車(chē)規芯片和(hé)消費電(diàn)子芯片的區(qū)别

一塊芯片上(shàng)數(shù)十億個(gè)晶體(tǐ)管在高(gāo)頻工作(zuò)時(shí)，會(huì)産生(shēng)大(dà)量的動态功耗、短(duǎn)路功耗和(hé)漏電(diàn)功耗，如果不加以控制(zhì)，不僅會(huì)出現計(jì)算(suàn)錯誤的結果，甚至可(kě)以把電(diàn)路中某些(xiē)環節會(huì)融合到一起而使得(de)芯片無法修複。所以消費電(diàn)子除了追求性能外，還(hái)要兼顧功耗問題，不然很(hěn)容易出現機身燙手、待機時(shí)間(jiān)減少(shǎo)、使用體(tǐ)驗下降等問題。

随着芯片性能的日益強悍，芯片價格不斷上(shàng)漲，在手機總成本中占據了越來(lái)越大(dà)的份額。以高(gāo)通(tōng)骁龍865為(wèi)例，成本在700元左右，占所搭載的機型成本比例分别為(wèi)小(xiǎo)米10pro占比14%、紅米K30pro占比23%、OPPO findX2pro占比10%、三星S2ultra占比為(wèi)7%；麒麟990的成本約為(wèi)500元，約占華為(wèi)nova6售價的16%、P40售價的10%、P40 PRO售價的7%、P40 pro plus售價的5%；聯發科天玑1000的價格是280元，約占OPPO Reno3售價的9.8%；所以不管是從提升産品的競争力或者是提升企業利潤的角度來(lái)看，對芯片成本進行(xíng)控制(zhì)是非常有(yǒu)必要的。

不同芯片的性能排行(xíng)榜

汽車(chē)芯片：穩定壓倒一切

汽車(chē)芯片因其交通(tōng)工具的特殊性而十分注重可(kě)靠性，安全性及長效性！

為(wèi)何首推可(kě)靠性？由于車(chē)規芯片的特點：

一、是車(chē)輛(liàng)運行(xíng)環境惡劣

發動機艙內(nèi)溫度區(qū)間(jiān)為(wèi)-40°C~150°C，所以車(chē)輛(liàng)芯片要滿足這一較大(dà)溫度運行(xíng)區(qū)間(jiān)，消費芯片僅要滿足0°C~70°C的運行(xíng)環境。加之車(chē)輛(liàng)行(xíng)進時(shí)會(huì)遇到較多(duō)振動與沖擊，且車(chē)內(nèi)環境濕度大(dà)，粉塵大(dà)，侵蝕大(dà)等問題遠超消費芯片所需。

二、汽車(chē)産品的設計(jì)壽命更長

手機的生(shēng)命周期在3年，最多(duō)不超過5年，而汽車(chē)設計(jì)壽命普遍都在 15 年或 20 萬 公裏左右，遠大(dà)于消費電(diàn)子産品壽命要求。因此，汽車(chē)芯片的産品生(shēng)命周期要求在15年以上(shàng)，而供貨周期可(kě)能長達30年。

在這樣的情況下，如何保持芯片的一緻性、可(kě)靠性，是車(chē)規芯片首先要考慮的問題。

并且，安全在汽車(chē)芯片中還(hái)顯得(de)格外重要

汽車(chē)芯片的安全主要由功能安全與信息安全兩個(gè)方面組成。

手機芯片死掉可(kě)以停機重新啓動，但(dàn)一旦汽車(chē)芯片宕機就有(yǒu)可(kě)能引發嚴重安全事故，這對于消費者而言根本無從談起。因此，在汽車(chē)芯片設計(jì)時(shí)，首先要将功能安全放在架構設計(jì)之初就成為(wèi)車(chē)規芯片中極為(wèi)重要的組成部分，采用獨立的安全島的設計(jì)，在關鍵模塊、計(jì)算(suàn)模塊、總線、內(nèi)存等等都有(yǒu)ECC、CRC的數(shù)據校(xiào)驗，包括整個(gè)生(shēng)産過程都采用車(chē)規芯片的工藝，以确保車(chē)規芯片的功能安全。

