車用芯片對制程工藝的跟進(jìn)力度往往落后于消費(fèi)電子芯片。然而,恩智浦近日宣布,將在下一代高性能汽車平臺中采用臺積電的5納米制程。恩智浦將當(dāng)前最先進(jìn)的量產(chǎn)制程用于汽車SoC開發(fā),折射出汽車產(chǎn)業(yè)對于半導(dǎo)體需求的變化。在智能化趨勢下,汽車行業(yè)成為半導(dǎo)體細(xì)分領(lǐng)域成長最快的市場之一,也從性能、安全、整合性等多個層面,對半導(dǎo)體供應(yīng)商提出了新的挑戰(zhàn)。
自動駕駛對車用半導(dǎo)體提出新需求
在網(wǎng)絡(luò)化、電氣化、智能化趨勢推動下,汽車已經(jīng)成為“輪子上的數(shù)據(jù)中心”,汽車半導(dǎo)體用量迅速提升。有數(shù)據(jù)顯示,全球汽車半導(dǎo)體市場2019年銷售規(guī)模達(dá)410.13億美元,預(yù)計2022年有望達(dá)到651億美元,占全球半導(dǎo)體市場規(guī)模的比例有望達(dá)到12%,并成為半導(dǎo)體細(xì)分領(lǐng)域中增速最快的部分。
業(yè)內(nèi)人士王笑龍向《中國電子報》記者表示,ADAS(先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng))/AV(自動駕駛汽車)等新業(yè)態(tài)主要從三個方面提升了汽車半導(dǎo)體的搭載量。一是ADAS/AV追求更高的計算處理能力。由于ADAS、AV數(shù)據(jù)產(chǎn)生量大,且需要根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時決策,需要更多數(shù)量、更大容量、更高傳輸速率的存儲器,也需要性能更高的計算控制類芯片,以及傳輸速率和帶寬跟高的通信芯片。二是傳感器的數(shù)量大幅提升,功能也更加豐富,包括可視化的攝像頭以及非可視化的雷達(dá)等。三是新能源汽車對電機(jī)電控的需求,提升了功率半導(dǎo)體的用量。
自動駕駛通常分為感知層、決策層、執(zhí)行層三個層級,涉及對環(huán)境信息和車內(nèi)信息的實(shí)時采集,對信號的傳輸、分析和處理,以及指令的生成和控制,對半導(dǎo)體元器件的規(guī)格和性能提出了新的要求。
集邦咨詢分析師徐韶甫向《中國電子報》記者指出,ADAS/AV為加速發(fā)展在感知層面所需的“傳感器融合”能力,推動傳感器的數(shù)據(jù)處理走向邊緣運(yùn)算,將延遲時間降至最低,也改變了對傳感器及計算、數(shù)據(jù)處理、控制相關(guān)IC的規(guī)格與種類需求,如MCU的運(yùn)算能力和規(guī)格不斷提升,以及采用ASIC及FPGA作為運(yùn)算中心等。
安全性和可靠性是車規(guī)半導(dǎo)體的門檻,也是自動駕駛開發(fā)的最大挑戰(zhàn)。業(yè)內(nèi)人士滕冉向《中國電子報》記者指出,自動駕駛對汽車半導(dǎo)體安全性和可靠性提出了更高要求,以特斯拉汽車為例,其自動駕駛控制系統(tǒng)配備了兩顆FSD(全自動駕駛功能)芯片,互為備胎。徐韶甫也表示,自動駕駛對部分車用半導(dǎo)體的整合性及合規(guī)性的要求提升,如ADAS系統(tǒng)會通過整合進(jìn)IVI(車載信息娛樂系統(tǒng))系統(tǒng)來顯示信息,如果IVI系統(tǒng)沒有設(shè)計安全域,就會在與ADAS整合時無法通過安全認(rèn)證,車用芯片設(shè)計必須將安全域納入考量。
自動駕駛系統(tǒng)的復(fù)雜性,讓車用半導(dǎo)體不再是一家供應(yīng)商的戰(zhàn)斗。滕冉表示,自動駕駛對汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商的產(chǎn)品導(dǎo)入能力提出更高要求,需要汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商與汽車廠商在產(chǎn)品定義、開發(fā)、中試、裝機(jī)等各個環(huán)節(jié)合作研發(fā),加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同能力。
先進(jìn)制程向車用半導(dǎo)體滲透
在傳統(tǒng)車用半導(dǎo)體制備中,由于汽車本身空間較大,對集成度的需求沒有手機(jī)等消費(fèi)電子緊迫。加上半導(dǎo)體元器件主要集中在發(fā)電機(jī)、底盤、安全、車燈控制等領(lǐng)域,對算力沒有太高的要求,車用半導(dǎo)體并未像消費(fèi)電子一樣成為先進(jìn)制程的驅(qū)動力。然而,汽車產(chǎn)業(yè)的電氣化、智能化需求,催生了英偉達(dá)、高通等一批高性能計算玩家進(jìn)入車用市場,推動汽車算力平臺制程向7納米及以下延伸,恩智浦作為全球最大的車用半導(dǎo)體供應(yīng)商,也將目光轉(zhuǎn)向了5納米制程。
