“車規(guī)級(jí)”芯片，你想知道的在這里嗎？

什么是 Automotive Grade（也就是我們常說的車規(guī)級(jí)）？就是始終如一的可靠性。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的那一刻開始就得在酷熱的夏季和嚴(yán)寒的冬夜里工作。手機(jī)壽命為 2 至 4 年，但您的汽車要用十年以上。

此外，所有汽車零部件都必須抵御更大的溫度波動(dòng)。如果消費(fèi)類電子設(shè)備（如智能手機(jī)）承受的溫度超過其有限的耐受范圍，就可能發(fā)出錯(cuò)誤的信息或干脆關(guān)機(jī)。

這在車規(guī)級(jí)系統(tǒng)中是無法容忍。所以汽車工程師要確保從儀表集群，導(dǎo)航屏幕到高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)以及自動(dòng)駕駛傳感器，芯片等所有零部件都能滿足嚴(yán)苛要求。

這就是我們的汽車解決方案（硬件）額定運(yùn)行溫度為 -40~105 攝氏度，甚至 125 攝氏度的原因。

耐溫性只是影響我國(guó)汽車系統(tǒng)規(guī)范和測(cè)試的關(guān)鍵因素之一，相對(duì)于消費(fèi)者級(jí)別的同類產(chǎn)品而言，我國(guó)對(duì)汽車系統(tǒng)規(guī)范和測(cè)試方法提出了更嚴(yán)格的要求。

例如，安全功能件必須有經(jīng)過 ISO 26262 ASIL 認(rèn)證的專用生產(chǎn)線（當(dāng)然也要具備 IATF16949 的基礎(chǔ)），以消除制造過程中人為失誤的可能性。使用任何達(dá)不到最高要求的商品都會(huì)放大駕駛安全所帶來的危險(xiǎn)。

01 “車規(guī)級(jí)”的套路

車規(guī) - 渾水摸魚者有之

近年來，越來越多的傳感器、芯片等新的汽車電子產(chǎn)品導(dǎo)入到汽車行業(yè)，車規(guī)級(jí)也開始變得亂象叢生。

滿足、符合、達(dá)到。..。..滿大街都是初創(chuàng)公司，車規(guī)級(jí)三字前加令人目不暇接的定語自然也有車規(guī)級(jí)二字后加“量產(chǎn)”二字的，那就是另一種無法言喻的“赤裸裸”PR。

符合，漢語詞典解釋為：合乎現(xiàn)存的樣式，格式或規(guī)范。滿足，解釋為：對(duì)某件事情“感到”已足夠了，要注意這是個(gè)主觀判斷。達(dá)到，解釋為：多表示抽象的事物或度，如到達(dá)獲得/未到達(dá)，同為主觀判斷。

換言之，符合就是“正品”。那些被稱為滿足，實(shí)現(xiàn)的詞匯就是你的“臆想”。也有一些細(xì)微的稱呼：例如，聽從車規(guī)級(jí)設(shè)計(jì)。其實(shí)，其中很有貓膩。

當(dāng)然，不管你怎么 PR，產(chǎn)品最后都要送到“戰(zhàn)場(chǎng)”去檢驗(yàn)（比如，經(jīng)常會(huì)碰到很多供應(yīng)商，拍胸脯說“自己的產(chǎn)品過車規(guī)沒問題”）。

目前，車規(guī)級(jí)汽車電子比較相關(guān)的就是 AEQ 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

AEC-Q100 是一種基于封裝集成電路應(yīng)力測(cè)試的失效機(jī)制。汽車電子委員會(huì)（AEC）總部設(shè)在美國(guó)，最初由三大汽車制造商（克萊斯勒、福特和通用汽車）建立，目的是建立共同的零部件資格和質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)。

在 1992 年夏天的一次 JEDEC 會(huì)議上產(chǎn)生了建立 AEC 的想法。提出了共同資格規(guī)范的想法，作為改善這種情況的一種可能方法。在隨后的 JEDEC 會(huì)議上，確定共同合格規(guī)范的想法是可行的，不久之后就開始了 Q100（集成電路壓力測(cè)試合格）的工作。

