車規(guī)芯片與消費電子芯片有何不同？

兩者的側(cè)重點有所不同

1、手機芯片：天下武功唯快不破

不管是手機，平板電腦，機頂盒還是智能穿戴設(shè)備消費電子芯片，在研發(fā)階段都會考慮性能，功耗和成本等三個方面維度。智能機時代芯片性能強與弱成為了評價一個型號優(yōu)劣的重要標準，不管是開黑王者榮耀，還是吃雞和平精英都可以用更強的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可以實現(xiàn)15萬億次/秒的運算能：ISP速度達到了20億像素/秒的處理速度，可以支持2億像素攝像頭。

一塊芯片上數(shù)十億個晶體管在高頻工作時，會產(chǎn)生大量的動態(tài)功耗、短路功耗和漏電功耗，如果不加以控制，不僅會出現(xiàn)計算錯誤的結(jié)果，甚至可以把電路中某些環(huán)節(jié)會融合到一起而使得芯片無法修復(fù)。所以消費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)機身燙手、待機時間減少、使用體驗下降等問題。

隨著芯片性能的日益強悍，芯片價格不斷上漲，在手機總成本中占據(jù)了越來越大的份額。比如高通驍龍865的售價約700元，分別占據(jù)了搭載車型的小米10pro售價14%，紅米K30pro售價23%，OPPO findX2pro售價10%和三星S2ultra售價7%；麒麟990的成本約為500元，約占華為nova6售價的16%、P40售價的10%、P40 PRO售價的7%、P40 pro plus售價的5%；聯(lián)發(fā)科天璣1000的價格是280元，約占OPPO Reno3售價的9.8%；所以不管是從提升產(chǎn)品的競爭力或者是提升企業(yè)利潤的角度來看，對芯片成本進行控制是非常有必要的。

不同芯片的性能排行榜

2、汽車芯片：穩(wěn)定壓倒一切

由于汽車作為交通工具的特殊性，汽車芯片非?？粗乜煽啃浴踩院烷L效性！

為什么首推可靠性？因為車規(guī)芯片：

首先、汽車的工作環(huán)境更惡劣

發(fā)動機艙的溫度范圍在-40°C~150°C之間，因此汽車芯片需要滿足這種大范圍溫度工作范圍，而消費芯片只需滿足0°C~70°C工作環(huán)境。再加上汽車在行進過程中會遭遇更多的振動和沖擊，以及汽車上的環(huán)境濕度、粉塵、侵蝕都遠遠大于消費芯片的要求。

其次、汽車產(chǎn)品的設(shè)計壽命更長

手機的生命周期在3年，最多不超過5年，而汽車設(shè)計壽命普遍都在 15 年或 20 萬 公里左右，遠大于消費電子產(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，而供貨周期可能長達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。

而且，汽車芯片的安全性也尤為重要

汽車芯片安全性包括功能安全和信息安全兩部分。

手機芯片死掉可以停機重新啟動，但一旦汽車芯片宕機就有可能引發(fā)嚴重安全事故，這對于消費者而言根本無從談起。因此，在進行汽車芯片設(shè)計時，首先要將功能安全視為車規(guī)芯片中很重要的組成部分進行架構(gòu)設(shè)計，并使用獨立安全島進行設(shè)計，關(guān)鍵模塊中，計算模塊，總線，內(nèi)存等均設(shè)有ECC,CRC數(shù)據(jù)校驗工作，其中全程使用車規(guī)芯片技術(shù)保證車規(guī)芯片功能安全性。

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣，信息安全變得越來越重要，汽車作為實時在線設(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?zāi)K嵌入到芯片內(nèi)部。

