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行業動態

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為什么造一顆車規級芯片這么難?

2022-11-15 來源:電子發燒友 瀏覽量:3313

車規級芯片,顧名思義,就是要符合一定的技術上車標準。也是“車規”這兩個字,從根本上限制了一個芯片從生產到檢測的長周期流程。

一輛智能汽車會搭載上千個芯片,包括功能芯片,主控芯片(智能座艙、自動駕駛等SoC芯片)、傳感器芯片等等,滿足車規級,意味著芯片質量和壽命更高,技術門檻更高。

CORPORATE CULTURE

01
車規,一場技術進步與量產上車的賽跑

車規級難度最大的就是自動駕駛芯片。除了生產流程要符合車規,被開發出的芯片通常還要經過3-5年的驗證周期。通過車規驗證的芯片才能上車,這個周期是無法跳過的。

在漫長的周期里,芯片企業還要緊跟高端化制程的腳步,如果等到友商的先進制程芯片發布了才投入研發,那意味著在通過車規的漫長時間里,將會遠遠落后于競爭對手了。

所以說,對于自動駕駛芯片企業來說,既要耐得住寂寞,又要加速研發的腳步。量產芯片出來了,更高算力的芯片也必須提上日程。

除了與友商拼速度,對于中國本土自動駕駛芯片企業來說,在2025年之前進入主機廠供應鏈體系,也是決定生存的關鍵時間節點。黑芝麻智能CMO楊宇欣說,2025年之前如果能上車,進入汽車廠商供應鏈體系,未來的機會很多,如果2025上不了車,跟你相同領域的其他人上了車,基本上機會就非常小了。而拿下客戶的首要條件當然還是過車規。

因為符合車規級的自動駕駛芯片寥寥,加上如今車企在智能駕駛的開發速度上不斷提速,行業中有一種說法:每增加一級自動駕駛等級,算力需求十數倍上升,這也讓大算力的自動駕駛芯片成為熱門的搶手貨。

但是,制程越先進,算力越高,車規越難。智能汽車發布會上,英偉達Orin、高通8155幾乎成為硬通貨。而國產芯片的使用率還僅僅只有3%,也就是說,現在量產車里用了國產自動駕駛芯片的企業還非常非常少。

32052bdab9aedbdc7ffe587ec97e8b54.jpg圖源:源于網絡

中國芯片企業當然在拼命追趕,并且,我們也看到一批車規級芯片已經通過驗證,開始了量產上車階段。最近,美國對英偉達提出的芯片禁令雖然沒有涉及到汽車芯片,但是它仍然成為懸在中國車企頭上的一把刀。

實現國產化替代正在成為中國車企避免芯片卡脖子的突破口。只不過,這其中還有很長的探索期,還有每年上億美金的投入。

02
設計、制造、認證,通過車規有多難

那么,我們不妨先來看看,國產芯片企業究竟是怎樣爬過車規這座大山的?

從產品設計、流片、封測、車規認證和打造算法工具鏈,到功能安全認證,自動駕駛軟件包開發再到完善支持行業生態,這是一個車規級芯片需要經過的完成流程。

在芯片設計階段,一個車規芯片在設計之初要符合很多相應的流程認證。比如設計階段就要過設計流程的認證,人員的認證,包括服務器都是有比較嚴苛的要求。

同時,自動駕駛芯片還包括很多自研的IP(芯片中具有獨立功能的電路模塊的成熟設計)和外部購買的IP,這些也需要車規認證,這個階段結束,芯片才可以交給代工廠生產。生產流程的車規,是繞不開的臺積電。

因為生產流程需要符合車規,也就是說,中國芯片企業在短時間內無法通過自建工廠的形式來滿足這一條件,尤其是自動駕駛芯片,涉及到的生產工藝非常復雜,這意味著即便具備研發能力,設計出來的芯片也要交由臺積電代工。

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圖源:源于網絡

著名的英偉達Orin,采用的就是臺積電的7nm工藝,臺積電幾乎處于芯片代工的壟斷地位。同時,臺積電的不同工廠對于車規級芯片的生產能力是不一樣的,這意味著車規級芯片在臺積電不能轉廠,包括生產期間的人員培訓等等,都會比消費類芯片更加嚴格。而臺積電的產能,決定了一個車規級芯片的生產效率。

在樣片到量產之間,還要經過復雜的認證,包括功能安全專家認證、功能安全流程認證和產品認證,這個周期可能還需要兩年的時間。

2022年初,A1000 完成了ASIL-B功能安全產品認證和AEC-Q100 Grade 2認證,是行業內首個完成該認證的國產大算力芯片。

AEC-Q100認證是針對芯片本身的功能安全認證,需要通過獨立第三方公司做非常嚴格的測試和認證,比如加速環境應力可靠性,加速壽命模擬可靠性、缺陷篩查等等,目的是保證芯片的安全可靠。

通過車規認證意味著需要投入大量的芯片進行測試。

對于芯片來說,車規的難點就在于汽車所經歷的使用環境比消費類電子要嚴苛很多,另外一點車規的供貨周期要保證,芯片有十年穩定的供應,并且保證十五年之內芯片不會出任何問題。種種這些嚴苛的條件決定了汽車芯片在設計、制造、封裝等等一系列的環節都需要經過嚴苛測試,并且需要過很長的認證流程。

比如芯片的老化實驗就需要數千小時的測試才能完成,這意味著這一項測試需要的時間就達到半年甚至是一年。造車企業都不想自己融合了更多技術、算法的智能駕駛方案,因為芯片的可靠性問題被召回。

車規是芯片國產化的重要一步,邁過這一步,我們才能離高端芯片的國產化替代越來越近。

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