當(dāng)前 AEC-Q100 在集成電路中的應(yīng)用以離散部件 AEC-Q101 和無源部件 AEC-Q200 為主。

其中 AEC-Q100 分五個(gè)級(jí)別以溫度范圍為根本劃分準(zhǔn)則。其中，0 級(jí)最高（-40°C to+150°C），1 級(jí)為 -40°C to+125°C，2 級(jí)為-40°C to+105°C（也就是比較常見的），最低級(jí)是 4 級(jí)（0°C to+70°C）。0 級(jí)以引擎蓋下方環(huán)境條件最差為主，1、2級(jí)用在汽車其他部位。

除 AEQ 外，另一個(gè)需要遵循的規(guī)范是 2011 年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的 ISO 26262，主要用于功能安全件，如 ADAS 相關(guān)的傳感器和系統(tǒng)。

汽車安全完整性等級(jí)（ASIL）就是由 ISO 26262 -道路車輛功能安全標(biāo)準(zhǔn)定義的一種風(fēng)險(xiǎn)分類方案。這是對(duì) IEC 61508 中用于汽車工業(yè)的安全完整性級(jí)別的調(diào)整。

這種分類有助于定義符合 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)所必需的安全要求。ASIL 是將潛在危險(xiǎn)作為風(fēng)險(xiǎn)分析的目標(biāo)，通過觀察汽車行駛情景的嚴(yán)重性、暴露程度和可控性來設(shè)定的。該危害安全目標(biāo)也符合 ASIL 的規(guī)定。

ASIL A、ASIL B、ASIL C、ASIL D是四個(gè)等級(jí)，其中 ASIL D 對(duì)產(chǎn)品的完整性要求最高，ASIL A 最低。

ASILs 由危害分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估確立。對(duì)汽車上的每個(gè)電子元件，工程師必須測(cè)出三個(gè)特定變量：嚴(yán)重程度（司機(jī)和旅客傷害分類）和暴露程度（汽車接觸危險(xiǎn)的次數(shù)）、可控性（司機(jī)可以做到什么程度才能避免傷害），所有這些變量都被分解為子類。

嚴(yán)重程度有“無傷”（S0）至“致命/致命傷”（S3）4 種。

曝光分為五類，涵蓋“很不太可能”（E0）和“非?？赡堋保‥4）。

可控性有四種類型，即由“一般可控”（C0）向“不可控”（C3）的轉(zhuǎn)變。

所有變量和子分類都被分析并結(jié)合在一起，從而決定了期望 ASIL。

如安全氣囊、防抱死剎車、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等系統(tǒng)要求 ASIL-D 級(jí)——安全保障采用最嚴(yán)密性的系統(tǒng)——因?yàn)榕c之發(fā)生故障相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)最大。另一頭，尾燈等零件僅需 ASIL-A級(jí)別。頭燈和剎車燈一般是 ASIL-B，而巡航控制一般是 ASIL-C。

考慮到確定 ASIL 危害等級(jí)所涉及的猜測(cè)工作，汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）在 2015 年起草了 J2980，“ISO 26262 ASIL 危害等級(jí)的考慮因素”。這些準(zhǔn)則對(duì)具體危害暴露程度，嚴(yán)重程度，可控性等方面的評(píng)價(jià)有較為清晰的指引。

ISO 26262 已經(jīng)成為汽車開發(fā)過程中功能性安全的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。但近年來，隨著 ADAS 及自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速導(dǎo)入，這一標(biāo)準(zhǔn)的瓶頸也開始出現(xiàn)。

J2980 還在繼續(xù)發(fā)展 —— SAE 在 2018 年發(fā)布了一個(gè)修訂版。隨著自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展，ISO 26262 將需要重新定義“可控性”，這一定義目前屬于人類駕駛員。

按照目前的標(biāo)準(zhǔn)，沒有人工駕駛意味著可控性將永遠(yuǎn)是 C3，即“無法控制”的極限。“其他變量的嚴(yán)重程度（傷害）和暴露（可能性）無疑也需要重新檢查。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織還對(duì) ISO26262:2018 進(jìn)行了更新。本版增加了汽車功能安全環(huán)境下半導(dǎo)體設(shè)計(jì)與使用指導(dǎo)。

芯片（單片機(jī)）第一次被運(yùn)用到汽車中，用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。它稱為 ECU 或發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。1968 年大眾汽車上出現(xiàn)了首款 ECU，實(shí)現(xiàn)了特定的功能：EFI（電子燃油噴射）。

