些功能并缩短产品上市时间。最终，选择合适的存储器将有助于确保产品的成功。
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上海沐睿科技服务有限公司是一家创新型的汽车工程技术服务公司，具备Reach、VOC、ELV环保法规评估一站式解决方案，为客户提供从初步想法到最终产品的全程支持，包括：项目的确定、设计、开发，直到材料、组件和系统的测试。此外，还包括项目管理和人员调配等服务。近十年来，整合汽车行业咨询，从车身、底盘、电子电器、智能化、动力系统、内外饰、环保法规等多方面纵向数据积累，并成功通过以品质创新，加强技术合作，孵化多家二方及三方实验室能力提升，与学术界和政府多方面协作的创新中心，促进自主创新和开放合作。
如果您一直关注有关5G的新闻，您就会知道它可以显著提高带宽，最高可达10Gbps。此外，它还具有低于1ms的系统时延，与现有的网络相比，功耗大大降低。5G将在工业物联网、车辆间通信和互联边缘计算等领域实现大量新应用。除了高带宽和超低时延以外，这些应用还需要具备另外两个不太受关注的特性，即99.99x％的可靠性和24x7的全天候可用性。本文讨论了无线基础设施应用中NOR Flash 存储器的重要选择标准。
技术
为了在压缩的上市时间内响应不断变化的市场标准，现场可编程门阵列（FPGA）以及互补式片上系统（SoC）在各种无线基础设施应用中得到了广泛的应用。FPGA和SoC需要在每次系统启动时进行配置。FPGA和SoC可以通过各种类型的存储器进行配置，例如Flash、eMMC、非托管型NAND和SD卡。与NAND Flash（托管或非托管）和SD卡不同，NOR Flash存储器可在初始响应和启动时提供高可靠性，并具有低时延，同时能在市场上存活10年或更长时间。
此外，与浮栅技术相比，MirrorBit技术（每个存储单元存储两位）的进步支持更大的密度缩放。更高的密度可实现5G无线基础设施所需的单芯片1Gb和更高密度的NOR Flash产品。由于这些特性，NOR Flash存储器已广泛用于无线基础设施应用中，用来配置FPGA和SoC，从而快速可靠地启动这些设备。
密度
5G能够使用6GHz以下的频段和28GHz的频段。这些载波频率远高于典型的4G LTE频率。虽然随着频率的增加，较高的载波频率有可能支持更多的信道，但传播会变得更糟。在这些频率下，由于自由空气衰减且信号无法穿透固体，连接被限制在短程视线范围内。
因此，收发器将不得不依赖于诸如波束成形之类的技术。波束成形提供相长干涉以增强接收端的信号，但是单元格必须更紧密地连接在一起。MIMO天线及其射频前端是实现5G接入单元的关键。对于基站，天线可能是64x64阵列。64x64 MIMO将爆发前传（天线与数字前端之间的连接）带宽要求。与4G LTE数字单元中使用的相比，接入单元中使用的FPGA/SoC必须具有更多的逻辑元件（更高的密度）、更高的DSP能力和更多的收发器。这些需求的增加将导致更大的配置图像，需要更高密度的单片NOR Flash存储器，用于配置FPGA/SoC。对于5G接入单元，这种密度范围在512Mb到2Gb之间。
接口
FPGA和SoC可以通过两种不同的接口类型（并行和串行）来配置/启动闪存。虽然并行接口支持更快的读写时间，但接口需要太多的IO。例如，考虑将1Gb并行NOR Flash与FPGA接口连接，所需的IO数量为49。但随着密度的每次增加（2G、4G、8G等），引脚数量就增加1。
NOR Flash串行接口基于控制器上常见的SPI接口。其采用SPI（1位）、Dual-SPI（2位）、Quad-SPI或Q-SPI（4位）甚至Octal-SPI（8位）接口。工程师正在从并行接口迁移到串行接口，以进行新系统设计。串行接口同时减少存储器和SoC的引脚数量，缩小PCB，从而降低成本，缩小外形尺寸。Octal SPI和HyperBus接口现在可提供高达400MB/秒的性能，与并行接口相媲美。请注意，虽然最近发布的赛灵思Versal FPGA可支持Octal SPI和Q-SPI接口，但14nm及更高级别的FPGA/SoC仅支持Q-SPI接口。
