何為車規(guī)級芯片？最高性能車規(guī)MCU即將發(fā)布

近幾年，汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化迅速發(fā)展，汽車對于芯片的需求無論在數(shù)量上還是性能上都快速增長。當(dāng)下，搭載好的芯片，汽車才會(huì)更有競爭力，整車廠對汽車芯片的關(guān)注也達(dá)到了空前的高度。

面對日益上漲的需求，國際芯片供應(yīng)卻危機(jī)四伏，英飛凌、恩智浦和意法半導(dǎo)體等國際主要汽車芯片大廠在財(cái)報(bào)電話會(huì)議交流時(shí)，一方面強(qiáng)調(diào)了汽車芯片產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)勁前景，但同時(shí)也指出了2022年車規(guī)芯片的產(chǎn)能瓶頸仍然非常嚴(yán)峻。

最高性能車規(guī)MCU即將發(fā)布

“車規(guī)時(shí)代”到來

“缺芯潮”中，MCU控制芯片是對車廠挑戰(zhàn)最大的產(chǎn)品，尤其高性能、高可靠、高安全的車規(guī)控制芯片，而這塊市場此前一直是國際大廠的天下，國內(nèi)創(chuàng)新企業(yè)尚是空白。

然而，車規(guī)半導(dǎo)體企業(yè)芯馳科技日前披露了一個(gè)振奮人心的信息：即將推出一款高可靠，高安全，高性能，廣覆蓋，功能安全等級為ISO 26262 ASIL D級的車控MCU E3；這款控制芯片據(jù)稱可覆蓋汽車車身、底盤、動(dòng)力、BMS、網(wǎng)關(guān)、T-Box等各項(xiàng)應(yīng)用，目前已有近20家車廠和Tier1開展了基于它的應(yīng)用開發(fā)。根據(jù)芯馳科技的數(shù)據(jù)，該芯片在性能上超越了當(dāng)前世界上已經(jīng)推出的各種MCU，應(yīng)該是當(dāng)前世界上性能最好的MCU控制芯片之一。公布時(shí)間即將到來，具體狀況如何還有待芯馳官方進(jìn)一步了解。

在MCU E3推出的同時(shí)，芯馳科技在智能座艙，智能駕駛，智能網(wǎng)關(guān)和安全控制等全線產(chǎn)品上也會(huì)形成得天獨(dú)厚的平臺(tái)化和全場景優(yōu)勢。

在性能上有所突破之外，與車規(guī)相符與否亦是車廠十分關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域。據(jù)了解，芯馳作為國內(nèi)第一家獲得“四證”車規(guī)級芯片的公司，早于2019年便成為中國第一家獲得ISO 26262-2018 ASIL D流程認(rèn)證公司，并以X9智能座艙+G9智能網(wǎng)關(guān)+V9智能駕駛3款芯片，首奪AEC-Q100 Grade-2產(chǎn)品可靠性認(rèn)證及ISO 26262 ASIL B型功能安全認(rèn)證，G9網(wǎng)關(guān)芯片為我國最早通過國密認(rèn)證車規(guī)SoC芯片之一。

到底何為車規(guī)級芯片？

“車規(guī)”的關(guān)注度，正變得越來越高，但何為真正意義上的車規(guī)級芯片？市場聲音仍有些嘈雜，有的廠商通過AEC-Q100認(rèn)證就聲稱達(dá)到車規(guī)級，有的認(rèn)為還需要通過ISO 26262認(rèn)證。還有廠商宣稱自己通過了相關(guān)認(rèn)證，但實(shí)際測試過程中，表現(xiàn)卻不達(dá)標(biāo)，又是什么原因？為何“車規(guī)”如此重要？車廠如此看重？對于以上問題，下文會(huì)逐一介紹。