時(shí)至今日，汽車上已有 50 個(gè)多 ECU 專為動(dòng)力系統(tǒng)，車載娛樂系統(tǒng)，主動(dòng)安全系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)等各方面進(jìn)行監(jiān)控。接下來，除了分布式網(wǎng)絡(luò)和集中域控制架構(gòu)外，更多的芯片（比過去的ECU更為復(fù)雜）也將出現(xiàn)在新車中。

ISO26262:2018 第 11 部分全面概述功能安全相關(guān)半導(dǎo)體產(chǎn)品的研發(fā)項(xiàng)目。這些問題包括半導(dǎo)體元件整體描述及其發(fā)展和可能劃分。包括相關(guān)的硬件故障、錯(cuò)誤和故障模式。本發(fā)明也涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）特別是與 ISO 26262 有關(guān)的有一個(gè)或更多安全要求的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

安全、可靠應(yīng)該貫徹始終

但是現(xiàn)如今汽車電子產(chǎn)品的可靠性出現(xiàn)了越來越多的新問題，造成了整個(gè)供應(yīng)鏈的混亂局面，與此同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了一系列的問題，如數(shù)據(jù)不充分、定義不清晰、專業(yè)水平參差不齊等等。

例如大部分汽車芯片并不基于高級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研發(fā)。但那些需要大量計(jì)算能力才能在瞬間做出安全關(guān)鍵決策的技術(shù)，比如人工智能，將需要最高的可用密度。

由此而產(chǎn)生的可靠性問題在高級(jí)節(jié)點(diǎn)上主要被忽視了，因?yàn)槭褂蒙鲜黾夹g(shù)開發(fā)出的芯片多數(shù)之前都以消費(fèi)類電子或受控環(huán)境為對(duì)象。

同時(shí)，較新的制造工藝通常比已有的成熟和老工藝技術(shù)生產(chǎn)出更具缺陷的零部件。該缺陷密度大意味著制造后測(cè)試達(dá)到相同質(zhì)量水平時(shí)仍需達(dá)到更高的缺陷覆蓋率。

利用抽象邏輯故障模型產(chǎn)生測(cè)試序列進(jìn)行缺陷檢測(cè)的傳統(tǒng)方法已不完全適用。要使用高級(jí)過程節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜集成電路來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化級(jí)別的質(zhì)量級(jí)別，就需要測(cè)試模式生成理解缺陷如何以及在哪里被物理地揭露，并且必須知道這些缺陷在模擬意義上的行為，而不僅僅是數(shù)字意義上的行為。

例如使用 finFET 工藝前邏輯單元內(nèi)以及互連線內(nèi)缺陷對(duì)半分割普遍存在。當(dāng)finFET被提出時(shí)，相對(duì)于互連層而言，晶體管及相關(guān)邏輯單元制作工藝復(fù)雜度成比例增加。隨著更多晶體管技術(shù)被提出，這一差別有望延續(xù)至5nm，3nm和更低。

但所有的汽車電子產(chǎn)品，特別是安全關(guān)鍵部件和系統(tǒng)，現(xiàn)在都要在生產(chǎn)過程中和生產(chǎn)完成后進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試。

可靠性也存在一個(gè)與成本成正比的問題。在汽車安全關(guān)鍵部件和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，供應(yīng)鏈上下的每一個(gè)供應(yīng)商都要完成更多的環(huán)節(jié)，這就增加了更多的測(cè)試時(shí)間，繼而加大了成本。

眾所周知，汽車零部件的檢測(cè)是最復(fù)雜和最昂貴的檢測(cè)。現(xiàn)在人們都在想辦法削減成本，但汽車行業(yè)非常謹(jǐn)慎和有條理。

解決這個(gè)問題有兩種完全不同的想法。一種是采用系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，費(fèi)用比較昂貴，但是允許在實(shí)際系統(tǒng)背景中進(jìn)行測(cè)試。但是系統(tǒng)級(jí)測(cè)試是否真的能增加總體成本還不清楚，因?yàn)闇囟韧ǔＰ枰齻€(gè)不同的插入點(diǎn)而系統(tǒng)級(jí)測(cè)試可能只需要一個(gè)插入。