随着車(chē)聯網技(jì)術(shù)的推廣，信息安全變得(de)越來(lái)越重要，汽車(chē)作(zuò)為(wèi)實時(shí)在線設備，其與網絡的溝通(tōng)包括與車(chē)內(nèi)車(chē)載網絡溝通(tōng)，都要加密數(shù)據，不然就有(yǒu)可(kě)能被黑(hēi)客入侵。因此有(yǒu)必要預先将高(gāo)性能加密校(xiào)驗模塊嵌入到芯片內(nèi)部。

針對功能安全，國際組織IEC發布了IEC 61508标準，并衍生(shēng)出了一系列适用不同行(xíng)業的功能安全标準，如下圖：

最後，汽車(chē)芯片設計(jì)還(hái)要考慮長效性

手機芯片的發展基本遵循摩爾定律，每年都會(huì)發布新一代芯片，每年都有(yǒu)新旗艦機的上(shàng)市，基本上(shàng)一款芯片能滿足兩三年內(nèi)的軟件系統性能需求即可(kě)。但(dàn)汽車(chē)開(kāi)發周期較長，新車(chē)型從研發到上(shàng)市驗證需要至少(shǎo)兩年的時(shí)間(jiān)，意味着汽車(chē)芯片設計(jì)必須具有(yǒu)前瞻性，能夠滿足顧客今後3~5年內(nèi)的一種前瞻性需求。此外，随着當前汽車(chē)中軟件數(shù)量的不斷增加，從芯片開(kāi)發角度看，不僅需要支持多(duō)個(gè)操作(zuò)系統，而且還(hái)需要支持軟件中不斷叠代的要求。

所以車(chē)規級芯片表現出産業化周期長、供應體(tǐ)系阈值高(gāo)等特點。進入汽車(chē)電(diàn)子主流供應鏈體(tǐ)系需滿足多(duō)項基本要求：滿足北美汽車(chē)産業所推出的AEC-Q100(IC)、101(離散元件)、200 (被動零件)可(kě)靠度标準；遵從汽車(chē)電(diàn)子、軟件功能安全國際标準ISO 26262；符合ISO 21448預期功能安全，覆蓋基于非系統失效導緻的安全隐患；符合ISO21434網絡安全要求，合理(lǐ)保證車(chē)輛(liàng)及系統網絡安全；滿足零失效供應鏈品質管理(lǐ)準則IATF 16949标準。基本上(shàng)一個(gè)芯片車(chē)規級認證一般需要3-5年的時(shí)間(jiān)，這對于芯片廠商來(lái)說是巨大(dà)的技(jì)術(shù)成本，生(shēng)産成本和(hé)時(shí)間(jiān)成本考驗。Mobileye 用了整整8年才獲得(de)第一張車(chē)企訂單，英偉達當前主力芯片Xavier的研發耗資達 20 億美元。

芯片制(zhì)作(zuò)時(shí)，減小(xiǎo)芯片內(nèi)部電(diàn)路間(jiān)距離能将較少(shǎo)晶體(tǐ)管塞到較少(shǎo)芯片上(shàng)，使其運算(suàn)性能較強，同時(shí)也能帶來(lái)降低(dī)功耗。所以從早期微米到晚期納米芯片對制(zhì)程工藝大(dà)小(xiǎo)十分重視(shì)。然而制(zhì)程不可(kě)能無限地收縮，電(diàn)晶體(tǐ)收縮至約20納米時(shí)會(huì)遭遇量子物理(lǐ)上(shàng)的困擾，晶體(tǐ)管漏電(diàn)，抵消了收縮栅極長度所帶來(lái)的好處。為(wèi)了解決這個(gè)問題，加州大(dà)學伯克利分校(xiào)的胡正明(míng)教授發明(míng)了鳍式場(chǎng)效應晶體(tǐ)管（FinFET）大(dà)幅改善電(diàn)路控制(zhì)并減少(shǎo)漏電(diàn)流。

目前，手機芯片工藝制(zhì)程從較早的90納米，到後來(lái)的65納米、45納米、32納米、28納米、16納米、12納、7納米、一直發展到目前最新的5納米。手機芯片的制(zhì)程尺寸正在向1納米進發。

