文| 半導體產業縱橫
7月27日，在2024蔚來創新科技日上，蔚來汽車董事長李斌宣布，全球首款車規級5nm智能駕駛芯片神璣NX9031流片成功，芯片和底層軟件均實作自主設計。
據介紹，這款芯片采用32核CPU架構，內建LPDDR5x、8533Mbps速率RAM，擁有6.5GPixel/s像素處理能力，處理延時小於5ms。
李斌表示，神璣NX9031擁有超過500億個晶體管，不論是綜合能力還是執行效率，一個自研芯片能實作4個業界旗艦芯片的效能。
此次，李斌的發言在半導體界引起了一些爭議，原因在於他聲稱神璣NX9031是全球首款車規級5nm智能駕駛芯片，但是，在這之前，已經有可用於智能駕駛系統的5nm芯片推出，典型代表是恩智浦的S32N55處理器，以及安霸（Ambarella）的CV3系列域控制器。
01爭議點在哪裏？
李斌說神璣NX9031是全球首款5nm智能駕駛芯片，是值得商榷的。
首先，看一下恩智浦和安霸推出的5nm汽車芯片。
可以說，恩智浦是業界第一家宣布采用5nm制程工藝生產汽車芯片的公司，早在2020年6月，該公司就釋出了這一訊息，晶圓代工合作夥伴是台積電。
采用5nm制程的S32N55處理器，整合了16個Arm Cortex -R52即時處理器內核，執行頻率為1.2 GHz，能夠滿足軟件定義汽車對計算能力的高要求。S32N55的Cortex-R52內核可以在分離或鎖步模式下執行，可以支持ASIL ISO 26262功能安全級別。兩對輔助鎖步Cortex-M7內核支持系統和通訊管理。
作為S32 CoreRide平台的中央車輛控制器解決方案，S32N55處理器整合了先進的網絡技術，擁有時間敏感網絡（TSN）2.5 Gbit/s乙太網路交換機介面、用於24條CAN FD總線高效內部路由的CAN集線器、4個CAN XL介面和一個PCI Express Gen 4介面，能夠實作車內各個系統之間的高效通訊和協同工作。另外，S32N55的「內核到引腳」硬件隔離和虛擬化技術，使其資源可以動態分區，以適應不斷變化的車輛功能需求。
2022年初，安霸釋出了5nm制程的CV3系列芯片，能夠支持ADAS和 L2+ ~ L4系統的研發。該系列芯片基於可延伸、高能效比的 CVflow架構，可實作500 eTOPS算力，比安霸上一代車規級CV2系列提高了42倍。
eTOPS中的e指的是equivalent。因為CVflow不等同於任何GPU，這導致CV3芯片AI算力的計數單位與常用的GPU的TOPS有所不同，這裏加了e，表示與通用芯片架構相比，可以跑到等效的效能。輝達Orin芯片，算力是254TOPS，蔚來ET7透過4個Orin級聯實作了1016 TOPS算力。如果采用4個CV3芯片級聯，可以實作2000 eTOPS算力。
2023年2月，安霸宣布，采用三星的5nm制程工藝生產CV3-AD685。
繼恩智浦和安霸之後，高通的車用芯片也開始采用5nm制程。此時，不得不說輝達和英特爾旗下的Mobileye，這兩家公司的智能駕駛芯片多采用7nm制程，而特斯拉的HardWare 3芯片采用的是三星14nm制程，前不久，供應鏈傳出訊息，特斯拉新款HW4.0芯片將轉投台積電的4nm/5nm制程。
可見，在蔚來之前，恩智浦、安霸，以及高通都流片了5nm制程汽車芯片。不過，這幾家公司的芯片類別和套用還是有些區別的，從上文的介紹可以看出，恩智浦的S32N55屬於控制類芯片，而安霸、輝達、特斯拉和蔚來的是計算類芯片，高通的是智能座艙芯片，偏控制類。
這裏要簡單介紹一下汽車芯片類別，可分為計算類，控制類，模擬類、電源類，通訊類，傳感器類，功率類，儲存類。其中，計算和控制類屬於數碼芯片，對制程要求最高，而隨著智能駕駛的興起，對芯片算力的要求與日俱增，此時，計算類芯片的算力也就成為非常關鍵的指標，控制類次之。
