消費(fèi)電子芯片與車規(guī)芯片兩者有什么不同？

消費(fèi)電子芯片與車規(guī)芯片在設(shè)計(jì)時所做的考量側(cè)重點(diǎn)差異較大，由此帶來的工藝制程相差較大。如果硬要比個高低，就好比點(diǎn)評《天龍八部》里喬峰的“降龍十八掌”與《倚天屠龍記》張無忌的“九陽神功”誰更厲害一樣，實(shí)在難以周全，下面cao sir嘗試剖析一番，以饗讀者。

1

兩者的側(cè)重點(diǎn)有所不同

1、手機(jī)芯片：天下武功唯快不破

無論是手機(jī)、平板、還是機(jī)頂盒、智能穿戴設(shè)備，消費(fèi)電子的芯片在開發(fā)階段主要考量性能、功耗、成本三個方面維度。 在智能機(jī)時代，芯片的性能強(qiáng)弱已經(jīng)成為衡量一款機(jī)型好壞的重要指標(biāo)，無論是開黑的王者榮耀還是吃雞的和平精英，更加強(qiáng)悍的CPU芯片才能帶來極致的游戲體驗(yàn)。以高通驍龍865芯片為例，采用1*Cortex-A77（2.84GHz）+3*Cortex A77（2.42GHz ）+4*Cortex-A55（1.8GHz ）的架構(gòu)，NPU可以實(shí)現(xiàn)15萬億次/秒的運(yùn)算能：ISP速度達(dá)到了20億像素/秒的處理速度，可以支持2億像素?cái)z像頭。 一塊芯片上數(shù)十億個晶體管在高頻工作時，會產(chǎn)生大量的動態(tài)功耗、短路功耗和漏電功耗，如果不加以控制，不僅會出現(xiàn)計(jì)算錯誤的結(jié)果，甚至能將電路的一些部分將熔接在一起，使芯片不可修復(fù)。因此消費(fèi)電子在追求性能的同時，也要考慮功耗，否則就容易機(jī)身發(fā)燙，待機(jī)時間縮短，影響使用體驗(yàn)。 在芯片性能越來越強(qiáng)悍的同時，芯片的價(jià)格越來越貴，所占手機(jī)總成本的比例也越來越高。以高通驍龍865為例，成本在700元左右，占所搭載的機(jī)型成本比例分別為小米10pro占比14%、紅米K30pro占比23%、OPPO findX2pro占比10%、三星S2ultra占比為7%；麒麟990的成本約為500元，約占華為nova6售價(jià)的16%、P40售價(jià)的10%、P40 PRO售價(jià)的7%、P40 pro plus售價(jià)的5%；聯(lián)發(fā)科天璣1000的價(jià)格是280元，約占OPPO Reno3售價(jià)的9.8%；因此無論是從提高產(chǎn)品競爭力還是增加企業(yè)利潤角度，都需要控制芯片成本。

不同芯片的性能排行榜

2、汽車芯片：穩(wěn)定壓倒一切

由于汽車作為交通工具的特殊性，汽車芯片非?？粗乜煽啃浴踩院烷L效性！為什么首推可靠性？因?yàn)檐囈?guī)芯片：首先、汽車的工作環(huán)境更惡劣發(fā)動機(jī)艙的溫度范圍在-40°C~150°C之間，因此汽車芯片需要滿足這種大范圍溫度工作范圍，而消費(fèi)芯片只需滿足0°C~70°C工作環(huán)境。再加上汽車在行進(jìn)過程中會遭遇更多的振動和沖擊，以及汽車上的環(huán)境濕度、粉塵、侵蝕都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于消費(fèi)芯片的要求。其次、汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)壽命更長手機(jī)的生命周期在3年，最多不超過5年，而汽車設(shè)計(jì)壽命普遍都在 15 年或 20 萬 公里左右，遠(yuǎn)大于消費(fèi)電子產(chǎn)品壽命要求。因此，汽車芯片的產(chǎn)品生命周期要求在15年以上，而供貨周期可能長達(dá)30年。