电压
除了并行接口和串行接口以外，接口的电压需求也是一个重要的选择标准。如今，用于5G的FPGA/SoC将以最先进的工艺节点开发，将减少3V电压的I/O支持，以提高IC的可靠性和性能。市场上大多数闪存都是3V组件（这意味着它们需要在2.7V至3.6V的电压范围下工作）。而最新的FPGA/SoC需要1.8V NOR Flash组件（这些组件需要在1.7V至2.0V的电压范围下工作）。随着FPGA和其他控制器继续向更小的外形尺寸和电源电压迈进，现在，1.2V NOR Flash组件将逐渐可用。虽然大多数NOR Flash组件只需要一个电源电压，但1.2V组件需要两个不同的电源。一个用于核心，另一个用于IO（输入和输出的高低条件参考VIO定义）。将VIO与VCC分离可为系统设计师提供更大的灵活性，但需要额外的电源。
市场上几乎所有的1.2V NOR Flash存储器都针对消费类应用。与5G无线基础设施应用的需求相比，消费类应用本质上具有低密度，因此不适合在这些应用中配置FPGA。由于可用的密度选项和对FPGA中1.8V IO的广泛支持，1.8V NOR Flash存储器仍然是最适合配置各种FPGA或为无线基础设施应用启动SoC的NOR Flash。
额定温度与低功耗模式
无线基础设施设备，尤其是无线电和小型蜂窝等数字前端，通常安装在室外并面临极端环境条件的挑战。更糟糕的是，系统设计师在5G中使用的组件上安装散热器和风扇的能力可能有限。因此，设计师通常选择高于工业级温度（-40OC至+105OC）的NOR Flash组件，以承受恶劣的环境条件，以及在功耗方面提供额外的保护带，并确保在上述高温下启动和运行。
深度节能与待机模式
NOR Flash组件通常在FPGA/SoC配置周期之间是空闲的。某些NOR Flash组件上设有深度节能与待机模式，可以在配置完成后通过将NOR Flash组件置于低功耗状态来帮助降低功耗。
耐用性与数据保留
NOR Flash针对可靠性与性能进行了优化，而不是成本（与NAND Flash和SD卡等以消费者为导向的技术不同）。该技术使用相对较大的存储单元，可提供高耐用性与较长的数据保留。我们发现产品具有100K编程/擦除（P/E）周期的耐用性和长达10年的数据保留能力也不足为奇。请注意，通常人们不会担心此类应用的耐用性，因为Flash只能写入少量次数。如果我们只考虑将配置图像存储在Flash中，则情况确实如此。此外，一些设计师还使用Flash来高速缓存事务数据与系统错误日志。在这种使用场景下，系统日志每隔几分钟就会在Flash中更新一次。因此，8到10年寿命期间的P/E周期总数可超过最大耐用性规格而无损耗平衡。
市场上的新产品通过提供高达1M P/E周期的耐用性或25年的数据保留选择，使工程师能够为耐用性和数据保留之间的平衡进行优化。这些更高可靠性的产品有时会带有详细的故障模式影响分析，可帮助设计师设计系统，以满足或超越5G规格的超高可靠性和可用性要求。例如，赛普拉斯提供多种功能安全文档，包括设备安全手册和详细的安全分析报告，其中记录了产品安全架构和假设使用情况、汇总FIT率、FMEDA结果、完整的安全分析直至封锁电平、安全机制和诊断范围（参见面向汽车与功能安全的NOR Flash）。
安全功能
最近有一份针对全球电信公司的长期大规模攻击的新闻报道。安全研究公司Cybereason称，攻击者在这次袭击中泄露了调用数据记录，但是他们已经控制了网络，甚至可以将其关闭。由于类似这样的事件，人们越来越关注无线基础设施设备的保护。保障这些系统安全的最简单的方式是通过部署安全启动和访问控制流程来保护配置图像/启动代码。为了对保护嵌入式系统日益增长的兴趣做出响应，NOR Flash供应商已经开始开发具有内置安全功能的产品，例如基于公钥基础设施的身份验证和访问控制以及安全启动。这些功能可以添加额外的措施，以确保专有IP的安全性，防止对配置图像/启动代码进行篡改，并确保网络持续可用。
