一文詳解何為「車規(guī)芯片」

近幾年，汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動化迅速發(fā)展，汽車對于芯片的需求無論在數(shù)量上還是性能上都快速增長。當下，搭載好的芯片，汽車才會更有競爭力，整車廠對汽車芯片的關(guān)注也達到了空前的高度。

最高性能車規(guī)MCU即將發(fā)布

“車規(guī)時代”到來

“缺芯潮”中，MCU控制芯片是對車廠挑戰(zhàn)最大的產(chǎn)品，尤其高性能、高可靠、高安全的車規(guī)控制芯片，而這塊市場此前一直是國際大廠的天下，國內(nèi)創(chuàng)新企業(yè)尚是空白。

然而，車規(guī)半導(dǎo)體企業(yè)芯馳科技日前披露了一個振奮人心的信息：即將推出一款高可靠，高安全，高性能，廣覆蓋，功能安全等級為ISO 26262 ASIL D級的車控MCU E3；這款控制芯片據(jù)稱可覆蓋汽車車身、底盤、動力、BMS、網(wǎng)關(guān)、T-Box等各項應(yīng)用，目前已有近20家車廠和Tier1開展了基于它的應(yīng)用開發(fā)。根據(jù)芯馳科技的數(shù)據(jù)，該芯片在性能上超越了當前世界上已經(jīng)推出的各種MCU，應(yīng)該是當前世界上性能最好的MCU控制芯片之一。公布時間即將到來，具體狀況如何還有待芯馳官方進一步了解。

在MCU E3推出的同時，芯馳科技在智能座艙，智能駕駛，智能網(wǎng)關(guān)和安全控制等全線產(chǎn)品上也會形成得天獨厚的平臺化和全場景優(yōu)勢。

在性能上有所突破之外，與車規(guī)相符與否亦是車廠十分關(guān)注的一個領(lǐng)域。據(jù)了解，芯馳作為國內(nèi)第一家獲得“四證”車規(guī)級芯片的公司，早于2019年便成為中國第一家獲得ISO 26262-2018 ASIL D流程認證公司，并以X9智能座艙+G9智能網(wǎng)關(guān)+V9智能駕駛3款芯片，首奪AEC-Q100 Grade-2產(chǎn)品可靠性認證及ISO 26262 ASIL B型功能安全認證，G9網(wǎng)關(guān)芯片為我國最早通過國密認證車規(guī)SoC芯片之一。

到底何為車規(guī)級芯片？

“車規(guī)”的關(guān)注度，正變得越來越高，但何為真正意義上的車規(guī)級芯片？市場聲音仍有些嘈雜，有的廠商通過AEC-Q100認證就聲稱達到車規(guī)級，有的認為還需要通過ISO 26262認證。還有廠商宣稱自己通過了相關(guān)認證，但實際測試過程中，表現(xiàn)卻不達標，又是什么原因？為何“車規(guī)”如此重要？車廠如此看重？對于以上問題，下文會逐一介紹。

相對于其他消費級工業(yè)電子元件，汽車電子元件需要面對更苛刻的外部工作環(huán)境，使用壽命要求更長，可靠性和安全性要求更高。

“車規(guī)認證”即是針對這些使用場景特點，對汽車芯片的生產(chǎn)流程和產(chǎn)品設(shè)定了相關(guān)認證要求，滿足所有要求，才能通過“車規(guī)認證”。而車規(guī)級芯片，是指完全滿足所有“車規(guī)認證”要求，并通過第三方認證機構(gòu)認證的汽車芯片。

那么，真正的車規(guī)級芯片到底要經(jīng)過哪些相應(yīng)的認證？具體的指標和維度有哪些？目前，業(yè)界較為通用的芯片車規(guī)認證標準主要有可靠性標準AEC-Q系列、功能安全標準ISO 26262。一般通過這兩項標準的認定，才能稱為“車規(guī)級芯片”。

AEC-Q100：芯片前裝上車的“基本門檻”

AEC-Q系列作為以可靠性評估為主的標準，對汽車電子可靠性試驗系列標準進行了詳盡的規(guī)定。其中被業(yè)界廣泛認知的AEC-Q100就是根據(jù)失效機理對集成電路進行應(yīng)力測試識別，它是一種適合車用芯片全面可靠性試驗的方法，同時也為汽車行業(yè)零部件供應(yīng)商提供了一個重要的生產(chǎn)指導(dǎo)。經(jīng)AEC-Q100檢測，可確保芯片在使用過程中的長期可靠性和能用性，也就是不會受到損傷。

