汽车芯片还是有不少空白领域,但相较于手机来说,难度没有那么深。
手机的先进制程会上升到物理、材料科学问题。
而汽车芯片的难,更多在于工程问题。
汽车上面,绝大部分芯片对于制程要求算不上高
麦肯锡估计, 2021年生产的72%汽车芯片是90nm及以上成熟工艺,14nm及以下比例仅为6%。
其实先进制程也能数出来,也就是座舱和智驾,这两块对算力要求相对比较高,尤其是考虑到不少座舱芯片也承担了域控制器的职能。
——如果要求不那么高,14nm也能搞定。
汽车芯片的难和先进制程的难是两个方向。
汽车芯片的难点在于,如何通过设计、制造、封装、软件等环节,实现高功能安全。
汽车芯片的EDA工具需要ISO26262认证,开发流程需要ISO26262认证,芯片本身需要ISO26262和AEC-Q100认证,制造需要专门的车规产线,封装需要专门的车规产线,最后做出来的控制器产品还需要符合ISO26262认证。
这一套体系,是过去国内芯片产业为了快速补短板而尚缺的。
举个知乎程序员比较懂的例子,ISO26262流程认证,需要每处Debug都有文档说明,每次软件迭代也都需要文档说明
——这刚好是过去突飞猛进的国内芯片企业不太注意的内容,因为需要多投入至少两到三成的人力和时间。
这块华为做得就更好,跟华为接触过的朋友应该都知道,他们开发流程中文档内容在国内想对更清晰,也更规范。
ISO 26262 功能安全标准是目前欧美和国内高安全行业的强制准入标准,其对产品的开发流程管理、安全架构设计、安全编码和安全测试等方面有极苛刻的要求。在无先例可借鉴的情况下,华为经过多轮交付件评审、现场审核、专家终审,通过机构的层层审核,获得TÜV莱茵ISO 26262认证证书。得益于该内核的细粒度解耦架构、形式化方法和确定性时延机制等优势,华为获证周期相比行业缩短了 1 年,得到了认证机构和发证官的高度评价。目前主要难点是高功能安全的各类小芯片。
高功能安全类型的芯片,尤其是在汽车领域应用的芯片,需要满足非常严格的功能安全标准(如ISO 26262)。这些标准涉及芯片设计的复杂性、可靠性和错误率等多个方面,对技术要求极高。
换句话说,国内厂商不知道这些芯片的物理电路设计可能会在真实电磁环境运行中出现什么问题,也因此,在高功能安全领域不敢轻易替换。
上汽对这类芯片做过一次梳理:
一类芯片,是指国内已在整车上量产应用的成熟芯片,如图像传感器芯片、存储芯片、低端MCU(微控制单元)芯片等,占比44%;二类芯片,是指已有国产化方案但未在整车上量产应用的芯片,如高性能电源芯片、以太网芯片、动力底盘传感器芯片、智能驱动芯片等,主要应用于制动、转向、动力等对功能安全和车规等级要求较高的领域,占比34.7%;
三类芯片才是真正棘手,如安全气囊传感器芯片、半全桥驱动和预驱芯片、安全气囊点火芯片等,这些芯片或受制于技术、强绑定等因素,或因商业模式不可行,目前尚未找到潜在解决方案,占比21.3%。
这块比较典型的就是英飞凌的TC2XX\3XX系列,此外,也有ST的S32系列等。
举个例子,下面是高通8155的参考设计方案。
由于高通8155是消费级芯片的车规改款,但其设计上并不具备车规相应的冗余(如安全岛设计),因此除了8155以外,还需要一颗来自NXP的S32K144——一颗ASIL B等级的MCU,作为安全备份冗余。
也因此,这类芯片不是造不出来,而是验证问题。
这类高功能安全产品,是早年欧洲几大主机厂和Tier 1对英飞凌(西门子)/NXP(飞利浦)/ST(汤普森)提出来的需求,然后各家去开发相应的产品。
换句话说,标准和游戏规则都是人家写的。
在这个过程中,经过了十几年甚至几十年的迭代——甚至事故——才完成的。
国内芯片厂商在这个领域,暂时也没办法弯道超车。
整车厂商在这个环节非常谨慎。
涉及功能安全,万一有问题,不仅会造成大量经济损失,还可能造成公司声誉受损。
所以,芯片这块,国内确实有空白点,但难点不一样。
上汽集团拿出49款急需联合攻关的高算力、高规格汽车芯片,面向上海汽车芯片产业联盟「揭榜挂帅」,征求国产化替代可行性。结果,被联盟成员「一口回绝」的极少,大部分芯片都被归为「可讨论」范畴,极大提振了业内信心。都能做,只是需要时间验证而已。