在存储FPGA配置图像和SoC启动代码方面，NOR Flash比NAND和SD卡更受欢迎。5G无线基础设施应用需要1Gb或更高密度，1.8V Q-SPI或Octal SPI，高于工业级温度的NOR Flash来配置或启动系统中使用的FPGA和/或SoC。随着设计师开始研究5G无线基础设施产品，人们越来越关注故障安全操作，以满足电子健康、工业物联网（IIoT）和自动驾驶汽车等应用的需求。闪存供应商现在开始推出提供功能安全和安全启动机制的产品。这些功能使设计师能够将系统级安全与安全功能的一些处理工作卸载到存储器中。此外，可用的附属品有助于实现这些功能并缩短产品上市时间。最终，选择合适的存储器将有助于确保产品的成功。
汽车质量家：www.autoqa.cn
上海沐睿科技服务有限公司是一家创新型的汽车工程技术服务公司，具备Reach、VOC、ELV环保法规评估一站式解决方案，为客户提供从初步想法到最终产品的全程支持，包括：项目的确定、设计、开发，直到材料、组件和系统的测试。此外，还包括项目管理和人员调配等服务。近十年来，整合汽车行业咨询，从车身、底盘、电子电器、智能化、动力系统、内外饰、环保法规等多方面纵向数据积累，并成功通过以品质创新，加强技术合作，孵化多家二方及三方实验室能力提升，与学术界和政府多方面协作的创新中心，促进自主创新和开放合作。
财政部预警供应链断裂风险 新能源汽车加速去“空心化”
尽管中国的新能源汽车已经是全球销量第一，但风险依然存在。这种风险除了众人皆知的整车平台的研发突破能力外，潜伏在供应链上的危机也随着新能源汽车销量的增加而浮出水面。
“目前国内新能源汽车的电机控制器等关键部件高度依赖进口，在经济逆全球化的趋势下有供应链断裂的可能。”8月30日，财政部经济建设司一级巡视员宋秋玲在某论坛上言辞犀利地指出。供应链断裂、核心零部件受制约，这是在中美贸易摩擦中通信等行业遭遇的现实困境，并一度使得多家企业面临灭顶之灾。
财政部在这个时候预警该风险的目的和指向性也十分明显。新能源汽车是我国重要的战略行业，但自新能源汽车开始发展以来，在核心部件上严重依赖进口，整个行业出现空心化现象，只不过这种隐忧被连年的销量高速增长所掩盖了。此前国家信息中心的数据显示，国内新能源汽车对国外电池、电机、电控等部件的依赖度均非常高。近几年，随着宁德时代等国内企业的发展，电池的进口依赖程度有所缓解，但在电驱和电控方面仍居高不下。
“目前新能源汽车三电中，对进口依赖度较高的是电控芯片IGBT器件，进口比例达到90%以上。”一位新造车企业的管理人员对经济观察报记者表示。IGBT是电控核心模块，负责控制能源的变换和传输。因此有观点认为，在全球经济贸易摩擦不断的情况下，一旦核心部件的进口被限制，国内新能源产业将面临被“卡脖子”的风险。
但也有业内人士表示对供应链的稳定性不必太过担忧。“国内芯片IGBT等主要供应商在欧洲，电池钴元素则主要来自刚果，目前看风险都不是很大。当然，最好是所有的核心技术都掌握在自己的手中，但这需要时间。”汽车行业资深分析师梅松林对经济观察报记者表示。目前，中国汽车也有自主研发的IGBT产品，但成规模仍需要时间。
“卡脖子”风险空前
从新能源汽车发展来看，我国技术发展十分迅速，但在核心的三大件上，仍存在明显的短板。如果说变速箱是燃油车进口依赖度最高的核心零部件，那么新能源汽车依赖度最高的则是上文提到的电控芯片IGBT（绝缘栅双极型晶体管）。业内人士透露，由于IGBT对各项性能指标的精度和可靠性要求极高，国内少有厂商研发生产，目前德国英飞凌包揽了几乎所有电动车的IGBT。
据了解，目前业内IGBT的正常供货周期已经达到8-12周，最长达到52周。资料显示，纯电动车一般需要500个IGBT模块，其成本占整个控制器成本的40-50%，占新能源整车成本的10%。