另一種方法是先關(guān)注成本，然后找出哪些測(cè)試是必要的，哪些測(cè)試是不必要的。

此外，并不是所有的錯(cuò)誤都是一樣的，也不是所有的錯(cuò)誤都是可以預(yù)測(cè)的。ISO 26262 識(shí)別系統(tǒng)故障，系統(tǒng)故障是我們可以發(fā)現(xiàn)、預(yù)測(cè)和修復(fù)的故障，而隨機(jī)故障則屬于“發(fā)生的事情”。

要使汽車系統(tǒng)可靠、安全，現(xiàn)在整個(gè)汽車供應(yīng)鏈必須融入一種安全文化，可靠性是根本，雖然沒有 100% 可靠。

同時(shí)，汽車供應(yīng)鏈關(guān)系正變得越來越復(fù)雜。

比如，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)半導(dǎo)體供應(yīng)商，需要開始和 OEM 制造商開始深入交流，而過去這些交流停留在 Tier1 層面；

另一方面，傳統(tǒng)半導(dǎo)體供應(yīng)商還可能需要和 Tier1 或 OEM 進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，而后者則可能自己生產(chǎn)芯片或?qū)Π雽?dǎo)體供應(yīng)商合作伙伴提出明確要求。

此外，還包括涌入汽車行業(yè)的數(shù)以千計(jì)的初創(chuàng)公司，它們?cè)谄囆袠I(yè)相對(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)。而 ISO 26262 要求在整個(gè)價(jià)值鏈中進(jìn)行高水平的協(xié)作和信息共享，這可能是新進(jìn)入者所不熟悉的。

過去供應(yīng)鏈采用瀑布模型，OEM 會(huì)給一級(jí)供應(yīng)商提供一個(gè)規(guī)范，然后他們?cè)贈(zèng)Q定涉及哪個(gè)二級(jí)供應(yīng)商，以此類推，直到 3 級(jí)和 4 級(jí)。

今天，這一進(jìn)程對(duì)汽車制造商來說已經(jīng)變得太慢了，信息溝通不足。許多汽車制造商都開始打破這一傳統(tǒng)價(jià)值鏈。他們開始直接接觸原始技術(shù)供應(yīng)商（過去可能是 Tier2 甚至是 Tier3），因?yàn)樗麄兿胫肋@項(xiàng)技術(shù)真正能做什么，特別是在尖端技術(shù)領(lǐng)域。

他們也想知道這些之前未直接對(duì)接的間接供應(yīng)商在做什么實(shí)驗(yàn)，以確保產(chǎn)品生命周期能持續(xù) 10 年以上。

而 Tier2 乃至 Tier3 對(duì)這些產(chǎn)品都很感興趣，因?yàn)樗麄冞€想了解最終用戶 OEM 究竟在使用這些產(chǎn)品干什么，應(yīng)在什么應(yīng)用條件下運(yùn)行？

縱觀汽車產(chǎn)業(yè)，科技是不斷變革的，安全可靠的標(biāo)準(zhǔn)也是越來越嚴(yán)。而對(duì)于那些到處喊著“車規(guī)級(jí)”的創(chuàng)業(yè)企業(yè)來說，坑蒙掛騙并不適用于汽車行業(yè)，相反恰恰是汽車行業(yè)“進(jìn)入門檻較高”的表現(xiàn)。

02 車規(guī)芯片 VS 消費(fèi)電子芯片

消費(fèi)電子芯片和車規(guī)芯片的設(shè)計(jì)考慮重點(diǎn)有很大不同，導(dǎo)致工藝制程也有很大不同。硬要比高低的話，像評(píng)論《天龍八部》中喬峰“降龍十八掌”和《倚天屠龍記》中張無忌“九陽神功”孰強(qiáng)孰弱，確實(shí)很難面面俱到，下面小編嘗試剖析一番，以饗讀者。

側(cè)重點(diǎn)有所不同

01 手機(jī)芯片：天下武功唯快不破

不管是手機(jī)，平板電腦，機(jī)頂盒還是智能穿戴設(shè)備消費(fèi)電子芯片，在研發(fā)階段都會(huì)考慮性能，功耗和成本等三個(gè)方面維度。