在這樣的情況下，如何保持芯片的一致性、可靠性，是車規(guī)芯片首先要考慮的問題。而且，汽車芯片的安全性也尤為重要汽車芯片安全性包括功能安全和信息安全兩部分。 手機(jī)芯片死機(jī)了可以關(guān)機(jī)重啟，但是汽車芯片如果宕機(jī)了可能會造成嚴(yán)重的安全事故，對消費(fèi)者來講是完全沒有辦法接受的。所以，汽車芯片在設(shè)計(jì)的時候，從架構(gòu)設(shè)計(jì)開始就要把功能安全作為車規(guī)芯片非常重要的一部分，采用獨(dú)立的安全島的設(shè)計(jì)，在關(guān)鍵模塊、計(jì)算模塊、總線、內(nèi)存等等都有ECC、CRC的數(shù)據(jù)校驗(yàn)，包括整個生產(chǎn)過程都采用車規(guī)芯片的工藝，以確保車規(guī)芯片的功能安全。 隨著車聯(lián)網(wǎng)的普及，信息安全的重要性越來越凸顯出來，汽車作為一個實(shí)時在線的設(shè)備，它跟網(wǎng)絡(luò)之間的通信，包括跟車內(nèi)車載網(wǎng)絡(luò)的通信，都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密，否則可能會黑客的攻擊。所以，需要事先在芯片中內(nèi)置高性能的加密校驗(yàn)?zāi)K。 針對功能安全，國際組織IEC發(fā)布了IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)，并衍生出了一系列適用不同行業(yè)的功能安全標(biāo)準(zhǔn)，如下圖：

最后，汽車芯片設(shè)計(jì)還要考慮長效性手機(jī)芯片的發(fā)展基本遵循摩爾定律，每年都會發(fā)布新一代芯片，每年都有新旗艦機(jī)的上市，基本上一款芯片能滿足兩三年內(nèi)的軟件系統(tǒng)性能需求即可。但是汽車的開發(fā)周期比較長，一款新車型從開發(fā)到上市驗(yàn)證至少要經(jīng)過兩年以上的時間，這就意味著汽車芯片設(shè)計(jì)要有前瞻性，要能滿足客戶在未來3到5年的一個前瞻性需求。另外，由于現(xiàn)在汽車上的軟件越來越多，從芯片開發(fā)的角度來說，不僅僅要支持多操作系統(tǒng)，同時還要支持在軟件上持續(xù)迭代的需求。 因此車規(guī)級芯片呈現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化周期漫長，供應(yīng)體系門檻高的特點(diǎn)。進(jìn)入汽車電子主流供應(yīng)鏈體系需滿足多項(xiàng)基本要求：滿足北美汽車產(chǎn)業(yè)所推出的AEC-Q100(IC)、101(離散元件)、200 (被動零件)可靠度標(biāo)準(zhǔn)；遵從汽車電子、軟件功能安全國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262；符合ISO 21448預(yù)期功能安全，覆蓋基于非系統(tǒng)失效導(dǎo)致的安全隱患；滿足ISO21434網(wǎng)絡(luò)安全，合理保障車輛和系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全；符合零失效的供應(yīng)鏈品質(zhì)管理標(biāo)準(zhǔn)IATF 16949規(guī)范?；旧弦豢钚酒囈?guī)級的認(rèn)證通常需要3-5年時間，對芯片廠商而言是極大的技術(shù)、生產(chǎn)、時間成本的考驗(yàn)。Mobileye 用了整整8年才獲得第一張車企訂單，英偉達(dá)當(dāng)前主力芯片Xavier的研發(fā)耗資達(dá) 20 億美元。

2

兩者使用的工藝制程不同

在芯片的生產(chǎn)過程中，縮小芯片內(nèi)部電路之間的距離可以在更小的芯片中塞入更多的晶體管，讓芯片的運(yùn)算性能更強(qiáng)大，還可以帶來降低功耗的效果。因此，從較早的微米，到后來的納米，芯片都非常重視制程工藝的尺寸。不過，制程并不能無限制的縮小，當(dāng)將電晶體縮小到 20 納米左右時，就會遇到量子物理中的問題，晶體管出現(xiàn)漏電的現(xiàn)象，抵銷縮小柵極長度時獲得的效益。為了解決這個問題，加州大學(xué)伯克利分校的胡正明教授發(fā)明了鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET）大幅改善電路控制并減少漏電流。 目前，手機(jī)芯片工藝制程從較早的90納米，到后來的65納米、45納米、32納米、28納米、16納米、12納、7納米、一直發(fā)展到目前最新的5納米。手機(jī)芯片的制程尺寸正在向1納米進(jìn)發(fā)。

在傳統(tǒng)車用芯片制備中，由于汽車本身空間較大，對集成度的需求沒有手機(jī)等消費(fèi)電子緊迫。加上車用芯片主要集中在發(fā)電機(jī)、底盤、安全、車燈控制等低算力領(lǐng)域，因此汽車芯片并未像消費(fèi)電子芯片一樣瘋狂追求先進(jìn)的制程工藝，而往往優(yōu)先考慮制程工藝的成熟性。不過隨著汽車智能化的發(fā)展，更高級別的自動駕駛對高算力的急迫需求，將推動著汽車算力平臺制程向7納米及以下延伸。NXP打算在2021年推出基于5nm制程的下一代高性能汽車計(jì)算平臺。