據(jù)悉,恩智浦的5納米研發(fā)基于已構(gòu)建的S32 ADAS架構(gòu),將運(yùn)用5納米技術(shù)的運(yùn)算能力和功耗效率,滿足先進(jìn)汽車架構(gòu)對高度整合、電源管理和運(yùn)算能力的需求,同時運(yùn)用IP組合應(yīng)對嚴(yán)格的功能安全與信息安全要求。臺積電業(yè)務(wù)開發(fā)副總經(jīng)理張曉強(qiáng)表示,臺積電與恩智浦最新的合作具體展現(xiàn)了車用半導(dǎo)體從簡單的微控制器演進(jìn)為精密的處理器,這已與要求最嚴(yán)格的高性能運(yùn)算系統(tǒng)中所使用的芯片不相上下。
恩智浦跨入5納米,是綜合了技術(shù)能力與研發(fā)周期的考量。徐韶甫指出,為升級車用芯片的整合性與安全性,計算控制類芯片需要具備更好的效能與功耗表現(xiàn)。但是,車用芯片認(rèn)證成本高,且汽車作為耐用品使用周期較長,如果像消費(fèi)電子一樣追逐每一個先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行車規(guī)認(rèn)證,會影響芯片價格,導(dǎo)致獲利效益不高。此外,還需要確保制程技術(shù)的穩(wěn)定性與延續(xù)性,因此恩智浦選擇5納米制程作為新一代車用處理器的開發(fā),避免在相近的制程節(jié)點(diǎn)做重復(fù)性的高成本車規(guī)芯片認(rèn)證,以兼顧技術(shù)競爭優(yōu)勢與芯片效能。
據(jù)G統(tǒng)計,除了傳統(tǒng)車用半導(dǎo)體大廠和功率半導(dǎo)體巨頭,英偉達(dá)、英特爾、高通也已進(jìn)入全球汽車半導(dǎo)體營收前20名行列。
今年5月,英偉達(dá)宣布將Ampere GPU架構(gòu)用于自動駕駛平臺NVIDIA DRIVE,能夠?yàn)長5級別無人駕駛出租車提供高達(dá)2000 TOPS的性能。英特爾旗下自動駕駛方案開發(fā)商Mobileye曾公布,將在EyeQ5采用7nm FinFET工藝。據(jù)英特爾透露,EyeQ芯片能夠動態(tài)滿足L1-L5的擴(kuò)展計算平臺加上采用先進(jìn)制程的處理器,已經(jīng)成為高性能計算企業(yè)在車用半導(dǎo)體斬獲市場份額的利器。
汽車產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)催生新玩家
汽車產(chǎn)業(yè)面臨的新業(yè)態(tài),也在我國催生了地平線、黑芝麻等一批車用半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新玩家。今年3月,長安汽車發(fā)布新品車型UNI-T,內(nèi)置中國首款車規(guī)級AI芯片“地平線征程二代”。地平線創(chuàng)始人兼CEO余凱表示,2030年L3級以上自動駕駛會成為標(biāo)配,幾乎每輛汽車都會搭載AI芯片。
“傳統(tǒng)車用半導(dǎo)體利益格局相對固定,網(wǎng)聯(lián)汽車以及汽車電子化,特別是智能化的趨勢,在汽車產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)催生了新的玩家,也為我國企業(yè)創(chuàng)造了‘變中求機(jī)’的發(fā)展態(tài)勢。”王笑龍說。
滕冉表示,汽車對半導(dǎo)體需求的持續(xù)上升,將為相關(guān)企業(yè)提供良好的發(fā)展機(jī)遇。一是汽車半導(dǎo)體前景廣闊,政策驅(qū)動疊加消費(fèi)者需求,將推動汽車半導(dǎo)體市場快速發(fā)展;二是5G技術(shù)的普及將加速智能駕駛的商用化,進(jìn)一步推動底層汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求;三是汽車電動化趨勢不可逆,推動汽車半導(dǎo)體市場快速增加。
“中國部分優(yōu)質(zhì)汽車半導(dǎo)體企業(yè)具備技術(shù)能力強(qiáng)、人才儲備豐富、市場洞察能力強(qiáng)等特點(diǎn)??苿?chuàng)板塊掛牌的企業(yè)將主要以尚未進(jìn)入成熟期但具有成長潛力,且滿足有關(guān)規(guī)范性及科技型、創(chuàng)新型特征的中小企業(yè)為主。中國眾多汽車半導(dǎo)體研發(fā)和制造企業(yè)應(yīng)把握這一機(jī)遇,在汽車半導(dǎo)體細(xì)分領(lǐng)域占據(jù)一席之地?!彪秸f。
徐韶甫也指出,汽車電子化與智能化創(chuàng)造了許多新的機(jī)會,讓非傳統(tǒng)車用半導(dǎo)體的芯片設(shè)計也加入布局,并憑借既有的芯片優(yōu)勢跨入車用芯片市場,帶動技術(shù)與產(chǎn)品的提升。
“中國具有廣闊的車用市場,車聯(lián)網(wǎng)與自駕車場域測試的經(jīng)驗(yàn)豐富,并即將進(jìn)入實(shí)用性階段測試,但是在高規(guī)格的車用運(yùn)算芯片領(lǐng)域,仍與外國廠商有一定的差距,仍需持續(xù)拓展車用芯片與系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)。” 徐韶甫表示。