智能機(jī)時(shí)代芯片性能強(qiáng)與弱成為了評(píng)價(jià)一個(gè)型號(hào)優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)，不管是開黑王者榮耀，還是吃雞和平精英都可以用更強(qiáng)的 CPU 芯片來帶來極致游戲感受。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(gè)晶體管在高頻工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的動(dòng)態(tài)功耗、短路功耗和漏電功耗，如果不加以控制，不僅會(huì)出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤的結(jié)果，甚至可以把電路中某些環(huán)節(jié)會(huì)融合到一起而使得芯片無法修復(fù)。所以消費(fèi)電子除了追求性能外，還要兼顧功耗問題，不然很容易出現(xiàn)機(jī)身燙手、待機(jī)時(shí)間減少、使用體驗(yàn)下降等問題。

隨著芯片性能的日益強(qiáng)悍，芯片價(jià)格不斷上漲，在手機(jī)總成本中占據(jù)了越來越大的份額。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%；所以不管是從提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力或者是提升企業(yè)利潤(rùn)的角度來看，對(duì)芯片成本進(jìn)行控制是非常有必要的。

02 汽車芯片：穩(wěn)定壓倒一切

汽車芯片因其交通工具的特殊性而十分注重可靠性，安全性及長(zhǎng)效性！為何首推可靠性？由于車規(guī)芯片的特點(diǎn)：

1、車輛運(yùn)行環(huán)境惡劣

發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)溫度區(qū)間為 -40°C~150°C，所以車輛芯片要滿足這一較大溫度運(yùn)行區(qū)間，消費(fèi)芯片僅要滿足 0°C~70°C 的運(yùn)行環(huán)境。加之車輛行進(jìn)時(shí)會(huì)遇到較多振動(dòng)與沖擊，且車內(nèi)環(huán)境濕度大，粉塵大，侵蝕大等問題遠(yuǎn)超消費(fèi)芯片所需。

2、汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)壽命更長(zhǎng)

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(zhǎng)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。

3、安全在汽車芯片中格外重要

汽車芯片的安全主要由功能安全與信息安全兩個(gè)方面組成。

手機(jī)芯片死掉可以停機(jī)重新啟動(dòng)，但一旦汽車芯片宕機(jī)就有可能引發(fā)嚴(yán)重安全事故，這對(duì)于消費(fèi)者而言根本無從談起。因此，在汽車芯片設(shè)計(jì)時(shí)，首先要將功能安全放在架構(gòu)設(shè)計(jì)之初就成為車規(guī)芯片中極為重要的組成部分，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(gè)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)技術(shù)的推廣，信息安全變得越來越重要，汽車作為實(shí)時(shí)在線設(shè)備，其與網(wǎng)絡(luò)的溝通包括與車內(nèi)車載網(wǎng)絡(luò)溝通，都要加密數(shù)據(jù)，不然就有可能被黑客入侵。因此有必要預(yù)先將高性能加密校驗(yàn)?zāi)K嵌入到芯片內(nèi)部。

針對(duì)功能安全，國(guó)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：

4、汽車芯片設(shè)計(jì)還要考慮長(zhǎng)效性

手機(jī)芯片的發(fā)展基本遵循摩爾定律，每年都會(huì)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。但汽車開發(fā)周期較長(zhǎng)，新車型從研發(fā)到上市驗(yàn)證需要至少兩年的時(shí)間，意味著汽車芯片設(shè)計(jì)必須具有前瞻性，能夠滿足顧客今后 3 ~ 5 年內(nèi)的一種前瞻性需求。此外，隨著當(dāng)前汽車中軟件數(shù)量的不斷增加，從芯片開發(fā)角度看，不僅需要支持多個(gè)操作系統(tǒng)，而且還需要支持軟件中不斷迭代的要求。

所以車規(guī)級(jí)芯片表現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化周期長(zhǎng)、供應(yīng)體系閾值高等特點(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(dòng)零件）可靠度標(biāo)準(zhǔn)；遵從汽車電子、軟件功能安全國(guó)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；符合 ISO21434 網(wǎng)絡(luò)安全要求，合理保證車輛及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全；滿足零失效供應(yīng)鏈品質(zhì)管理準(zhǔn)則 IATF 16949 標(biāo)準(zhǔn)?；旧弦粋€(gè)芯片車規(guī)級(jí)認(rèn)證一般需要 3 - 5 年的時(shí)間，這對(duì)于芯片廠商來說是巨大的技術(shù)成本，生產(chǎn)成本和時(shí)間成本考驗(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。