傳統車(chē)用芯片的制(zhì)備，因汽車(chē)自身空(kōng)間(jiān)大(dà)，集成度要求不如手機這種消費電(diàn)子迫切。加之車(chē)用芯片以發電(diàn)機，底盤，安全和(hé)車(chē)燈控制(zhì)等為(wèi)核心的低(dī)算(suàn)力領域使得(de)汽車(chē)芯片并沒有(yǒu)象消費電(diàn)子芯片那(nà)樣狂熱地追逐高(gāo)級制(zhì)程工藝，而是傾向于優先選擇成熟的制(zhì)程工藝。不過随着汽車(chē)智能化的發展，更高(gāo)級别的自動駕駛對高(gāo)算(suàn)力的急迫需求，将推動着汽車(chē)算(suàn)力平台制(zhì)程向7納米及以下延伸。NXP打算(suàn)在2021年推出基于5nm制(zhì)程的下一代高(gāo)性能汽車(chē)計(jì)算(suàn)平台。

國産汽車(chē)芯片的未來(lái)

曾幾何時(shí)，汽車(chē)芯片市場(chǎng)因其市場(chǎng)規模的限制(zhì)而變得(de)十分小(xiǎo)衆，所以很(hěn)少(shǎo)有(yǒu)外來(lái)入局者進入，數(shù)十年間(jiān)都為(wèi)恩智浦，德州儀器(qì)和(hé)瑞薩半導體(tǐ)這些(xiē)汽車(chē)芯片巨頭壟斷着。随着汽車(chē)電(diàn)子化和(hé)智能化水(shuǐ)平的不斷提高(gāo)，汽車(chē)電(diàn)子系統的市場(chǎng)規模在逐年增大(dà)，三星，英特爾，高(gāo)通(tōng)，英偉達，賽靈思等頂尖芯片企業相繼涉足汽車(chē)芯片領域，同樣給我國企業營造出一種‘變中求機’的局面。

在功能芯片領域，上(shàng)市公司中穎電(diàn)子、兆易創新、東軟載波都涉及汽車(chē)電(diàn)子領域，但(dàn)市占率極少(shǎo)。傑發科技(jì)于2018年收獲車(chē)規級MCU芯片訂單，标志(zhì)國內(nèi)首款通(tōng)過AEC-100 Grade1的車(chē)規級MCU正式量産上(shàng)市，打破國外的技(jì)術(shù)壟斷。

在主控芯片方面，華為(wèi)以昇騰，昇騰和(hé)麒麟等系列芯片為(wèi)核心，完整地布局汽車(chē)智能計(jì)算(suàn)平台，地平線則率先量産AI芯片上(shàng)車(chē)。

車(chē)載存儲芯片方面兆易創新和(hé)合肥長鑫緊密合作(zuò)，2019年推出GD25全系列SPI NOR FLASH，滿足AEC-Q100标準,是目前唯一全國産化車(chē)規存儲器(qì)解決方案；宏旺半導體(tǐ)推出eMMC/DDR/LPDDR/SSD/DIMM等嵌入式存儲、移動存儲，拓展汽車(chē)電(diàn)子應用領域。

在車(chē)載通(tōng)信芯片領域，華為(wèi)已累計(jì)為(wèi)全球數(shù)百萬輛(liàng)汽車(chē)提供4G通(tōng)信模組，5G模組也已實現量産上(shàng)車(chē)；C-V2X領域，國內(nèi)湧現出華為(wèi)、大(dà)唐、高(gāo)新興、移遠通(tōng)信等為(wèi)代表的一大(dà)批C-V2X芯片\模組企業，華為(wèi)基帶芯片Balong 765 、Balong 5000相繼應用于車(chē)載單元和(hé)路邊單元，大(dà)唐高(gāo)鴻順利實現C-V2X車(chē)規級模組DMD3A量産。國外公司高(gāo)通(tōng)和(hé)國內(nèi)模組廠商如高(gāo)新興和(hé)移遠通(tōng)信的廣泛合作(zuò)促進了C-V2X芯片組的推廣和(hé)應用，Autotalks也積極和(hé)大(dà)唐及其他國內(nèi)廠商開(kāi)展C-V2X芯片的互操作(zuò)實驗。

在功率芯片領域，MOSFET方面，聞泰科技(jì)占據全球4%的市場(chǎng)份額，華潤微電(diàn)子在國內(nèi)MOSFET市場(chǎng)占比8.7%；IGBT，國內(nèi)公司以株洲中車(chē)時(shí)代電(diàn)氣，比亞迪，斯達股份和(hé)上(shàng)海先進為(wèi)主。

在中國智能汽車(chē)市場(chǎng)蓬勃發展、國家(jiā)支持國産芯片企業蓬勃發展的大(dà)背景下，我們堅信：中“芯”火(huǒ)，一定會(huì)燎原！