3

國產(chǎn)汽車芯片的未來

曾經(jīng)，汽車芯片市場由于市場規(guī)模有限，是一個非常小眾的市場，因此，鮮有外來的入局者，幾十年來一直被恩智浦、德州儀器、瑞薩半導(dǎo)體等汽車芯片巨頭所壟斷。隨著汽車的電子化、智能化的發(fā)展，汽車電子系統(tǒng)市場規(guī)模逐年擴(kuò)大，三星、英特爾、高通、英偉達(dá)、賽靈思等頂級芯片企業(yè)也紛紛涉足汽車芯片，同樣也為我國企業(yè)創(chuàng)造了‘變中求機(jī)’的發(fā)展態(tài)勢。

在功能芯片領(lǐng)域，上市公司中穎電子、兆易創(chuàng)新、東軟載波都涉及汽車電子領(lǐng)域，但市占率極少。杰發(fā)科技于2018年收獲車規(guī)級MCU芯片訂單，標(biāo)志國內(nèi)首款通過AEC-100 Grade1的車規(guī)級MCU正式量產(chǎn)上市，打破國外技術(shù)壟斷。 在主控芯片領(lǐng)域，華為基于昇騰、昇騰、麒麟系列芯片實(shí)現(xiàn)了汽車智能計(jì)算平臺的完整布局，地平線率先將AI芯片實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)上車。 在車載存儲芯片領(lǐng)域，兆易創(chuàng)新與合肥長鑫密切合作，2019年推出GD25全系列SPI NOR FLASH，滿足AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn),是目前唯一全國產(chǎn)化車規(guī)存儲器解決方案；宏旺半導(dǎo)體推出eMMC/DDR/LPDDR/SSD/DIMM等嵌入式存儲、移動存儲，拓展汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域。

在車載通信芯片領(lǐng)域，華為已累計(jì)為全球數(shù)百萬輛汽車提供4G通信模組，5G模組也已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)上車；C-V2X領(lǐng)域，國內(nèi)涌現(xiàn)出華為、大唐、高新興、移遠(yuǎn)通信等為代表的一大批C-V2X芯片模組企業(yè)，華為基帶芯片Balong 765 、Balong 5000相繼應(yīng)用于車載單元和路邊單元，大唐高鴻順利實(shí)現(xiàn)C-V2X車規(guī)級模組DMD3A量產(chǎn)。國外企業(yè)高通與高新興、移遠(yuǎn)通信等國內(nèi)模組廠商廣泛合作，推動C-V2X芯片組在中國的推廣應(yīng)用，Autotalks積極與大唐等中國廠商進(jìn)行C-V2X芯片組級互操作測試。 在功率芯片領(lǐng)域，MOSFET方面，聞泰科技占據(jù)全球4%的市場份額，華潤微電子在國內(nèi)MOSFET市場占比8.7%；IGBT方面，中國企業(yè)主要有株洲中車時代電氣、比亞迪、斯達(dá)股份、上海先進(jìn)等。

總體而言，我國芯片產(chǎn)業(yè)起步較晚，基礎(chǔ)薄弱，同時車規(guī)級的開發(fā)和量產(chǎn)應(yīng)用面臨諸多制約因素。在國外的芯片巨頭仍占據(jù)著中國國內(nèi)的車用半導(dǎo)體芯片市場，國內(nèi)企業(yè)在技術(shù)積累、資金、人才等方面無法與國際巨頭抗衡的背景下，中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)的突破和強(qiáng)大并非一朝一夕之功，需要立足當(dāng)下，遵循產(chǎn)業(yè)發(fā)展的客觀規(guī)律，警惕畢其功于一役的投機(jī)思維，防止出現(xiàn)投資過熱和盲目低水平重復(fù)建設(shè)，緊抓智能網(wǎng)聯(lián)和新能源發(fā)展機(jī)遇，才能實(shí)現(xiàn)從單點(diǎn)突破到生態(tài)突圍。隨著中國智能汽車市場的發(fā)展和國家對國產(chǎn)芯片企業(yè)的扶持，相信：中“芯”之火，必將燎原！

原文標(biāo)題：技術(shù)|車規(guī)芯片與消費(fèi)電子芯片有何不同？

文章出處：【微信公眾號：汽車工程師】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責(zé)任編輯：haq