使用的工藝制程不同

芯片制作時(shí)，減小芯片內(nèi)部電路間距離能將較少晶體管塞到較少芯片上，使其運(yùn)算性能較強(qiáng)，同時(shí)也能帶來降低功耗。所以從早期微米到晚期納米芯片對(duì)制程工藝大小十分重視。然而制程不可能無限地收縮，電晶體收縮至約 20 納米時(shí)會(huì)遭遇量子物理上的困擾，晶體管漏電，抵消了收縮柵極長(zhǎng)度所帶來的好處。為了解決這個(gè)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(chǎng)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)。

傳統(tǒng)車用芯片的制備，因汽車自身空間大，集成度要求不如手機(jī)這種消費(fèi)電子迫切。加之車用芯片以發(fā)電機(jī)，底盤，安全和車燈控制等為核心的低算力領(lǐng)域使得汽車芯片并沒有象消費(fèi)電子芯片那樣狂熱地追逐高級(jí)制程工藝，而是傾向于優(yōu)先選擇成熟的制程工藝。不過隨著汽車智能化的發(fā)展，更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛對(duì)高算力的急迫需求，將推動(dòng)著汽車算力平臺(tái)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(tái)。

國(guó)產(chǎn)汽車芯片的未來

曾幾何時(shí)，汽車芯片市場(chǎng)因其市場(chǎng)規(guī)模的限制而變得十分小眾，所以很少有外來入局者進(jìn)入，數(shù)十年間都為恩智浦，德州儀器和瑞薩半導(dǎo)體這些汽車芯片巨頭壟斷著。隨著汽車電子化和智能化水平的不斷提高，汽車電子系統(tǒng)的市場(chǎng)規(guī)模在逐年增大，三星，英特爾，高通，英偉達(dá)，賽靈思等頂尖芯片企業(yè)相繼涉足汽車芯片領(lǐng)域，同樣給我國(guó)企業(yè)營(yíng)造出一種‘變中求機(jī)’的局面。

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(jí) MCU 芯片訂單，標(biāo)志國(guó)內(nèi)首款通過AEC-100 Grade1 的車規(guī)級(jí) MCU 正式量產(chǎn)上市，打破國(guó)外的技術(shù)壟斷。

在主控芯片方面，華為以昇騰，昇騰和麒麟等系列芯片為核心，完整地布局汽車智能計(jì)算平臺(tái)，地平線則率先量產(chǎn) AI 芯片上車。

車載存儲(chǔ)芯片方面兆易創(chuàng)新和合肥長(zhǎng)鑫緊密合作，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(guó)產(chǎn)化車規(guī)存儲(chǔ)器解決方案；宏旺半導(dǎo)體推出 eMMC/DDR/LPDDR/SSD/DIMM 等嵌入式存儲(chǔ)、移動(dòng)存儲(chǔ)，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(guó)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(jí)模組 DMD3A 量產(chǎn)。國(guó)外公司高通和國(guó)內(nèi)模組廠商如高新興和移遠(yuǎn)通信的廣泛合作促進(jìn)了 C-V2X 芯片組的推廣和應(yīng)用，Autotalks 也積極和大唐及其他國(guó)內(nèi)廠商開展 C-V2X 芯片的互操作實(shí)驗(yàn)。

在功率芯片領(lǐng)域，MOSFET 方面，聞泰科技占據(jù)全球4%的市場(chǎng)份額，華潤(rùn)微電子在國(guó)內(nèi) MOSFET 市場(chǎng)占比 8.7%；IGBT，國(guó)內(nèi)公司以株洲中車時(shí)代電氣，比亞迪，斯達(dá)股份和上海先進(jìn)為主。

從整體上看，中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)起步晚、基礎(chǔ)差，在車規(guī)級(jí)研發(fā)與量產(chǎn)應(yīng)用過程中也面臨著很多限制。國(guó)外芯片巨頭依然占領(lǐng)中國(guó)本土車用半導(dǎo)體芯片市場(chǎng)國(guó)內(nèi)公司技術(shù)積累，資金和人才都不能和國(guó)際巨頭競(jìng)爭(zhēng)大環(huán)境，中國(guó)汽車芯片產(chǎn)業(yè)要想取得突破并走向強(qiáng)盛，不是一蹴而就的，必須立足于現(xiàn)在，按照行業(yè)發(fā)展客觀規(guī)律辦事，謹(jǐn)防畢其功于一役投機(jī)思維，防止出現(xiàn)投資過熱、盲目低水平重復(fù)建設(shè)等問題，抓住智能網(wǎng)聯(lián)與新能源的發(fā)展契機(jī)，才有可能由單點(diǎn)突破向生態(tài)突圍轉(zhuǎn)變。

