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车用芯片牵手5纳米,折射哪些新趋势?

车用芯片对制程工艺的跟进力度往往落后于消费电子芯片。然而,恩智浦近日宣布,将在下一代高性能汽车平台中采用台积电的5纳米制程。
发布时间:2020-06-30 10:17        来源:中国电子报        作者:张心怡

车用芯片对制程工艺的跟进力度往往落后于消费电子芯片。然而,恩智浦近日宣布,将在下一代高性能汽车平台中采用台积电的5纳米制程。恩智浦将当前最先进的量产制程用于汽车SoC开发,折射出汽车产业对于半导体需求的变化。在智能化趋势下,汽车行业成为半导体细分领域成长最快的市场之一,同时也从性能、安全、整合性等多个层面,对半导体供应商提出了新的挑战。

自动驾驶对车用半导体提出新需求

在网络化、电气化、智能化趋势推动下,汽车已经成为“轮子上的数据中心”,汽车半导体用量迅速提升。Gartner数据显示,全球汽车半导体市场2019年销售规模达410.13亿美元,预计2022年有望达到651亿美元,占全球半导体市场规模的比例有望达到12%,并成为半导体细分领域中增速最快的部分。

芯谋研究总监王笑龙向《中国电子报》记者表示,ADAS(先进驾驶辅助系统)/AV(自动驾驶汽车)等新业态主要从三个方面提升了汽车半导体的搭载量。一是ADAS/AV追求更高的计算处理能力。由于ADAS、AV数据产生量大,且需要根据数据进行实时决策,需要更多数量、更大容量、更高传输速率的存储器,也需要性能更高的计算控制类芯片,以及传输速率和带宽更高的通信芯片。二是传感器的数量大幅提升,功能也更加丰富,包括可视化的摄像头以及非可视化的雷达等。三是新能源汽车对电机电控的需求,提升了功率半导体的用量。

自动驾驶通常分为感知层、决策层、执行层三个层级,涉及对环境信息和车内信息的实时采集,对信号的传输、分析和处理,以及指令的生成和控制,对半导体元器件的规格和性能提出了新的要求。

集邦咨询分析师徐韶甫向《中国电子报》记者指出,ADAS/AV为加速发展在感知层面所需的“传感器融合”能力,推动传感器的数据处理走向边缘运算,将延迟时间降至最低,也改变了对传感器及计算、数据处理、控制相关IC的规格与种类需求,如MCU的运算能力和规格不断提升,以及采用ASIC及FPGA作为运算中心等。

安全性和可靠性是车规半导体的门槛,也是自动驾驶开发的最大挑战。赛迪顾问集成电路中心副总经理滕冉向《中国电子报》记者指出,自动驾驶对汽车半导体安全性和可靠性提出了更高要求,以特斯拉汽车为例,其自动驾驶控制系统配备了两颗FSD(全自动驾驶功能)芯片,互为备胎。徐韶甫也表示,自动驾驶对部分车用半导体的整合性及合规性的要求提升,如ADAS系统会通过整合进IVI(车载信息娱乐系统)系统来显示信息,如果IVI系统没有设计安全域,就会在与ADAS整合时无法通过安全认证,车用芯片设计必须将安全域纳入考量。

自动驾驶系统的复杂性,让车用半导体不再是一家供应商的战斗。滕冉表示,自动驾驶对汽车半导体供应商的产品导入能力提出更高要求,需要汽车半导体供应商与汽车厂商在产品定义、开发、中试、装机等各个环节合作研发,加强产业链协同能力。

先进制程向车用半导体渗透

在传统车用半导体制备中,由于汽车本身空间较大,对集成度的需求没有手机等消费电子紧迫。加上半导体元器件主要集中在发电机、底盘、安全、车灯控制等领域,对算力没有太高的要求,车用半导体并未像消费电子一样成为先进制程的驱动力。然而,汽车产业的电气化、智能化需求,催生了英伟达、高通等一批高性能计算玩家进入车用市场,推动汽车算力平台制程向7纳米及以下延伸,恩智浦作为全球最大的车用半导体供应商,也将目光转向了5纳米制程。