电池方面，我国动力电池行业中正极、负极、电解液和隔膜四大主材基本上摆脱了对进口产品的依赖，但部分供应商尚未掌握电解液配方，粘结剂、导电剂等电池辅料进口比例较高；国产铝塑膜可靠性还没有达到验证周期。
在动力电池领域影响较大的事件，是2015年前后国内新能源汽车因大量搭载日韩电池而带来的风险，长安汽车、上汽等车企曾因外资电池产能不足而不得不减产，但在供应商产能调整后很快得到恢复。业内人士认为，前些年的新能源汽车产业供应链相对来说还算稳定，这可能与国内新能源汽车的保有量较小，且国际贸易局势较为稳定有关。
数据显示，2011年中国的新能源汽车销量不足万辆，到2015年才突破30万辆。但销量的增长速度很快，去年已经达到产销百万量级，对核心部件的需求量也进一步加大，相应地，零部件产业链上的风险开始随之增加。
另一方面，国际贸易形势变化为新能源汽车的供应链稳定增添了更多的不确定性。自2016年英国脱欧以来，各国贸易保护主义抬头，对关键零部件的进口限制在一定程度上影响了中国制造业的发展。
在内外部环境的夹击下，业内对新能源汽车会出现供应链断裂风险，进而使得这个连续增长十余年的产业陷入“空心化”发展困境的担忧开始增加。事实上，在此前的燃油车上，就曾出现严重的关键零部件断供现象，包括自动变速器和发动机，这对中国自主品牌初期的发展影响十分大，且外资零部件的利润十分高，也进一步攫取了自主品牌的利润。
日本2011年发生的地震，也曾导致国内大部分车企的供应链受到不同程度的影响。2015年，广汽乘用车传祺 GS8在2016年底上市后迅速月销过万辆，但到2017年5月，由于日本爱信变速器产量不足，GS8从5月开始不得不减产，给这款承载广汽乘用车打破自主价格天花板的车型蒙上了一层阴影。
去“空心化”的途径
虽然被财政部提醒应警惕供应链断裂的风险，但根据经济观察报记者的采访，国内不少新能源汽车企业目前并未对此感受到太大的焦虑。“从量上来看，我们公司的规模目前还不大，关键零部件的需求量也比较小，应该没有大的问题。”一家传统车企的新能源产品负责人对经济观察报记者表示。
另一方面，有车企内部人士认为，目前贸易的摩擦主要发生在中美之间，但中国新能源汽车的关键核心部件主要进口自德国等欧洲国家，近期来看比较稳定。且整体来看，虽然中国新能源汽车产业已经进入百万辆区间，但销量的分布比较分散，目前销量最高的两家车企是比亚迪及北汽新能源。数据显示，2018年，比亚迪共销售新能源汽车22.7万辆，北汽新能源销售15.8万辆，其余车企则均在10万辆以下。
对于产销量较大的比亚迪来说，在此前垂直供应链布局的加持下，其对新能源关键零部件的进口依赖度在业内较低。以上文提到的进口依赖度最高的核心配件IGBT为例，比亚迪是国内唯一一个取得IGBT核心技术并实现量产的车企。而为了保证IGBT的供应，一些车企也在合纵连横地绑定供应商。比如上汽在去年宣布与英飞凌成立合资企业。
信息显示，上汽英飞凌汽车功率半导体（上海）有限公司，首期投资一亿欧元，上汽在新公司中51%控股。北汽新能源也与中车株洲时代签署合作协议，后者为国内IGBT的主要供应商之一。
不过，IGBT等核心零部件的国产化率低最大的阻碍是其研发需要投入大量的技术及时间，并耗费大量的资金。好消息是，在国际贸易摩擦不断的情况下，芯片等核心部件的研发已经被国家列入重点支持的领域。今年5月，财政部网站发文表示支持集成电路设计和软件产业发展。
财政部发布的集成电路设计和软件产业企业所得税政策显示，在2018年12月31日前自获利年度起计算优惠期，第一年至第二年免征企业所得税，第三年至第五年按照25%的法定税率减半征收企业所得税，并享受至期满为止。在政策支持下，零部件企业的研发热情或将得到激发，新能源汽车的核心零部件对进口的依赖度有望进一步降低。