在中國(guó)智能汽車市場(chǎng)蓬勃發(fā)展、國(guó)家支持***企業(yè)蓬勃發(fā)展的大背景下，我們堅(jiān)信：中“芯”火，一定會(huì)燎原！

03 車規(guī)級(jí)芯片分類

一輛汽車需要哪些半導(dǎo)體器件？

若只考慮汽車行駛所需芯片呢？

傳統(tǒng)汽車 VS 智能電動(dòng)車核心部件對(duì)比

汽車芯片按功能主要分為計(jì)算與控制芯片、傳感器芯片、功率半導(dǎo)體、模擬和通信芯片、存儲(chǔ)芯片等種類。

計(jì)算與控制芯片

主要用于計(jì)算分析和決策。傳統(tǒng)汽車分布式 E/E 架構(gòu)下 ECU 控制單一功能，用 MCU 芯片即可滿足要求，而汽車域集中架構(gòu)下的域控制器（DCU）和中央集中式架構(gòu)下的中央計(jì)算機(jī)則需要 SOC 芯片。

MCU / SOC 計(jì)算核心分為 CPU、GPU、DSP、ASIC、FPGA 等多種。

MCU 又稱單片機(jī)，一般只包含 CPU 一個(gè)處理單元，MCU = CPU + 存儲(chǔ) +接口單元；

SOC 是系統(tǒng)級(jí)芯片，一般包含多個(gè)處理單元，例如：SOC 可為 CPU + GPU +DSP + NPU + 存儲(chǔ) + 接口單元。

CPU、GPU、DSP 屬于通用處理芯片：

》 CPU 是中央處理器，擅長(zhǎng)處理邏輯控制；

》 GPU 善于處理圖像信號(hào)；

》 DSP 善于處理數(shù)字信號(hào)。

ASIC 是專用處理器芯片，F(xiàn)PGA是“半專用”處理器芯片。

MCU、SOC 主要布局企業(yè)有：

傳感器芯片

主要負(fù)責(zé)車身狀態(tài)和外界環(huán)境的感知和采集。傳統(tǒng)汽車車用傳感器主要有 8 種：壓力傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、角度傳感器、流感傳感器、氣體傳感器和液位傳感器，而智能電動(dòng)車還包括 CIS、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、MEMS 等半導(dǎo)體產(chǎn)品。

智能傳感器主要布局企業(yè)有：

功率半導(dǎo)體

主要負(fù)責(zé)功率轉(zhuǎn)換，多用于電源和接口。例如：IGBT功率芯片、MOSFET等。目前電動(dòng)車（不含 48VMHEV）系統(tǒng)架構(gòu)中涉及到功率器件的組件包括：電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的主逆變器、車載充電系統(tǒng)（OBC）、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（DC-DC）和非車載充電樁。

IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor），中文名稱絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT 和 MOSFET 組成的復(fù)合功率半導(dǎo)體器件，同時(shí)具備 MOSFET 開關(guān)速度高、輸入阻抗高、控制功率低、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開關(guān)損耗小的優(yōu)點(diǎn)。

MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor-金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）是一種半導(dǎo)體器件，廣泛用于開關(guān)目的和電子設(shè)備中電子信號(hào)的放大。

SiC 是由硅（Si）和碳（C）組成的化合物半導(dǎo)體材料，是目前在電力電子領(lǐng)域發(fā)展最快的功率半導(dǎo)體器件之一。

功率半導(dǎo)體主要布局企業(yè)有：

模擬及通信芯片

模擬芯片主要處理連續(xù)的聲、光、電、速度等自然模擬信號(hào)的集成電路，通訊芯片主要用于總線控制、藍(lán)牙/WiFi等方面。

模擬 IC 主要布局企業(yè)有：

存儲(chǔ)類芯片

主要用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。DRAM、NAND Flash 是車載存儲(chǔ)芯片主流產(chǎn)品。

存儲(chǔ)類芯片主要布局企業(yè)有：

04 一圖總結(jié)

審核編輯 ：李倩