桃芯科技車規(guī)級低功耗SoC芯片獲得AEC-Q100的測試認(rèn)證

ING91870CQ是桃芯科技發(fā)布的一款車規(guī)級低功耗SoC芯片。該芯片歷經(jīng)9個月的可靠性測試，最終獲得AEC-Q100的測試認(rèn)證。

ING91870CQ是一款32pin，QFN32 4x4的封裝的BLE5.1SoC。采用TSMC 40nm工藝，48M主頻，內(nèi)置512KB eFlash，128KB RAM，-40~125°C工作溫度。支持定位，多連接，低功耗等BLE5.1全規(guī)格特性，滿足各種現(xiàn)有車機(jī)BLE應(yīng)用場景。

認(rèn)證報告

01

車規(guī)芯片的可靠性

AEC Q100 是針對有源（Active Device）元件的要求。因為汽車涉及安全原因，所以在元件，子系統(tǒng)，整機(jī)等都有嚴(yán)格的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。例如:

環(huán)境要求：汽車對溫度的要求，在發(fā)動機(jī)周邊元器件需要-40~150°C的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)；其他比如濕度，發(fā)霉，粉塵，水，EMC 以及有害氣體侵蝕等等都具有比多數(shù)工業(yè)或消費電子產(chǎn)品更高的標(biāo)準(zhǔn)。

震動和沖擊：汽車是一個工作條件千差萬別的產(chǎn)品，且工作是在運動中，所以對于震動和沖擊的抵抗能力也有高標(biāo)準(zhǔn)。

可靠性：汽車通常使用壽命是幾十萬公里，對汽車上任何一個元器件來說，都需要在汽車的生命周期中保持正常的運轉(zhuǎn)。由于元器件非常多有成千上萬個，對系統(tǒng)來說保持正常就是十分挑戰(zhàn)的工作，通常都是PPM的失效要求，甚至零失效的要求。

一致性：由于大規(guī)模生產(chǎn)的需要，對數(shù)十上百萬的車都要求特性一致，如果元件的一致性差，那么整車的離散特性就更明顯。所以必須通過老化以及跟蹤產(chǎn)品在實際場景的一致性等來挑選。

其他的一些問題:比如因為可靠性的考慮，車規(guī)產(chǎn)品有可能并不是最先進(jìn)的工藝和性能；同時車規(guī)芯片還會考慮供應(yīng)商本身的存續(xù)性，畢竟一款車的生命周期是很長的。如此各種問題。

芯片的可靠性，通常使用北美推行的AEC-Q100這個標(biāo)準(zhǔn)體系作為可靠性驗證的一個標(biāo)準(zhǔn)，正如上面提到的那些問題。不僅僅是AEC-Q100，如果要控制失效率，還必須建立起芯片企業(yè)的質(zhì)量控制體系，例如質(zhì)量控制體系IATF-16949；針對功能安全，ISO 26262又是必須要經(jīng)過的一個認(rèn)證，所以車規(guī)級的芯片比消費級、工業(yè)級的芯片要求更高，需要認(rèn)證時間更長，上車的門檻相比消費級也更高。

必須承認(rèn)各種車規(guī)級認(rèn)證是車載芯片的一個必要條件，而不是充分條件。車規(guī)芯片的使用需要大量的可靠性實驗，對芯片廠商來說也需要歷史積累和循序漸進(jìn)。

AEC-Q100認(rèn)證流程

02

車規(guī)芯片的分類

車規(guī)級芯片根據(jù)功能分為計算控制芯片（主要有功能芯片MCU和主控芯片SOC）、存儲芯片、功率半導(dǎo)體（主要有IGBT和MOSFET）、通信芯片、傳感器芯片（主要有CIS、MEMS、陀螺儀等）五大類。

從芯片工藝制程來看，不同汽車芯片對工藝要求存在較大差異。因為可靠性、穩(wěn)定性的需要，MCU主要是依靠成熟制程。隨著新能源車的興起，汽車的概念有了非常大的轉(zhuǎn)變，一是內(nèi)燃發(fā)動機(jī)被電池取代，另外一個汽車被智能化手機(jī)化，尤其是座艙、自動駕駛等，這類主控芯片SoC持續(xù)追求先進(jìn)制程高算力，高級別自動駕駛正在推動汽車算力平臺制程向7nm及以下延伸。例如高通的8815在智能座艙中顯得一枝獨秀。