綜上，業界最先采用5nm制程工藝制造智能駕駛芯片的應該是恩智浦或安霸。蔚來是中國首家采用5nm制程制造智能駕駛芯片的企業。
那麽，蔚來為什麽要自研如此高端的芯片呢？還要從輝達說起。
目前，業界用量最大的旗艦智能駕駛芯片是輝達的Orin-x，它的單片算力為508TOPS。此外，輝達還釋出了一款DRIVE Thor芯片，單片算力2000TOPS，要2025年才能量產。
2023年，蔚來采購了許多輝達智能駕駛芯片，占到輝達出貨量的46%，總金額達3億美元。這是一筆很大的開支，對於一直虧損搞研發的蔚來而言，在越來越內卷的中國汽車市場，降本增效是必須的。基於此，自研智能駕駛芯片就順理成章了，一個神璣NX9031頂4個輝達Orin X，可以節省不少芯片開支。
02 用5nm制程造智能駕駛芯片的價值
傳統上，汽車芯片對制程工藝的要求不高（多為20nm以上制程），而對芯片的穩定性和可靠性的要求很高。也就是說，汽車要用車規級芯片（Automotive Grade Chip）。
車規級芯片是指那些專為汽車套用設計和制造，且滿足嚴苛的汽車行業標準規定的芯片。這類芯片需要在極端溫度範圍、高振動、高壓、高濕、EMI等惡劣環境中保持穩定可靠的效能，且通常要透過諸如AEC-Q系列認證的汽車行業質素標準的檢驗。
基於汽車安全性和可靠性要求極高的套用需求，任何芯片故障都可能導致嚴重的安全事故，為此，相比於消費級或工業級芯片，車規級芯片具有更高的品質要求，這類芯片被廣泛套用於發動機控制、剎車系統、安全系統、車載娛樂資訊系統、ADAS等車載子系統。
雖然先進制程（16nm及以下）可以提高芯片效能並降低功耗，但也會帶來一些挑戰，例如，制程節點越小，芯片的生產成本越高，此外，小特征尺寸芯片需要更精密的生產器材和技術，這也會增加成本。
因此，汽車芯片廠商，以及汽車制造商需要在芯片的效能、成本和可靠性之間尋找平衡點。他們需要根據車輛的用途、效能要求和成本預算來選擇合適的制程工藝。對於一些高端車型，制造商可能會采用更先進的制程，以提高車輛效能。而對於一些經濟車型，制造商會更多地選擇經濟實惠的制程工藝，以降低生產成本。
總的來說，汽車芯片的主流制程在40nm~16nm之間。
然而，隨著智能駕駛的普及，傳統汽車芯片的制造框架被打破了，因為算力開始主導汽車套用。
其實，從業人員清楚，算力堆砌勢必會出現浪費的現象，然而，相較於看不見的軟件演算法，實實在在的算力指標是可以輕而易舉判斷出來的。使用者對於硬件能力的追求在移動電子產品中被體現的淋漓盡致，如今，同樣的情況又延續到了智能汽車上。
基於此，市場上出現了各種行銷話術，例如，有媒體將芯片的算力水平比喻成「得房率」，利用稠密算力和稀疏算力的不同，計算出完全不一樣的算力結論。如今，卷算力已經成為車廠和相關芯片企業邁不過去的一道坎，越來越多新亮相的智能駕駛芯片證明，增加算力是提升市場評價水平最有效的方式。
目前，很多30萬以上的新勢力SUV算力都已經破百TOPS，甚至有部份品牌汽車的算力已經破千TOPS。即便是有很大冗余，似乎也沒有人會拒絕更高的算力。
隨著芯片算力動輒突破500 TOPS，甚至1000 TOPS，芯片的其它指純量勢必會引起大眾的註意，例如制程工藝。雖然對於車規級芯片而言，並沒有對制程的極致追求，但在智能駕駛和智能座艙領域，芯片制程顯然已經開始向5nm，甚至更小制程節點挺進。與7nm相比，台積電的5nm工藝的處理速度提高了20%，功耗降低了40%，遷移到5nm將有助於汽車制造商透過增強功能為自己的汽車帶來差異化優勢，簡化汽車日益復雜的架構挑戰，並輕松地部署強大的計算系統。
