臺積電：建議汽車芯片轉(zhuǎn)向先進節(jié)點

臺積電歐洲總經(jīng)理Paul de Bot本周在德國路德維希堡舉行的第27屆汽車電子大會上表示，汽車行業(yè)的芯片和采購芯片的方式都變得越來越復(fù)雜。

de Bot表示，長期以來，汽車行業(yè)一直被認為是技術(shù)落后者，只注重落后工藝，但實際上，汽車行業(yè)在2022年開始使用5納米工藝——距離5納米進入量產(chǎn)僅兩年。

據(jù)All-Electronics報道，de Bot建議汽車制造商盡快開始計劃轉(zhuǎn)向先進節(jié)點。

de Bot強調(diào)：“不可能為汽車行業(yè)預(yù)留閑置產(chǎn)能”——他指出，IC行業(yè)的高資本要求意味著它必須保持較高的產(chǎn)能利用率。因此，如果訂單被取消，代工廠必須立即尋找替代品以保持高利用率。

de Bot告訴汽車制造商，制造、封裝、測試和交付IC可能需要六個月的時間，這會影響靈活性，并使規(guī)劃訂單數(shù)量變得非常重要。

汽車行業(yè)對芯片行業(yè)的重要性還相當(dāng)?shù)?。第一季度，臺積電只有7%的收入和全球芯片行業(yè)產(chǎn)量的10%來自汽車。

到2030年，預(yù)計汽車IC將占半導(dǎo)體行業(yè)總產(chǎn)量的15%。

但汽車芯片轉(zhuǎn)向先進工藝也并非易事。

麥肯錫估計，到2030年，90nm及以上汽車芯片仍將占汽車芯片總需求的67%，其全球供應(yīng)量將在2021-2026年期間達到5%的復(fù)合年增長率，這表明此類芯片在未來幾年仍將保持供應(yīng)緊張狀態(tài)。

汽車供應(yīng)鏈參與者正在將先進工藝的芯片整合到新車型中，這涉及全面的新設(shè)計、認證和批量生產(chǎn)，從而改善汽車芯片嚴重短缺的局面。

通常，美國、歐洲、日本和韓國的主流汽車制造商需要3-5年的時間才能為傳統(tǒng)車型設(shè)計、測試和驗證新芯片，并且他們將逐步走上為傳統(tǒng)車型和新電動汽車采用新工藝芯片的道路。比如：像特斯拉這樣的電動汽車制造商在設(shè)計新的電動汽車芯片方面擁有更高的靈活性，并且更愿意采用更先進的工藝節(jié)點。

那么，如果汽車制造廠采用先進的工藝節(jié)點需要克服哪些困難？

成本飆升。手機采用先進制程是為了更好的性能，在保證功耗、發(fā)熱在允許范圍內(nèi)的性能表現(xiàn)。但汽車的使用場景相對固定，基本上就是簡單地顯示車輛信息、設(shè)置、地圖、音樂、視頻等場景，對芯片性能要求相對不高，且汽車內(nèi)部有著廣闊的空間，芯片面積不用太過于限制，芯片發(fā)熱也不用擔(dān)心，車輛內(nèi)部有足夠的空間給芯片添加更高規(guī)格的散熱部件，控制芯片溫度；功耗自然也不是問題，芯片那點功耗在汽車本身的耗能面前可以說是微不足道。

采用先進制程的技術(shù)需要面臨風(fēng)險和成本壓力，除去制造成本之外，5納米和3納米都增加了新的可靠性挑戰(zhàn)，飆升的成本確實令汽車應(yīng)用無法承受其重。

車規(guī)級認證時間長且困難。在汽車這樣的熱、振動和其他物理效應(yīng)所致應(yīng)力不能完全預(yù)測的應(yīng)用中，挑戰(zhàn)變得更加復(fù)雜。在服務(wù)器機架中，如果內(nèi)部溫度過高，個別服務(wù)器可以將負載轉(zhuǎn)移到其他服務(wù)器。同樣，如果一部智能手機被放在高溫的車里，超過一定溫度它就會關(guān)機，直到溫度降到預(yù)設(shè)的極限以下才能重啟。汽車內(nèi)的熱量會對從內(nèi)存延遲到電路老化加速等所有方面產(chǎn)生很大影響，需要對芯片進行車規(guī)級認證。

從產(chǎn)品設(shè)計、流片、封測、車規(guī)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(fā)再到完善支持行業(yè)生態(tài)，這是一個車規(guī)級芯片需要經(jīng)過的完成流程。

在芯片設(shè)計階段，一個車規(guī)芯片在設(shè)計之初要符合很多相應(yīng)的流程認證。比如設(shè)計階段就要過設(shè)計流程的認證，人員的認證，包括服務(wù)器都是有比較嚴苛的要求。在樣片到量產(chǎn)之間，還要經(jīng)過復(fù)雜的認證，包括功能安全專家認證、功能安全流程認證和產(chǎn)品認證，這個周期可能還需要兩年的時間。

早期失效率測試就需要八百多顆芯片，而整體測試流程大概在半年，如果有失效可能需要從頭再來，一個認證在順利的情況下至少需要一年的時間，如果中間一些問題可能要重新做測試。現(xiàn)在汽車行業(yè)芯片追求的失效率是零，一百萬的芯片失效率是零，這是相當(dāng)嚴苛的條件。而消費類或者在工業(yè)類芯片的失效率，都是幾百上千的指標(biāo)。但通過車規(guī)驗證的芯片才能上車，這個周期是無法跳過的。

當(dāng)然，這并不是車企不追新的全部，因為有時候車企們也無法追新。

供應(yīng)商的限制。大部分的汽車芯片并不是車企們自產(chǎn)，而是由供應(yīng)商提供，這屬于車企無法控制的一部分。比如在2020年這個時間節(jié)點，英偉達能提供量產(chǎn)的最好的高性能自動駕駛芯片是采用臺積電12nm工藝打造的Xavier，而這時候的電腦顯卡、手機處理器基本普及7nm工藝。12nm屬于相對落后的制程工藝。另外，從供應(yīng)商交樣給車企們做匹配到實際推出也需要一定的時間，而車企開發(fā)新車型也需要提前準(zhǔn)備。如果開發(fā)新車型的時候新工藝芯片沒有面世，那也有可能會錯過第一批新工藝芯片。

不過，盡管挑戰(zhàn)重重，但在缺芯時期，礙于成熟工藝的汽車芯片仍然供不應(yīng)求，全球一些汽車制造商正在著手使用先進的工藝節(jié)點制造芯片，特別是對于新車型和電動汽車。

從結(jié)果看，目前的5nm制程芯片處于研發(fā)或發(fā)布狀態(tài)，逐漸開始進入量產(chǎn)階段；不過7nm芯片中，已有Orin、FSD、EyeQ5、8155等芯片實現(xiàn)量產(chǎn)，其他芯片則在未來幾年陸續(xù)實現(xiàn)量產(chǎn)，這預(yù)示著先進制程車用芯片開始進入量產(chǎn)加速期。

與此同時，臺積電、三星兩家掌握尖端先進晶圓制造工藝的晶圓代工廠將從中受益，特別是臺積電，在統(tǒng)計的14款芯片中，有11款已采用或計劃由臺積電代工，僅安霸和特斯拉等少數(shù)企業(yè)選擇由三星代工。