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行業(yè)動(dòng)態(tài)

為什么造一顆車規(guī)級(jí)芯片這么難?

2022-11-14 來源:電子發(fā)燒友 瀏覽量:8865

車規(guī)級(jí)芯片,顧名思義,就是要符合一定的技術(shù)上車標(biāo)準(zhǔn)。也是“車規(guī)”這兩個(gè)字,從根本上限制了一個(gè)芯片從生產(chǎn)到檢測的長周期流程。

一輛智能汽車會(huì)搭載上千個(gè)芯片,包括功能芯片,主控芯片(智能座艙、自動(dòng)駕駛等SoC芯片)、傳感器芯片等等,滿足車規(guī)級(jí),意味著芯片質(zhì)量和壽命更高,技術(shù)門檻更高。

CORPORATE CULTURE

01
車規(guī),一場技術(shù)進(jìn)步與量產(chǎn)上車的賽跑

車規(guī)級(jí)難度最大的就是自動(dòng)駕駛芯片。除了生產(chǎn)流程要符合車規(guī),被開發(fā)出的芯片通常還要經(jīng)過3-5年的驗(yàn)證周期。通過車規(guī)驗(yàn)證的芯片才能上車,這個(gè)周期是無法跳過的。

在漫長的周期里,芯片企業(yè)還要緊跟高端化制程的腳步,如果等到友商的先進(jìn)制程芯片發(fā)布了才投入研發(fā),那意味著在通過車規(guī)的漫長時(shí)間里,將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于競爭對(duì)手了。

所以說,對(duì)于自動(dòng)駕駛芯片企業(yè)來說,既要耐得住寂寞,又要加速研發(fā)的腳步。量產(chǎn)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(duì)于中國本土自動(dòng)駕駛芯片企業(yè)來說,在2025年之前進(jìn)入主機(jī)廠供應(yīng)鏈體系,也是決定生存的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)。黑芝麻智能CMO楊宇欣說,2025年之前如果能上車,進(jìn)入汽車廠商供應(yīng)鏈體系,未來的機(jī)會(huì)很多,如果2025上不了車,跟你相同領(lǐng)域的其他人上了車,基本上機(jī)會(huì)就非常小了。而拿下客戶的首要條件當(dāng)然還是過車規(guī)。

因?yàn)榉宪囈?guī)級(jí)的自動(dòng)駕駛芯片寥寥,加上如今車企在智能駕駛的開發(fā)速度上不斷提速,行業(yè)中有一種說法:每增加一級(jí)自動(dòng)駕駛等級(jí),算力需求十?dāng)?shù)倍上升,這也讓大算力的自動(dòng)駕駛芯片成為熱門的搶手貨。

但是,制程越先進(jìn),算力越高,車規(guī)越難。智能汽車發(fā)布會(huì)上,英偉達(dá)Orin、高通8155幾乎成為硬通貨。而國產(chǎn)芯片的使用率還僅僅只有3%,也就是說,現(xiàn)在量產(chǎn)車?yán)镉昧藝a(chǎn)自動(dòng)駕駛芯片的企業(yè)還非常非常少。

32052bdab9aedbdc7ffe587ec97e8b54.jpg圖源:源于網(wǎng)絡(luò)

中國芯片企業(yè)當(dāng)然在拼命追趕,并且,我們也看到一批車規(guī)級(jí)芯片已經(jīng)通過驗(yàn)證,開始了量產(chǎn)上車階段。最近,美國對(duì)英偉達(dá)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(shí)現(xiàn)國產(chǎn)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(shè)計(jì)、制造、認(rèn)證,通過車規(guī)有多難

那么,我們不妨先來看看,國產(chǎn)芯片企業(yè)究竟是怎樣爬過車規(guī)這座大山的?

