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为什么造一颗车规级芯片这么难?

2022-11-15 来源:电子发烧友 浏览量:2536

车规级芯片,顾名思义,就是要符合一定的技术上车标准。也是“车规”这两个字,从根本上限制了一个芯片从生产到检测的长周期流程。

一辆智能汽车会搭载上千个芯片,包括功能芯片,主控芯片(智能座舱、自动驾驶等SoC芯片)、传感器芯片等等,满足车规级,意味着芯片质量和寿命更高,技术门槛更高。

CORPORATE CULTURE

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车规,一场技术进步与量产上车的赛跑

车规级难度最大的就是自动驾驶芯片。除了生产流程要符合车规,被开发出的芯片通常还要经过3-5年的验证周期。通过车规验证的芯片才能上车,这个周期是无法跳过的。

在漫长的周期里,芯片企业还要紧跟高端化制程的脚步,如果等到友商的先进制程芯片发布了才投入研发,那意味着在通过车规的漫长时间里,将会远远落后于竞争对手了。

所以说,对于自动驾驶芯片企业来说,既要耐得住寂寞,又要加速研发的脚步。量产芯片出来了,更高算力的芯片也必须提上日程。

除了与友商拼速度,对于中国本土自动驾驶芯片企业来说,在2025年之前进入主机厂供应链体系,也是决定生存的关键时间节点。黑芝麻智能CMO杨宇欣说,2025年之前如果能上车,进入汽车厂商供应链体系,未来的机会很多,如果2025上不了车,跟你相同领域的其他人上了车,基本上机会就非常小了。而拿下客户的首要条件当然还是过车规。

因为符合车规级的自动驾驶芯片寥寥,加上如今车企在智能驾驶的开发速度上不断提速,行业中有一种说法:每增加一级自动驾驶等级,算力需求十数倍上升,这也让大算力的自动驾驶芯片成为热门的抢手货。

但是,制程越先进,算力越高,车规越难。智能汽车发布会上,英伟达Orin、高通8155几乎成为硬通货。而国产芯片的使用率还仅仅只有3%,也就是说,现在量产车里用了国产自动驾驶芯片的企业还非常非常少。

32052bdab9aedbdc7ffe587ec97e8b54.jpg图源:源于网络

中国芯片企业当然在拼命追赶,并且,我们也看到一批车规级芯片已经通过验证,开始了量产上车阶段。最近,美国对英伟达提出的芯片禁令虽然没有涉及到汽车芯片,但是它仍然成为悬在中国车企头上的一把刀。

实现国产化替代正在成为中国车企避免芯片卡脖子的突破口。只不过,这其中还有很长的探索期,还有每年上亿美金的投入。

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设计、制造、认证,通过车规有多难

那么,我们不妨先来看看,国产芯片企业究竟是怎样爬过车规这座大山的?

从产品设计、流片、封测、车规认证和打造算法工具链,到功能安全认证,自动驾驶软件包开发再到完善支持行业生态,这是一个车规级芯片需要经过的完成流程。

在芯片设计阶段,一个车规芯片在设计之初要符合很多相应的流程认证。比如设计阶段就要过设计流程的认证,人员的认证,包括服务器都是有比较严苛的要求。

同时,自动驾驶芯片还包括很多自研的IP(芯片中具有独立功能的电路模块的成熟设计)和外部购买的IP,这些也需要车规认证,这个阶段结束,芯片才可以交给代工厂生产。生产流程的车规,是绕不开的台积电。

因为生产流程需要符合车规,也就是说,中国芯片企业在短时间内无法通过自建工厂的形式来满足这一条件,尤其是自动驾驶芯片,涉及到的生产工艺非常复杂,这意味着即便具备研发能力,设计出来的芯片也要交由台积电代工。

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图源:源于网络

著名的英伟达Orin,采用的就是台积电的7nm工艺,台积电几乎处于芯片代工的垄断地位。同时,台积电的不同工厂对于车规级芯片的生产能力是不一样的,这意味着车规级芯片在台积电不能转厂,包括生产期间的人员培训等等,都会比消费类芯片更加严格。而台积电的产能,决定了一个车规级芯片的生产效率。

在样片到量产之间,还要经过复杂的认证,包括功能安全专家认证、功能安全流程认证和产品认证,这个周期可能还需要两年的时间。

2022年初,A1000 完成了ASIL-B功能安全产品认证和AEC-Q100 Grade 2认证,是行业内首个完成该认证的国产大算力芯片。

AEC-Q100认证是针对芯片本身的功能安全认证,需要通过独立第三方公司做非常严格的测试和认证,比如加速环境应力可靠性,加速寿命模拟可靠性、缺陷筛查等等,目的是保证芯片的安全可靠。

通过车规认证意味着需要投入大量的芯片进行测试。

对于芯片来说,车规的难点就在于汽车所经历的使用环境比消费类电子要严苛很多,另外一点车规的供货周期要保证,芯片有十年稳定的供应,并且保证十五年之内芯片不会出任何问题。种种这些严苛的条件决定了汽车芯片在设计、制造、封装等等一系列的环节都需要经过严苛测试,并且需要过很长的认证流程。

比如芯片的老化实验就需要数千小时的测试才能完成,这意味着这一项测试需要的时间就达到半年甚至是一年。造车企业都不想自己融合了更多技术、算法的智能驾驶方案,因为芯片的可靠性问题被召回。

车规是芯片国产化的重要一步,迈过这一步,我们才能离高端芯片的国产化替代越来越近。

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