相對于其他消費(fèi)級工業(yè)電子元件，汽車電子元件需要面對更苛刻的外部工作環(huán)境，使用壽命要求更長，可靠性和安全性要求更高。

“車規(guī)認(rèn)證”即是針對這些使用場景特點(diǎn)，對汽車芯片的生產(chǎn)流程和產(chǎn)品設(shè)定了相關(guān)認(rèn)證要求，滿足所有要求，才能通過“車規(guī)認(rèn)證”。而車規(guī)級芯片，是指完全滿足所有“車規(guī)認(rèn)證”要求，并通過第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證的汽車芯片。

那么，真正的車規(guī)級芯片到底要經(jīng)過哪些相應(yīng)的認(rèn)證？具體的指標(biāo)和維度有哪些？目前，業(yè)界較為通用的芯片車規(guī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)主要有可靠性標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q系列、功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262。一般通過這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)定，才能稱為“車規(guī)級芯片”。

AEC-Q100：芯片前裝上車的“基本門檻”

AEC-Q系列作為以可靠性評估為主的標(biāo)準(zhǔn)，對汽車電子可靠性試驗(yàn)系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳盡的規(guī)定。其中被業(yè)界廣泛認(rèn)知的AEC-Q100就是根據(jù)失效機(jī)理對集成電路進(jìn)行應(yīng)力測試識(shí)別，它是一種適合車用芯片全面可靠性試驗(yàn)的方法，同時(shí)也為汽車行業(yè)零部件供應(yīng)商提供了一個(gè)重要的生產(chǎn)指導(dǎo)。經(jīng)AEC-Q100檢測，可確保芯片在使用過程中的長期可靠性和能用性，也就是不會(huì)受到損傷。

通過AEC-Q100可靠性認(rèn)證試驗(yàn)條件，需要多輪驗(yàn)證，過程中更注重多方協(xié)作（晶圓廠，封測廠與產(chǎn)業(yè)鏈其他企業(yè)合作），周期一般較長。芯片設(shè)計(jì)廠商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段需把可靠性要求置于極高的優(yōu)先地位，才能保證產(chǎn)品達(dá)到環(huán)境應(yīng)力提速驗(yàn)證和壽命提速仿真驗(yàn)證要求、封裝驗(yàn)證等等苛刻的要求也就需要芯片廠商對車規(guī)芯片進(jìn)行充分而又成功的制造，以便能夠在早期各個(gè)環(huán)節(jié)都能到位，確保在驗(yàn)證上符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)與要求。

ISO 26262：汽車供應(yīng)鏈的“準(zhǔn)入門票”

僅僅保障“能用”、“不損壞”顯然是不夠的，真正的“車規(guī)級芯片”需滿足對功能安全機(jī)制的考量和認(rèn)證，隨著智能駕駛/無人駕駛的逐步落地，越來越多的汽車零部件加強(qiáng)了對功能安全的需求，而ISO 26262則是全面規(guī)范汽車零部件以及芯片功能安全的基本規(guī)則。功能安全強(qiáng)調(diào)的是保障功能正常，不會(huì)出現(xiàn)突發(fā)問題，能夠正常報(bào)警、安全執(zhí)行，是能力層面的保障。業(yè)內(nèi)對于功能安全的認(rèn)證較多使用ISO 26262《道路車輛功能安全》國際標(biāo)準(zhǔn)。所以通過這一標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，也已成為時(shí)下汽車供應(yīng)鏈廠商們的準(zhǔn)入規(guī)則。

ISO 26262除了關(guān)注控制隨機(jī)硬件失效外，還關(guān)注避免系統(tǒng)性失效的發(fā)生，系統(tǒng)性失效其實(shí)占到了“失效”的大部分，很多問題都是由系統(tǒng)性失效造成的，其背后原因各有不同，可能是沒有遵照最佳實(shí)踐的一些準(zhǔn)則，或者沒有及時(shí)的進(jìn)行同行評審等。