針對功能安全，國際組織IEC發(fā)布了IEC 61508標準，并衍生出了一系列適用不同行業(yè)的功能安全標準，如下圖：

最后，汽車芯片設(shè)計還要考慮長效性

手機芯片基本上是按照摩爾定律來開發(fā)的，每年推出新一代芯片和每年推出新旗艦機，基本一個芯片可以在兩三年之內(nèi)滿足軟件系統(tǒng)性能要求就可以了。然而汽車開發(fā)周期較長，新車型從研發(fā)到上市驗證需要至少兩年的時間，意味著汽車芯片設(shè)計必須具有前瞻性，能夠滿足顧客未來3~5年內(nèi)的一種前瞻性需求。此外，隨著當前汽車中軟件數(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)級芯片表現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化周期長、供應(yīng)體系閾值高等特點。要想進入主流汽車電子供應(yīng)鏈體系，需要達到幾個基本要求：符合北美汽車產(chǎn)業(yè)出臺的AEC-Q100（IC），101（離散元件），200（被動零件）可靠度標準；遵循汽車電子，軟件功能安全的國際標準ISO 26262的；與ISO 21448預(yù)期功能安全一致，涵蓋了基于非系統(tǒng)失效所帶來的安全隱患；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)管理準則IATF 16949標準?；旧弦粋€芯片車規(guī)級認證一般需要3-5年的時間，這對于芯片廠商來說是巨大的技術(shù)成本，生產(chǎn)成本和時間成本考驗。Mobileye花了整整8年時間才拿到首張車企訂單，目前英偉達主力芯片Xavier研發(fā)成本高達20億美元。

兩者使用的工藝制程不同

在芯片的生產(chǎn)過程中，縮小芯片內(nèi)部電路之間的距離可以在更小的芯片中塞入更多的晶體管，讓芯片的運算性能更強大，還可以帶來降低功耗的效果。因此，從較早的微米，到后來的納米，芯片都非常重視制程工藝的尺寸。不過，制程并不能無限制的縮小，當將電晶體縮小到 20 納米左右時，就會遇到量子物理中的問題，晶體管出現(xiàn)漏電的現(xiàn)象，抵銷縮小柵極長度時獲得的效益。為了解決這個問題，加州大學伯克利分校的胡正明教授發(fā)明了鰭式場效應(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。手機芯片的制程尺寸正在向1納米進發(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這種消費電子迫切。加之車用芯片以發(fā)電機，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電子芯片那樣狂熱地追逐高級制程工藝，而是傾向于優(yōu)先選擇成熟的制程工藝。然而，在汽車智能化進程中，較高層次自動駕駛對于高算力的迫切需求會促使汽車算力平臺制程擴展到7納米或更低。NXP計劃于2021年發(fā)布新一代高性能汽車計算平臺，該平臺以5nm制程為主。

國產(chǎn)汽車芯片的未來

曾經(jīng)，汽車芯片市場因其市場規(guī)模的限制而變得十分小眾，所以很少有外來入局者進入，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)的市場規(guī)模在逐年增大，三星，英特爾，高通，英偉達，賽靈思等頂尖芯片企業(yè)相繼涉足汽車芯片領(lǐng)域，也為我國企業(yè)創(chuàng)造了‘變中求機’的發(fā)展局面。

從功能芯片方面看，上市公司中穎電子，兆易創(chuàng)新，東軟載波等均有汽車電子的參與，但是市旄很少。2018年，杰發(fā)科技收獲了車規(guī)級MCU芯片的訂單，這標志著我國第一款通過AEC-100 Grade1量產(chǎn)推出的車規(guī)級MCU產(chǎn)品突破了國外技術(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算平臺，地平線則率先量產(chǎn)AI芯片上車。

車載存儲芯片方面，兆易創(chuàng)新和合肥長鑫緊密合作，于2019年發(fā)布了符合AEC-Q100要求的GD25全線產(chǎn)品SPI NOR FLASH產(chǎn)品，這也是唯一一款完全國產(chǎn)化的車規(guī)存儲器解決方案；宏旺半導(dǎo)體引入了eMMC-DDR-LPDDR-SSD-DIMM，實現(xiàn)了嵌入式存儲和移動存儲的功能，擴大了汽車電子的應(yīng)用領(lǐng)域。

在車載通信芯片方面，華為已經(jīng)累計向全球上百萬輛車輛提供4G通信模塊，5G模塊已經(jīng)量產(chǎn)上車；在C-V2X領(lǐng)域，以華為、大唐、高新興、移遠通信為代表的C-V2X芯片\模組企業(yè)、華為基帶芯片Balong 765等一大批國產(chǎn)企業(yè)脫穎而出、Balong 5000先后在車載單元、路邊單元上得到了應(yīng)用，大唐高鴻成功實現(xiàn)了C-V2X車規(guī)級模組DMD3A的批量生產(chǎn)。國外公司高通和國內(nèi)模組廠商如高新興和移遠通信的廣泛合作促進了C-V2X芯片組的推廣和應(yīng)用，Autotalks也積極和大唐及其他國內(nèi)廠商開展C-V2X芯片的互操作實驗。

在功率芯片領(lǐng)域，MOSFET方面，聞泰科技占據(jù)全球4%的市場份額，華潤微電子在國內(nèi)MOSFET市場占比8.7%；IGBT方面，中國企業(yè)主要有株洲中車時代電氣、比亞迪、斯達股份、上海先進等。