通過AEC-Q100可靠性認證試驗條件，需要多輪驗證，過程中更注重多方協(xié)作（晶圓廠，封測廠與產(chǎn)業(yè)鏈其他企業(yè)合作），周期一般較長。芯片設(shè)計廠商在產(chǎn)品設(shè)計階段需把可靠性要求置于極高的優(yōu)先地位，才能保證產(chǎn)品達到環(huán)境應(yīng)力提速驗證和壽命提速仿真驗證要求、封裝驗證等等苛刻的要求也就需要芯片廠商對車規(guī)芯片進行充分而又成功的制造，以便能夠在早期各個環(huán)節(jié)都能到位，確保在驗證上符合各項標準與要求。

ISO 26262：汽車供應(yīng)鏈的“準入門票”

僅僅保障“能用”、“不損壞”顯然是不夠的，真正的“車規(guī)級芯片”需滿足對功能安全機制的考量和認證，隨著智能駕駛/無人駕駛的逐步落地，越來越多的汽車零部件加強了對功能安全的需求，而ISO 26262則是全面規(guī)范汽車零部件以及芯片功能安全的基本規(guī)則。功能安全強調(diào)的是保障功能正常，不會出現(xiàn)突發(fā)問題，能夠正常報警、安全執(zhí)行，是能力層面的保障。業(yè)內(nèi)對于功能安全的認證較多使用ISO 26262《道路車輛功能安全》國際標準。所以通過這一標準的認證，也已成為時下汽車供應(yīng)鏈廠商們的準入規(guī)則。

ISO 26262除了關(guān)注控制隨機硬件失效外，還關(guān)注避免系統(tǒng)性失效的發(fā)生，系統(tǒng)性失效其實占到了“失效”的大部分，很多問題都是由系統(tǒng)性失效造成的，其背后原因各有不同，可能是沒有遵照最佳實踐的一些準則，或者沒有及時的進行同行評審等。

ISO 26262功能安全認證主要有功能安全過程認證與功能安全產(chǎn)品認證兩種形式，汽車行業(yè)發(fā)展過程中需要有過程作為支持，以便按照過程制作出能夠滿足過程標準要求的產(chǎn)品。所以，想要研發(fā)出能夠通過ISO 26262驗證的產(chǎn)品首先必須通過ISO 26262功能安全過程驗證。而且只有經(jīng)過這兩個環(huán)節(jié)的驗證才能算全面通過ISO 26262的功能安全驗證。

功能安全過程認證以功能安全管理體系為核心，必須遵循已通過鑒定的過程來進行產(chǎn)品開發(fā)，能夠有效地避免系統(tǒng)性失效和提高產(chǎn)品質(zhì)量，它是一種以過程為對象的驗證。

功能安全產(chǎn)品認證更加側(cè)重于檢查產(chǎn)品自身安全架構(gòu)設(shè)計，安全特性以及安全覆蓋范圍等方面，并對整個體系進行危害分析與風險評估，并且要求安全機制必須滿足相應(yīng)的功能安全等級（ASIL），同時需要額外的自我診斷和其他功能。

功能安全等級ASIL從低到高可分為A/B/C/D四個等級，等級越高對安全性的要求越高，對開發(fā)流程和技術(shù)的要求也越嚴格，每個等級都有相對應(yīng)的標準，需滿足這一等級所有標準要求，才算是通過了該等級的認證。

芯馳科技率先通過了功能安全流程ASIL D級別的認證，隨后其X9座艙芯片/G9網(wǎng)關(guān)芯片/V9自動駕駛三款芯片經(jīng)過行業(yè)權(quán)威認證機構(gòu)德國萊茵TüV評估，認定其從避免系統(tǒng)性失效和控制隨機硬件失效方面，均完全符合ISO 26262 ASIL B級別的標準要求，即也通過ASIL B功能安全產(chǎn)品認證。芯馳科技也是國內(nèi)首家達成這一目標的車規(guī)處理器企業(yè)。

值得注意的是，一般產(chǎn)品認證等級不會高于流程認證等級，例如不太可能功能安全流程認證等級是ASIL B，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品等級是ASIL D，如果想生產(chǎn)功能安全通過ASIL D等級認證的產(chǎn)品，那該廠商一定已經(jīng)通過了功能安全流程ASIL D等級的認證。芯馳科技是完全符合這一順序的，其很早就通過了ASIL D級別的功能安全流程認證，也為近期即將發(fā)布的 ASIL D級別MCU打好了基礎(chǔ)。