车载电池对进口依赖度的降低印证了这一点。与以前国内车载电池市场被日韩电池控把控不同，在国家对新能源汽车进行补贴及电池“白名单”的政策影响下，国内电池企业宁德时代及亿纬锂能等电池供应商迅速成长为车载电池的头部企业。其中，宁德时代已几乎与所有的新能源汽车生产企业达成了战略合作，并在2018年提升国内市场份额至46%。但是有业内人士透露，虽然车载电池的进口依赖度有所降低，但电池制造所需的钴等稀有材料，目前仍基本要依靠进口。
汽车质量家：www.autoqa.cn
上海沐睿科技服务有限公司是一家创新型的汽车工程技术服务公司，具备Reach、VOC、ELV环保法规评估一站式解决方案，为客户提供从初步想法到最终产品的全程支持，包括：项目的确定、设计、开发，直到材料、组件和系统的测试。此外，还包括项目管理和人员调配等服务。近十年来，整合汽车行业咨询，从车身、底盘、电子电器、智能化、动力系统、内外饰、环保法规等多方面纵向数据积累，并成功通过以品质创新，加强技术合作，孵化多家二方及三方实验室能力提升，与学术界和政府多方面协作的创新中心，促进自主创新和开放合作。
尽管中国的新能源汽车已经是全球销量第一，但风险依然存在。这种风险除了众人皆知的整车平台的研发突破能力外，潜伏在供应链上的危机也随着新能源汽车销量的增加而浮出水面。
“目前国内新能源汽车的电机控制器等关键部件高度依赖进口，在经济逆全球化的趋势下有供应链断裂的可能。”8月30日，财政部经济建设司一级巡视员宋秋玲在某论坛上言辞犀利地指出。供应链断裂、核心零部件受制约，这是在中美贸易摩擦中通信等行业遭遇的现实困境，并一度使得多家企业面临灭顶之灾。
财政部在这个时候预警该风险的目的和指向性也十分明显。新能源汽车是我国重要的战略行业，但自新能源汽车开始发展以来，在核心部件上严重依赖进口，整个行业出现空心化现象，只不过这种隐忧被连年的销量高速增长所掩盖了。此前国家信息中心的数据显示，国内新能源汽车对国外电池、电机、电控等部件的依赖度均非常高。近几年，随着宁德时代等国内企业的发展，电池的进口依赖程度有所缓解，但在电驱和电控方面仍居高不下。
“目前新能源汽车三电中，对进口依赖度较高的是电控芯片IGBT器件，进口比例达到90%以上。”一位新造车企业的管理人员对经济观察报记者表示。IGBT是电控核心模块，负责控制能源的变换和传输。因此有观点认为，在全球经济贸易摩擦不断的情况下，一旦核心部件的进口被限制，国内新能源产业将面临被“卡脖子”的风险。
但也有业内人士表示对供应链的稳定性不必太过担忧。“国内芯片IGBT等主要供应商在欧洲，电池钴元素则主要来自刚果，目前看风险都不是很大。当然，最好是所有的核心技术都掌握在自己的手中，但这需要时间。”汽车行业资深分析师梅松林对经济观察报记者表示。目前，中国汽车也有自主研发的IGBT产品，但成规模仍需要时间。
“卡脖子”风险空前
从新能源汽车发展来看，我国技术发展十分迅速，但在核心的三大件上，仍存在明显的短板。如果说变速箱是燃油车进口依赖度最高的核心零部件，那么新能源汽车依赖度最高的则是上文提到的电控芯片IGBT（绝缘栅双极型晶体管）。业内人士透露，由于IGBT对各项性能指标的精度和可靠性要求极高，国内少有厂商研发生产，目前德国英飞凌包揽了几乎所有电动车的IGBT。
据了解，目前业内IGBT的正常供货周期已经达到8-12周，最长达到52周。资料显示，纯电动车一般需要500个IGBT模块，其成本占整个控制器成本的40-50%，占新能源整车成本的10%。
电池方面，我国动力电池行业中正极、负极、电解液和隔膜四大主材基本上摆脱了对进口产品的依赖，但部分供应商尚未掌握电解液配方，粘结剂、导电剂等电池辅料进口比例较高；国产铝塑膜可靠性还没有达到验证周期。
在动力电池领域影响较大的事件，是2015年前后国内新能源汽车因大量搭载日韩电池而带来的风险，长安汽车、上汽等车企曾因外资电池产能不足而不得不减产，但在供应商产能调整后很快得到恢复。业内人士认为，前些年的新能源汽车产业供应链相对来说还算稳定，这可能与国内新能源汽车的保有量较小，且国际贸易局势较为稳定有关。
