汽車晶片高增長背後的“隱憂”

隨著汽車電動化、網聯化、智慧化、共享化“新四化”的趨勢不斷加速，半導體在汽車中的佔比越來越高。據悉，一輛傳統汽車一般需要用到500-600顆的晶片，而一輛新能源汽車所需的晶片更多，達到1000顆以上。到2030年，汽車50%的成本將與晶片相關，而汽車製造商80%的創新將由晶片驅動。

汽車半導體市場的發展如火如荼，但其也面臨了一些挑戰。缺芯是一方面；另外，隨著汽車產業供應鏈管理不斷下沉，車載晶片的複雜程度和質量要求也越來越高；再者，汽車晶片本身所要求的零缺陷也是一大挑戰。

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2025 年列出的百分比是 2020 年至 2025 年每個類別的複合年增長率（來源：Omdia）

不過隨著汽車晶片種類和數量應用的增長，也帶來了一個隱憂，那就是， 任何一個晶片的失效對一臺車來說很可能造成致命性損傷 。近年來，近50%的汽車召回是因為電子元件有缺陷。強如特斯拉，也頻頻因如中央處理器可能過熱重啟、緊急系統存在故障、通訊錯誤導致的前向碰撞預警或自動緊急制動系統意外啟動等各種各樣的問題召回車輛。汽車晶片安全問題不容忽視。

相較於其他電子產品，汽車擁有更明顯的特殊性。除了常規的電子器件的基本功能之外，車載晶片與消費類晶片在設計、製造等環節的流程不同，汽車廠商對晶片成品質量的要求更嚴苛，需要滿足各種標準，比如ISO26262規範、AEC-Q100規範等。

ISO26262規範

汽車電子委員會 (AEC) 釋出的零缺陷戰略框架（AEC-Q004）

對汽車晶片“零缺陷”的追逐成為行業的共同目標。汽車行業正在降低晶片缺陷的可接受水平，缺陷率過去的衡量單位為百萬分之一 (ppm) ，而現在的衡量單位為十億分之一(ppb)。據Amkor的分析，如果每輛汽車有大約40個電子系統，而每個系統有大約250個半導體元件，那麼元件層面即使1ppm（百萬分之一）的缺陷率也會導致汽車整體的缺陷率陡增至10,000ppm (1%)，這個數字對於安全關鍵型電子器件來說是過高的。

圖源：Amkor

為了達到汽車的安全，汽車晶片廠商更難了。

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如何打造一款零缺陷的汽車晶片？

在自動駕駛汽車中，物理、驅動、感測器、嵌入式軟體和SoC是高度相互依賴的，比智慧手機晶片的設計要複雜100倍之多。因此， 要打造一款零缺陷的汽車晶片需要從晶片源頭的設計開始，到後面的製造、封測進行全方位的覆蓋才行 。

首先在汽車晶片設計環節 ，自然離不開對EDA工具的需要，而且自動駕駛安全等級越高，對EDA工具的依賴度就越高。汽車晶片的內在質量或初始質量在很大程度上取決於底層半導體技術和設計規則。

西門子EDA作為一家國際的EDA廠商，這些年來通過在汽車領域的特定收購，逐漸覆蓋了汽車晶片設計、功能驗證、製造測試等全階段，並且具有成熟的數字化管理平臺。而且其EDA安全工具完全符合ISO26262的驗證，簡化了晶片廠商的合規過程。

具體到安全方面，汽車安全主要包括功能安全和資訊保安兩方面。針對功能安全，西門子EDA的Austemper工具能夠為客戶提供分析、插入、驗證全流程的功能安全解決方案。在資訊保安方面，西門子EDA的SecureCheck工具，能對晶片內部的網路介面進行監控，對某些金鑰和銀行賬號相關的訪問加以控制，SecureCheck基於formal的方案，可以幫助客戶做窮舉式覆蓋，達到100%的晶片驗證。

此外，西門子EDA的Tessent安全解決方案可對汽車晶片的全生命週期進行安全測試，保證汽車電子晶片的整個生命週期功能正確至關重要；另外，Tessent嵌入式解決方案能夠以硬體的速度檢測、理解並應對網路威脅。Symphony數模混合驗證平臺能為車載系統的SerDes模組，實現速度、精度、易用性以及糾錯功能方面完美平衡。Calibre PERC可對原理圖和版圖進行各種檢查驗證，幫助把關半導體器件可靠性設計的新方法。

晶片設計完之後，對晶片的測試至關重要 。過去因晶片測試率不足導致的嚴重事故不勝列舉，要實現零缺陷，對晶片進行100%測試將是很重要的一點。那麼汽車晶片的測試主要包括哪些測試呢？從汽車晶片的前期驗證到最終量產，測試主要分為特徵化測試(Char Test)、量產測試(Production Test)和AEC-Q測試，其中特徵化測試主要測試裝置的效能及三溫，量產測試主要包括螢幕故障部件以及相關的成本測試，而AEC-Q主要是質量測試，測試晶片生命週期和能力。對汽車零部件進行的測試和檢查越全面，則汽車被召回的可能性越低。

100%檢查對汽車組裝過程的影響

資料來源：Bruker

零缺陷又可分為致命缺陷和潛在缺陷。致命缺陷會影響晶片的良率，它們在晶片被放入系統之前就被捕獲了。特別重要的是對潛在缺陷的識別，一些晶片可能當時測試沒問題能正常執行，但是在使用期間的某個時間點發生故障，這也是困擾汽車廠的一個難題。

要減少或者避免潛在缺陷又是一大工程。減少潛在缺陷是半導體工廠的首要任務，晶圓廠的環境空氣、晶圓在其生命週期內的環境以及清潔化學品輸送路徑中材料的完整性等都將是影響汽車晶片缺陷和可靠性的誘因。再者，對於測試廠商來說，能夠更好地檢測潛在缺陷的計量工具也將很關鍵。

此外，要達到零缺陷，晶片可追溯性是汽車行業新的協作方式。晶片可追溯性對汽車行業的重要性體現在其在推動晶片可追溯性標準方面的核心作用。其好處體現在產量提高、防偽保護等。但晶片可追溯性的實施挑戰也很大，主要是IP在硬體供應鏈上的保護問題。自動駕駛汽車設計只有隨著整個供應鏈的晶片和裝置可追溯性行業標準的發展才能蓬勃發展。

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結語

汽車行業正在經歷一場革命，每家汽車晶片相關的廠商都肩負起了汽車安全可靠的責任，因為汽車的可靠性將始於晶片。汽車晶片零缺陷成為產業面對的一大難題，要實現這一目標，汽車晶片從設計端就開始考慮避免缺陷，並且在製造和封測階段對晶片進行充分的檢測。垂直整合的汽車行業正在發生變化，成功將需要整個價值鏈的協作。

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