為了獲得ISO 26262認證，芯片廠商也需要在芯片設(shè)計開始時針對相應(yīng)的標準展開設(shè)計，其中包括對芯片全生命周期功能安全的要求，覆蓋了安全需求規(guī)劃，設(shè)計，執(zhí)行，整合，認證，確認與分配。

盡管這一標準并不是世界范圍內(nèi)強制性的，但是在某些功能安全要求高的零件中，整車廠與Tier1平臺化選擇，未經(jīng)過ISO 26262驗證的產(chǎn)品和廠家基本上難以被接受，因此這一標準已逐步成為汽車供應(yīng)鏈廠家的“準入門票”。

需要注意的是汽車不同地區(qū)所用芯片對安全等級需求不一，通常以該地區(qū)對功能安全需求最大的功能作為總體需求等級。比如儀表盤需滿足ASIL B級，由于其具有報錯的功能，一旦汽車的某一部分發(fā)生故障而儀表盤上的報警燈又沒有提示的話，汽車的安全機制就不能正常運行了，將產(chǎn)生極大安全風險，因此應(yīng)確保儀表盤錯誤報警信息能夠被安全、可靠地顯示。

而且就算是同樣是ISO 26262 ASIL某一級別的驗證，實際上也存在著差異，存在著車規(guī)“預(yù)備”與“完全”過關(guān)兩種情況。市面上有很多智能汽車芯片廠商鼓吹已獲得ASIL X級認證，但是這里面還是符合一些ISO 26262的標準，即ASIL X Ready認證，這一級別的認證其實更確切的說法叫車規(guī)“預(yù)備”，一般以符合“控制隨機硬件故障”方面的要求為主；也可能只拿下流程認證，尚未通過產(chǎn)品功能安全認證。因此就會出現(xiàn)廠家說是認證合格，但在實際檢測時卻沒有合格。

綜上所述，真正意義上的車規(guī)級芯片通常需要經(jīng)過可靠性測試認證加功能安全流程認證加功能安全產(chǎn)品認證才算完全符合車規(guī)認證的各項要求，才算得上是“車規(guī)級芯片”。

機會窗口到來

行業(yè)迎接創(chuàng)新企業(yè)

這兩年，國內(nèi)汽車芯片行業(yè)發(fā)展迅速，國產(chǎn)半導(dǎo)體廠商紛紛加大車規(guī)級產(chǎn)品的推進力度。然而，車規(guī)級芯片在開發(fā)和認證過程中需要花費較多的時間，一款芯片完成車規(guī)級認證，一般需要用2年左右的時間，大量的驗證工作使得車規(guī)級芯片投入周期長、導(dǎo)入難度大，嚴苛的要求將眾多國產(chǎn)半導(dǎo)體廠商擋在了門外。即使是當前市場上熱門的高性能智能座艙芯片高通驍龍8155也只宣傳通過了AEC-Q100 Grade-3認證，暫未通過ISO 26262認證。而目前，芯馳科技已沖出藩籬，成為了第一家通過可靠性測試認證+功能安全流程認證+功能安全產(chǎn)品認證的創(chuàng)新車規(guī)處理器企業(yè)，并獲得了市場廣泛認可。

芯片創(chuàng)新企業(yè)有很多，芯馳憑什么能夠如此迅速呢？通過對他們團隊背景的分析可以得知，芯馳團隊平均有著10-20年深厚的量產(chǎn)經(jīng)驗積累，而半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)，大量成功的量產(chǎn)經(jīng)驗正是芯片設(shè)計并順利量產(chǎn)最重要的保證。據(jù)報道，芯馳現(xiàn)在還參與了很多車規(guī)級芯片的標準制定。

汽車作為一種生命周期較長的物品，同時也和人身安全緊密相關(guān)，在可靠性，安全性等要求標準方面都需極為苛刻，因此通過車規(guī)級認證是非常重要也是非常有必要的。從整體上看，中國車規(guī)芯片企業(yè)在目前市場環(huán)境與潮流中正面臨著不可多得的發(fā)展契機，但是要走得更遠，只有在安全可靠方面扎扎實實地做下去才是正途。