据悉,恩智浦的5纳米研发基于已构建的S32 ADAS架构,将运用5纳米技术的运算能力和功耗效率,满足先进汽车架构对高度整合、电源管理和运算能力的需求,同时运用IP组合应对严格的功能安全与信息安全要求。台积电业务开发副总经理张晓强表示,台积电与恩智浦最新的合作具体展现了车用半导体从简单的微控制器演进为精密的处理器,这已与要求最严格的高性能运算系统中所使用的芯片不相上下。

恩智浦跨入5纳米,是综合了技术能力与研发周期的考量。徐韶甫指出,为升级车用芯片的整合性与安全性,计算控制类芯片需要具备更好的效能与功耗表现。但是,车用芯片认证成本高,且汽车作为耐用品使用周期较长,如果像消费电子一样追逐每一个先进制程节点并进行车规认证,会影响芯片价格,导致获利效益不高。此外,还需要确保制程技术的稳定性与延续性,因此恩智浦选择5纳米制程作为新一代车用处理器的开发,避免在相近的制程节点做重复性的高成本车规芯片认证,以兼顾技术竞争优势与芯片效能。

据Gartner和北京半导体行业协会统计,除了传统车用半导体大厂和功率半导体巨头,英伟达、英特尔、高通也已进入全球汽车半导体营收前20名行列。

今年5月,英伟达宣布将Ampere GPU架构用于自动驾驶平台NVIDIA DRIVE,能够为L5级别无人驾驶出租车提供高达2000 TOPS的性能。英特尔旗下自动驾驶方案开发商Mobileye曾公布,将在EyeQ5采用7nm FinFET工艺。据英特尔透露,EyeQ芯片能够动态满足L1-L5的扩展计算平台加上采用先进制程的处理器,已经成为高性能计算企业在车用半导体斩获市场份额的利器。

汽车产业链各个环节催生新玩家

汽车产业面临的新业态,也在我国催生了地平线、黑芝麻等一批车用半导体产业的新玩家。今年3月,长安汽车发布新品车型UNI-T,内置中国首款车规级AI芯片“地平线征程二代”。地平线创始人兼CEO余凯表示,2030年L3级以上自动驾驶会成为标配,几乎每辆汽车都会搭载AI芯片。

“传统车用半导体利益格局相对固定,网联汽车以及汽车电子化,特别是智能化的趋势,在汽车产业链各个环节催生了新的玩家,也为我国企业创造了‘变中求机’的发展态势。”王笑龙说。

滕冉表示,汽车对半导体需求的持续上升,将为相关企业提供良好的发展机遇。一是汽车半导体前景广阔,政策驱动叠加消费者需求,将推动汽车半导体市场快速发展;二是5G技术的普及将加速智能驾驶的商用化,进一步推动底层汽车半导体产品的需求;三是汽车电动化趋势不可逆,推动汽车半导体市场快速增加。

“中国部分优质汽车半导体企业具备技术能力强、人才储备丰富、市场洞察能力强等特点。科创板块挂牌的企业将主要以尚未进入成熟期但具有成长潜力,且满足有关规范性及科技型、创新型特征的中小企业为主。中国众多汽车半导体研发和制造企业应把握这一机遇,在汽车半导体细分领域占据一席之地。”滕冉说。

徐韶甫也指出,汽车电子化与智能化创造了许多新的机会,让非传统车用半导体的芯片设计也加入布局,并凭借既有的芯片优势跨入车用芯片市场,带动技术与产品的提升。

“中国具有广阔的车用市场,车联网与自驾车场域测试的经验丰富,并即将进入实用性阶段测试,但是在高规格的车用运算芯片领域,仍与外国厂商有一定的差距,仍需持续拓展车用芯片与系统产品的开发。” 徐韶甫表示。

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