功率器件尤其是IGBT在新能源車上具有廣泛的應(yīng)用，因為充電和動力裝置需要高壓和大電流等特性。而MOSFET則用在電流更小，切換頻率更快的場景。

隨著汽車智能化，通信芯片也顯得尤為重要，比如4G，5G通信，比如在車路協(xié)同或V2X協(xié)同中，對時延的要求比較突出，那么5G就是其中一個解決方案。再比如車身傳感，車內(nèi)娛樂系統(tǒng)等，汽車全身所有器件都需要實時感應(yīng)，車身局域網(wǎng)就顯得尤其重要，而依賴于CAN的傳統(tǒng)通信方式逐步被WIFI，BLE，UWB等新的無線通信方式所取代。而應(yīng)用BLE的系統(tǒng)包括TPMS，無感門鎖，ETC，BMS等等。

傳感器則是汽車的感覺器官，負(fù)責(zé)收集汽車所有的狀態(tài)，比如壓力，位置，溫度，加速度，角度，流感，氣體，液體，雷達(dá)等等。

03

車規(guī)芯片的市場

通常，芯片設(shè)計公司作為Tier2的廠商，向Tier1的系統(tǒng)廠商提供芯片和服務(wù)，而Tier1的供應(yīng)商向汽車整機(jī)廠商提供最終的解決方案。無論tier1或tier2，或者芯片的生產(chǎn)廠商Foundry，目前都是以國外廠商為主。作為fabless設(shè)計廠商關(guān)注的車機(jī)芯片供應(yīng)廠商，目前看到的主控供應(yīng)商依然還是NXP，Infineon，Rennes，TI，ST，ADI，Qualcomm，Nvidia等等。其他品類的汽車芯片也基本都是國外廠商。

車規(guī)芯片產(chǎn)業(yè)鏈

2021年全球汽車半導(dǎo)體市場規(guī)模達(dá)436億美元，預(yù)計2026年為676億美元，復(fù)合增長率為9%。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，在2020年半導(dǎo)體產(chǎn)品的市場需求中，控制類芯片占比23%、功率半導(dǎo)體占比22%、傳感器芯片占比13%，存儲芯片占比9%，其他占比33%。歐、美、日韓為代表的發(fā)達(dá)國家分別占據(jù) 37%、30% 和 25% 的市場，行業(yè)內(nèi) TOP8 企業(yè)占據(jù) 60% 以上市場份額，恩智浦、英飛凌和瑞薩名列三強，分別占據(jù) 14%、11% 和 10% 的市場份額。

04

國內(nèi)車規(guī)芯片現(xiàn)狀

目前國內(nèi)的芯片產(chǎn)業(yè)總體上還處于較低的水平，從整個產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的看來有這么幾個特點：1，EDA軟件是所有短板中最短板的行業(yè)，脫離國外主導(dǎo)的Synopsys，Cadence，Mentor幾大EDA廠商，國內(nèi)所有芯片設(shè)計就要關(guān)門；2，材料方面可以湊合用比如晶圓，比如各種化學(xué)制劑等等；3，核心設(shè)備湊合用，比如光刻機(jī)等雖然不是最先進(jìn)，但可用；4，設(shè)計方面從設(shè)計本身來說差距已經(jīng)不大了，還缺CPU架構(gòu)，核心IP標(biāo)準(zhǔn)，高速模擬等；5，封測沒有太大問題。

桃芯科技從事的通信類芯片目前主要的困難在于通信協(xié)議仍由國際大廠主導(dǎo)，國內(nèi)廠商還處于跟隨階段，這是根本問題。由此帶來的產(chǎn)品問題，比如產(chǎn)品低端，演進(jìn)乏力，因此也缺乏高毛利，不能持續(xù)高投入做進(jìn)一步的技術(shù)積累。所以，國產(chǎn)替代需要避免低端重復(fù)，低價紅海，盡量往上靠攏。桃芯科技的BLE SoC芯片已經(jīng)通過車規(guī)級認(rèn)證，但我們深深了解前路依然漫長，我們還是小學(xué)生，認(rèn)證本身只是產(chǎn)業(yè)化中的一小步。但我們會本著“做精做深”的精神，繼續(xù)在芯片國產(chǎn)化的道路上砥礪前行，爭取早日趕超國際水準(zhǔn)。

在汽車電子化智能化趨勢下，2021年車均芯片搭載量已接近1000顆/輛。主流的新能源車每輛汽車差不多需要近2000顆芯片。

據(jù)統(tǒng)計目前我國汽車芯片的自給率不到10%，國產(chǎn)化率更是不到5%。當(dāng)然我們也欣喜的看到越來越多的中國同行在進(jìn)入汽車芯片領(lǐng)域?！皣鴥?nèi)車規(guī)級芯片廠商已具有一定產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，MCU 領(lǐng)域的兆易創(chuàng)新、北京君正、全志科技、中穎電子等，IGBT 領(lǐng)域的比亞迪半導(dǎo)體、中車時代電氣、斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微等，MEMS領(lǐng)域的韋爾股份等，封測領(lǐng)域的長電科技、華天科技、通富微電等?！?/p>