ISO 26262功能安全認(rèn)證主要有功能安全過程認(rèn)證與功能安全產(chǎn)品認(rèn)證兩種形式，汽車行業(yè)發(fā)展過程中需要有過程作為支持，以便按照過程制作出能夠滿足過程標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品。所以，想要研發(fā)出能夠通過ISO 26262驗(yàn)證的產(chǎn)品首先必須通過ISO 26262功能安全過程驗(yàn)證。而且只有經(jīng)過這兩個(gè)環(huán)節(jié)的驗(yàn)證才能算全面通過ISO 26262的功能安全驗(yàn)證。

功能安全過程認(rèn)證以功能安全管理體系為核心，必須遵循已通過鑒定的過程來進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，能夠有效地避免系統(tǒng)性失效和提高產(chǎn)品質(zhì)量，它是一種以過程為對象的驗(yàn)證。

功能安全產(chǎn)品認(rèn)證更加側(cè)重于檢查產(chǎn)品自身安全架構(gòu)設(shè)計(jì)，安全特性以及安全覆蓋范圍等方面，并對整個(gè)體系進(jìn)行危害分析與風(fēng)險(xiǎn)評估，并且要求安全機(jī)制必須滿足相應(yīng)的功能安全等級（ASIL），同時(shí)需要額外的自我診斷和其他功能。

功能安全等級ASIL從低到高可分為A/B/C/D四個(gè)等級，等級越高對安全性的要求越高，對開發(fā)流程和技術(shù)的要求也越嚴(yán)格，每個(gè)等級都有相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，需滿足這一等級所有標(biāo)準(zhǔn)要求，才算是通過了該等級的認(rèn)證。

芯馳科技率先通過了功能安全流程ASIL D級別的認(rèn)證，隨后其X9座艙芯片/G9網(wǎng)關(guān)芯片/V9自動(dòng)駕駛三款芯片經(jīng)過行業(yè)權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)德國萊茵TüV評估，認(rèn)定其從避免系統(tǒng)性失效和控制隨機(jī)硬件失效方面，均完全符合ISO 26262 ASIL B級別的標(biāo)準(zhǔn)要求，即也通過ASIL B功能安全產(chǎn)品認(rèn)證。芯馳科技也是國內(nèi)首家達(dá)成這一目標(biāo)的車規(guī)處理器企業(yè)。

值得注意的是，一般產(chǎn)品認(rèn)證等級不會(huì)高于流程認(rèn)證等級，例如不太可能功能安全流程認(rèn)證等級是ASIL B，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品等級是ASIL D，如果想生產(chǎn)功能安全通過ASIL D等級認(rèn)證的產(chǎn)品，那該廠商一定已經(jīng)通過了功能安全流程ASIL D等級的認(rèn)證。芯馳科技是完全符合這一順序的，其很早就通過了ASIL D級別的功能安全流程認(rèn)證，也為近期即將發(fā)布的 ASIL D級別MCU打好了基礎(chǔ)。

為了獲得ISO 26262認(rèn)證，芯片廠商也需要在芯片設(shè)計(jì)開始時(shí)針對相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)展開設(shè)計(jì)，其中包括對芯片全生命周期功能安全的要求，覆蓋了安全需求規(guī)劃，設(shè)計(jì)，執(zhí)行，整合，認(rèn)證，確認(rèn)與分配。

盡管這一標(biāo)準(zhǔn)并不是世界范圍內(nèi)強(qiáng)制性的，但是在某些功能安全要求高的零件中，整車廠與Tier1平臺(tái)化選擇，未經(jīng)過ISO 26262驗(yàn)證的產(chǎn)品和廠家基本上難以被接受，因此這一標(biāo)準(zhǔn)已逐步成為汽車供應(yīng)鏈廠家的“準(zhǔn)入門票”。

