为什么造一颗车规级芯片这么难
车规级芯片 , 顾名思义 , 就是要符合一定的技术上车标准 。 也是“车规”这两个字 , 从根本上限制了一个芯片从生产到检测的长周期流程 。
一辆智能汽车会搭载上千个芯片 , 包括功能芯片 , 主控芯片 ( 智能座舱 、 自动驾驶等 S o C 芯片 )、 传感器芯片等等 , 满足车规级 , 意味着芯片质量和寿命更高 , 技术门槛更高 。
车规,一场技术进步与量产上车的赛跑
车规级难度最大的就是自动驾驶芯片 。 除了生产流程要符合车规 , 被开发出的芯片通常还要经过 3-5 年的验证周期 。
通过车规验证的芯片才能上车 , 这个周期是无法跳过的 。
以 黑芝麻智能旗下 已经量产上车的 华山二号A1000系列芯片为例,从确定产品定义到量产上车 经过了 三年多的时间。
在漫长的周期里 , 芯片企业还要紧跟高端化制程的脚步 , 如果等到友商的先进制程芯片发布了才投入研发 , 那意味着在通过车规的漫长时间里 , 将会远远落后于竞争对手了 。
所以说 , 对于自动驾驶芯片企业来说 , 既要耐得住寂寞 , 又要加速研发的脚步 。
量产芯片出来了 , 更高算力的芯片也必须提上日程 。
为了适应高端化制程和大算力需求 , 黑芝麻智能在A1000的基础上,今年年底将会推出新一代A2000芯片,此外,下一代A3000芯片也已经开始启动,按照规划,A3000芯片会采用5 nm 制程、算力将超过1000T。
除了与友商拼速度 , 对于中国本土自动驾驶芯片企业来说 , 在 2025 年之前进入主机厂供应链体系 , 也是决定生存的关键时间节点 。 黑芝麻智能 CMO 杨宇欣说 ,2 025年之前如果能上车,进入汽车厂商供应链体系,未来的机会很多 , 如果2025上不了车,跟你相同领域的其他人上了车,基本上机会就非常小了。
而拿下客户的首要条件当然还是过车规。
因为符合车规级的自动驾驶芯片寥寥 , 加上如今车企在智能驾驶的开发速度上不断提速 , 行业中有一种说法 : 每增加一级自动驾驶等级 , 算力需求十数倍上升 , 这也让大算力的自动驾驶芯片成为热门的抢手货 。
但是 , 制程越先进 , 算力越高 , 车规越难 。
智能汽车发布会上 , 英伟达 Or in 、 高通 8155 几乎成为硬通货 。 而国产芯片的使用率还仅仅只有 3%, 也就是说 , 现在量产车里用了国产自动驾驶芯片的企业还非常非常少 。
中国芯片企业当然在拼命追赶 , 并且 , 我们也看到一批车规级芯片已经通过验证 , 开始了量产上车阶段 。
最近 , 美国对英伟达提出的芯片禁令虽然没有涉及到汽车芯片 , 但是它仍然成为悬在中国车企头上的一把刀 。
杨宇欣说 , 最近密集接到车企电话 , 都在过问大算力芯片的国产化进程 。
实现国产化替代正在成为中国车企避免芯片卡脖子的突破口 。 只不过 , 这其中还有很长的探索期 , 还有每年上亿美金的投入 。
设计、制造、认证,通过车规有多难
那么 , 我们不妨先来看看 , 国产芯片企业究竟是怎样爬过车规这座大山的 ?
从产品设计、流片、封测、车规认证和打造算法工具链,到功能安全认证,自动驾驶软件包开发再到完善支持行业生态, 这是一个车规级芯片需要经过的完成流程 。
在 芯片设计阶段 , 一个车规芯片在设计之初要符合很多相应的流程认证。比如设计阶段就要过设计流程的认证,人员的认证,包括服务器都是有比较严苛的要求。
同时 , 自动驾驶芯片还包括很多自研的 IP( 芯片中具有独立功能的电路模块的成熟设计 ) 和外部购买的 IP, 这些也需要车规认证 , 这个阶段结束 , 芯片才可以交给代工厂生产 。
生产流程的车规,是绕不开的台积电。
因为生产流程需要符合车规 , 也就是说 , 中国芯片企业在短时间内无法通过自建工厂的形式来满足这一条件 , 尤其是自动驾驶芯片 , 涉及到的生产工艺非常复杂 , 这意味着即便具备研发能力 , 设计出来的芯片也要交由台积电代工 。
著名的英伟达 O rin , 采用的就是台积电的 7 nm工艺 , 台积电几乎处于芯片代工的垄断地位 。 同时 , 台积电的不同工厂对于车规级芯片的生产能力是不一样的 , 这意味着车规级芯片在台积电不能转厂 , 包括生产期间的人员培训等等 , 都会比消费类芯片更加严格 。 而台积电的产能 , 决定了一个车规级芯片的生产效率 。
在样片到量产之间 , 还要经过复杂的认证 ,包括功能安全专家认证、功能安全流程认证和产品认证,这个周期可能还需要两年的时间。
以黑芝麻智能 A1000芯片 为例 , 在其 发布之前的2019年6月,黑芝麻智能已经获得了安全团队认证;2020年7月A1000芯片获得了ASIL-B ready功能安全产品认证;去年6月再次获得ASIL-D功能安全流程认证。同时,黑芝麻智能也获得了ISO9001:2015和ASPICE CL2两项认证。
2022年初,A1000 完成了 ASIL-B功能安全产品认证 和 AEC-Q100 Grade 2认证,是行业内首个完成该认证的国产大算力芯片。
AEC-Q100 认证是针对芯片本身的功能安全认证 , 需要通过独立第三方公司做非常严格的测试和认证 , 比如加速环境应力可靠性 , 加速寿命模拟可靠性 、 缺陷筛查等等 , 目的是保证芯片的安全可靠 。
通过车规认证意味着需要投入大量的芯片进行测试 。
黑芝麻智能产品经理额日特举了一个例子 :
早期失效率测试就需要八百多颗芯片 ,而整体测试流程大概在半年左右 , 如果有失效可能需要从头再来,一个认证在顺利的情况下至少需要一年左右的时间,如果中间一些问题可能要重新做测试。
现在汽车行业芯片追求的失效率是零 , 一百万的芯片失效率是零,这是相当严苛的条件 。而消费类或者在工业类芯片的失效率,都是几百上千的指标。
对于芯片来说 , 车规 的 难点 就在于 汽车所经历的使用环境比消费类电子要严苛很多 , 另外一点车规的供货周期要保证,芯片有十年稳定的供应 , 并且 保证十五年之内芯片不会出任何问题。种种这些严苛的条件决定了汽车芯片在设计 、 制造 、 封装等等一系列的环节 都 需要 经过 严苛测试, 并且 需要过很长的认证流程。
比如 芯片的 老化实验就需要数千小时的测试才能完成, 这意味着这一项测试需要的时间就达到 半年 甚至是一年 。
造车企业都不想自己融合了更多技术 、 算法的智能驾驶方案 , 因为芯片的可靠性问题被召回 。
今年 , 黑芝麻智能 A1000 芯片与江淮完成定点 , 这其中的验证用了一年的时间 。
杨宇欣说 , 抢占市场的首要条件就是先证明自己产品的成熟可靠性 , 其次是对技术方向的预判 , 以及与整车企业在未来技术走向上的一同成长 。
车规是芯片国产化的重要一步 , 迈过这一步 , 我们才能离高端芯片的国产化替代越来越近 。
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