從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、流片、封測、車規(guī)認(rèn)證和打造算法工具鏈,到功能安全認(rèn)證,自動(dòng)駕駛軟件包開發(fā)再到完善支持行業(yè)生態(tài),這是一個(gè)車規(guī)級(jí)芯片需要經(jīng)過的完成流程。

在芯片設(shè)計(jì)階段,一個(gè)車規(guī)芯片在設(shè)計(jì)之初要符合很多相應(yīng)的流程認(rèn)證。比如設(shè)計(jì)階段就要過設(shè)計(jì)流程的認(rèn)證,人員的認(rèn)證,包括服務(wù)器都是有比較嚴(yán)苛的要求。

同時(shí),自動(dòng)駕駛芯片還包括很多自研的IP(芯片中具有獨(dú)立功能的電路模塊的成熟設(shè)計(jì))和外部購買的IP,這些也需要車規(guī)認(rèn)證,這個(gè)階段結(jié)束,芯片才可以交給代工廠生產(chǎn)。生產(chǎn)流程的車規(guī),是繞不開的臺(tái)積電。

因?yàn)樯a(chǎn)流程需要符合車規(guī),也就是說,中國芯片企業(yè)在短時(shí)間內(nèi)無法通過自建工廠的形式來滿足這一條件,尤其是自動(dòng)駕駛芯片,涉及到的生產(chǎn)工藝非常復(fù)雜,這意味著即便具備研發(fā)能力,設(shè)計(jì)出來的芯片也要交由臺(tái)積電代工。

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圖源:源于網(wǎng)絡(luò)

著名的英偉達(dá)Orin,采用的就是臺(tái)積電的7nm工藝,臺(tái)積電幾乎處于芯片代工的壟斷地位。同時(shí),臺(tái)積電的不同工廠對(duì)于車規(guī)級(jí)芯片的生產(chǎn)能力是不一樣的,這意味著車規(guī)級(jí)芯片在臺(tái)積電不能轉(zhuǎn)廠,包括生產(chǎn)期間的人員培訓(xùn)等等,都會(huì)比消費(fèi)類芯片更加嚴(yán)格。而臺(tái)積電的產(chǎn)能,決定了一個(gè)車規(guī)級(jí)芯片的生產(chǎn)效率。

在樣片到量產(chǎn)之間,還要經(jīng)過復(fù)雜的認(rèn)證,包括功能安全專家認(rèn)證、功能安全流程認(rèn)證和產(chǎn)品認(rèn)證,這個(gè)周期可能還需要兩年的時(shí)間。

2022年初,A1000 完成了ASIL-B功能安全產(chǎn)品認(rèn)證和AEC-Q100 Grade 2認(rèn)證,是行業(yè)內(nèi)首個(gè)完成該認(rèn)證的國產(chǎn)大算力芯片。

AEC-Q100認(rèn)證是針對(duì)芯片本身的功能安全認(rèn)證,需要通過獨(dú)立第三方公司做非常嚴(yán)格的測試和認(rèn)證,比如加速環(huán)境應(yīng)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(guī)認(rèn)證意味著需要投入大量的芯片進(jìn)行測試。

對(duì)于芯片來說,車規(guī)的難點(diǎn)就在于汽車所經(jīng)歷的使用環(huán)境比消費(fèi)類電子要嚴(yán)苛很多,另外一點(diǎn)車規(guī)的供貨周期要保證,芯片有十年穩(wěn)定的供應(yīng),并且保證十五年之內(nèi)芯片不會(huì)出任何問題。種種這些嚴(yán)苛的條件決定了汽車芯片在設(shè)計(jì)、制造、封裝等等一系列的環(huán)節(jié)都需要經(jīng)過嚴(yán)苛測試,并且需要過很長的認(rèn)證流程。

比如芯片的老化實(shí)驗(yàn)就需要數(shù)千小時(shí)的測試才能完成,這意味著這一項(xiàng)測試需要的時(shí)間就達(dá)到半年甚至是一年。造車企業(yè)都不想自己融合了更多技術(shù)、算法的智能駕駛方案,因?yàn)樾酒目煽啃詥栴}被召回。

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

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