数据显示，2011年中国的新能源汽车销量不足万辆，到2015年才突破30万辆。但销量的增长速度很快，去年已经达到产销百万量级，对核心部件的需求量也进一步加大，相应地，零部件产业链上的风险开始随之增加。
另一方面，国际贸易形势变化为新能源汽车的供应链稳定增添了更多的不确定性。自2016年英国脱欧以来，各国贸易保护主义抬头，对关键零部件的进口限制在一定程度上影响了中国制造业的发展。
在内外部环境的夹击下，业内对新能源汽车会出现供应链断裂风险，进而使得这个连续增长十余年的产业陷入“空心化”发展困境的担忧开始增加。事实上，在此前的燃油车上，就曾出现严重的关键零部件断供现象，包括自动变速器和发动机，这对中国自主品牌初期的发展影响十分大，且外资零部件的利润十分高，也进一步攫取了自主品牌的利润。
日本2011年发生的地震，也曾导致国内大部分车企的供应链受到不同程度的影响。2015年，广汽乘用车传祺 GS8在2016年底上市后迅速月销过万辆，但到2017年5月，由于日本爱信变速器产量不足，GS8从5月开始不得不减产，给这款承载广汽乘用车打破自主价格天花板的车型蒙上了一层阴影。
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虽然被财政部提醒应警惕供应链断裂的风险，但根据经济观察报记者的采访，国内不少新能源汽车企业目前并未对此感受到太大的焦虑。“从量上来看，我们公司的规模目前还不大，关键零部件的需求量也比较小，应该没有大的问题。”一家传统车企的新能源产品负责人对经济观察报记者表示。
另一方面，有车企内部人士认为，目前贸易的摩擦主要发生在中美之间，但中国新能源汽车的关键核心部件主要进口自德国等欧洲国家，近期来看比较稳定。且整体来看，虽然中国新能源汽车产业已经进入百万辆区间，但销量的分布比较分散，目前销量最高的两家车企是比亚迪及北汽新能源。数据显示，2018年，比亚迪共销售新能源汽车22.7万辆，北汽新能源销售15.8万辆，其余车企则均在10万辆以下。
对于产销量较大的比亚迪来说，在此前垂直供应链布局的加持下，其对新能源关键零部件的进口依赖度在业内较低。以上文提到的进口依赖度最高的核心配件IGBT为例，比亚迪是国内唯一一个取得IGBT核心技术并实现量产的车企。而为了保证IGBT的供应，一些车企也在合纵连横地绑定供应商。比如上汽在去年宣布与英飞凌成立合资企业。
信息显示，上汽英飞凌汽车功率半导体（上海）有限公司，首期投资一亿欧元，上汽在新公司中51%控股。北汽新能源也与中车株洲时代签署合作协议，后者为国内IGBT的主要供应商之一。
不过，IGBT等核心零部件的国产化率低最大的阻碍是其研发需要投入大量的技术及时间，并耗费大量的资金。好消息是，在国际贸易摩擦不断的情况下，芯片等核心部件的研发已经被国家列入重点支持的领域。今年5月，财政部网站发文表示支持集成电路设计和软件产业发展。
财政部发布的集成电路设计和软件产业企业所得税政策显示，在2018年12月31日前自获利年度起计算优惠期，第一年至第二年免征企业所得税，第三年至第五年按照25%的法定税率减半征收企业所得税，并享受至期满为止。在政策支持下，零部件企业的研发热情或将得到激发，新能源汽车的核心零部件对进口的依赖度有望进一步降低。
车载电池对进口依赖度的降低印证了这一点。与以前国内车载电池市场被日韩电池控把控不同，在国家对新能源汽车进行补贴及电池“白名单”的政策影响下，国内电池企业宁德时代及亿纬锂能等电池供应商迅速成长为车载电池的头部企业。其中，宁德时代已几乎与所有的新能源汽车生产企业达成了战略合作，并在2018年提升国内市场份额至46%。但是有业内人士透露，虽然车载电池的进口依赖度有所降低，但电池制造所需的钴等稀有材料，目前仍基本要依靠进口。
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