为什么造一颗车规级芯片这么难

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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

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。

图源:黑芝麻智能官网

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 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

算力已经成为智能汽车发布会上的重要技术指标 图源:源于网络

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

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

图源:源于网络

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 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 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 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