因此，5nm制程對於汽車芯片的價值凸顯出來。
在這樣的市場需求下，台積電也開始玩兒起了「饑餓行銷」。2023年7月，台積電歐洲總經理 Paul de Bot在德國舉行的「第27屆汽車電子大會」上表示，長期以來，汽車產業一直被認為是技術落後者，只註重成熟制程，但實際上，已經有汽車芯片供應商自2022年開始使用5nm制程工藝，這個時間點距離5nm正式投入量產僅兩年時間。由於三星的5nm制程良率一般，使得台積電幾乎成了目前唯一一家能夠規模量產5nm制程芯片的晶圓代工廠。因此，該公司的產能供不應求，台積電表示，不可能為汽車行業保留空閑產能，汽車芯片需加速轉向先進制程。Paul de Bot認為，汽車制造商對訂單數量進行前瞻性規劃和控制是絕對必要的，而一些汽車芯片從原有的成熟制程節點轉向先進制程也是保障供應的一個重要手段。
相對於消費類電子和伺服器套用，汽車芯片晶圓代工市場占比較小（10%以下），但單價更高，這是一個極其有利可圖的市場。從台積電的角度來看，在新冠疫情期間，台積電每年的汽車芯片業務都增長了40%左右，該晶圓代工龍頭希望在未來保留並擴大這個客戶群，特別是先進制程。
03 智能座艙芯片也需要5nm
以上介紹的都是智能駕駛芯片，這類芯片偏計算，另一大類則是智能座艙芯片，這類更偏控制，對先進制程的需求也越來越迫切。
智能座艙有多個功能塊，主要包括高畫質顯示、儀表、主動安全報警、即時導航、線上資訊娛樂、緊急救援、車聯網，以及人機互動系統（語音辨識、手勢辨識）等，其主要作用是透過改變人機互動方式，提升駕駛者和乘員體驗。此時，人工智能（AI）技術的重要性就凸顯出來了，對相關芯片的效能要求也提高了。
智能座艙芯片的典型代表，就是我們常聽說的高通驍龍8155，以及更新換代後的8295芯片。
2021年底，高通釋出了采用5nm制程的驍龍8295，相比於前一代8155（7nm制程）的8TOPS算力，8255的算力達到30TOPS，3D渲染能力提升了3倍，增加了整合電子後視鏡、機器學習、乘客監測和資訊保安等功能，一顆芯片可驅動11塊螢幕。
除了座艙芯片外，高通Snapdragon Ride智能駕駛平台的核心SoC也基於5nm制程打造，並整合了高效能CPU、GPU和AI引擎等核心元件，最高算力達到700TOPS。不過，與其它幾家智能駕駛芯片大廠（輝達、英特爾旗下的Mobileye、特斯拉）相比，高通的智能駕駛芯片存在感比較弱。
除了高通等行業大廠，中國本土SoC公司也在向先進制程智能座艙芯片進發，目前已進展至7nm，如果沒有那麽多的國際貿易限制，肯定會有采用5nm制程的。目前，地平線、黑藝麻智能、芯馳科技、芯警科技都釋出了相關產品，其中，芯擎科技自研的「龍鷹一號」作為國內首款車規級7nm芯片，已經上車，黑芝麻智能推出了首款自研的7nm芯片武當C1200，地平線的征程6系列芯片也采用7nm制程工藝，旗艦芯片單顆算力為560TOPS，2024年量產，到征程7或征程8量產時，有望將制程工藝再提升一步。
04 汽車芯片向3nm制程招手
隨著汽車智能化水平提升，相關芯片還在向更先進制程工藝進發。
輝達最新的智能駕駛芯片DRIVE Thor算力達到2000 TOPS，Hopper架構；將采用4nm制程工藝，2025年投產。輝達表示，比亞迪、埃安、小鵬、理想、極氪等中國汽車品牌將采用DRIVE Thor。
特斯拉更為激進，已經準備啟動3nm制程芯片代工計劃，在台積電N3E基礎上繼續強化速度和功耗表現，計劃2024年投產，但是否能拿到產能，還存在疑問。
看到高通在智能座艙套用領域取得成功後，聯發科坐不住了，也開始進軍汽車芯片市場，特別是智能座艙，計劃推出「天璣車載平台」，將采用3nm制程打造。