需要注意的是汽車不同地區(qū)所用芯片對安全等級需求不一，通常以該地區(qū)對功能安全需求最大的功能作為總體需求等級。比如儀表盤需滿足ASIL B級，由于其具有報(bào)錯(cuò)的功能，一旦汽車的某一部分發(fā)生故障而儀表盤上的報(bào)警燈又沒有提示的話，汽車的安全機(jī)制就不能正常運(yùn)行了，將產(chǎn)生極大安全風(fēng)險(xiǎn)，因此應(yīng)確保儀表盤錯(cuò)誤報(bào)警信息能夠被安全、可靠地顯示。

而且就算是同樣是ISO 26262 ASIL某一級別的驗(yàn)證，實(shí)際上也存在著差異，存在著車規(guī)“預(yù)備”與“完全”過關(guān)兩種情況。市面上有很多智能汽車芯片廠商鼓吹已獲得ASIL X級認(rèn)證，但是這里面還是符合一些ISO 26262的標(biāo)準(zhǔn)，即ASIL X Ready認(rèn)證，這一級別的認(rèn)證其實(shí)更確切的說法叫車規(guī)“預(yù)備”，一般以符合“控制隨機(jī)硬件故障”方面的要求為主；也可能只拿下流程認(rèn)證，尚未通過產(chǎn)品功能安全認(rèn)證。因此就會(huì)出現(xiàn)廠家說是認(rèn)證合格，但在實(shí)際檢測時(shí)卻沒有合格。

綜上所述，真正意義上的車規(guī)級芯片通常需要經(jīng)過可靠性測試認(rèn)證加功能安全流程認(rèn)證加功能安全產(chǎn)品認(rèn)證才算完全符合車規(guī)認(rèn)證的各項(xiàng)要求，才算得上是“車規(guī)級芯片”。

機(jī)會(huì)窗口到來

行業(yè)迎接創(chuàng)新企業(yè)

這兩年，國內(nèi)汽車芯片行業(yè)發(fā)展迅速，國產(chǎn)半導(dǎo)體廠商紛紛加大車規(guī)級產(chǎn)品的推進(jìn)力度。然而，車規(guī)級芯片在開發(fā)和認(rèn)證過程中需要花費(fèi)較多的時(shí)間，一款芯片完成車規(guī)級認(rèn)證，一般需要用2年左右的時(shí)間，大量的驗(yàn)證工作使得車規(guī)級芯片投入周期長、導(dǎo)入難度大，嚴(yán)苛的要求將眾多國產(chǎn)半導(dǎo)體廠商擋在了門外。即使是當(dāng)前市場上熱門的高性能智能座艙芯片高通驍龍8155也只宣傳通過了AEC-Q100 Grade-3認(rèn)證，暫未通過ISO 26262認(rèn)證。而目前，芯馳科技已沖出藩籬，成為了第一家通過可靠性測試認(rèn)證+功能安全流程認(rèn)證+功能安全產(chǎn)品認(rèn)證的創(chuàng)新車規(guī)處理器企業(yè)，并獲得了市場廣泛認(rèn)可。

芯片創(chuàng)新企業(yè)有很多，芯馳憑什么能夠如此迅速呢？通過對他們團(tuán)隊(duì)背景的分析可以得知，芯馳團(tuán)隊(duì)平均有著10-20年深厚的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累，而半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)，大量成功的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)正是芯片設(shè)計(jì)并順利量產(chǎn)最重要的保證。據(jù)報(bào)道，芯馳現(xiàn)在還參與了很多車規(guī)級芯片的標(biāo)準(zhǔn)制定。

汽車作為一種生命周期較長的物品，同時(shí)也和人身安全緊密相關(guān)，在可靠性，安全性等要求標(biāo)準(zhǔn)方面都需極為苛刻，因此通過車規(guī)級認(rèn)證是非常重要也是非常有必要的。從整體上看，中國車規(guī)芯片企業(yè)在目前市場環(huán)境與潮流中正面臨著不可多得的發(fā)展契機(jī)，但是要走得更遠(yuǎn)，只有在安全可靠方面扎扎實(shí)實(shí)地做下去才是正途。

編輯：黃飛

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