“車規芯片需求激增，安全可靠是第一要義”這句大實話最近很火。什么是車規芯片呢？其實它是滿足汽車電子元件規格標準的芯片，在目前汽車電動化、智能化、網聯化、共享化進程中，其作用至關重要。

具體車規芯片與消費類芯片有什么不同？怎么制造、要滿足哪些標準？現在為什么緊俏異常？如何解決缺“芯”的煩惱？近日，芯馳科技副總裁徐超對此類問題給出了客觀的答案。

汽車芯片和消費類芯片判然不同

徐超從芯片制造講起，開發一款芯片之前，首先要“輸入客戶需求”，對需求進行分解，由架構師對芯片進行合理化定義，這是一個非?？简灲涷灥倪^程。如果滿足了全部客戶的期望需求，那芯片成本、面積、功耗等就很可能無法達到均衡。所以，架構定義最重要的一個點是在覆蓋最大化客戶共性需求的同時，考慮成本、可實現性和可量產性。

定義完成后，開始IP設計，包括使用自有IP和導入合作伙伴的IP；之后進行同期驗證，然后將合作伙伴IP集成在SoC中，用加速器和仿真器進行模擬和仿真；最后做綜合，同時不斷進行迭代和仿真測試。

芯片的物理實現首先通過光刻機在晶圓上刻出芯片電路圖形，之后注入離子、鍍金屬層，然后刻蝕成電路，并進行測試，淘汰掉不良品；再把大的晶圓交給封裝合作伙伴，切割成一個個裸片，焊在基板上進行封裝。

這時，如果是可靠性要求不高消費類芯片，大多數情況下，完成這些步驟就可以交付給客戶了，略微有可靠性要求的消費電子和商用芯片則需要在封裝后做相關的一些測試和老化，挑選出有瑕疵的芯片。而車用芯片則需要做非常嚴苛的老化和可靠性測試，最后還缺少一樣東西——相關測試和驗證的認證證書，作為PPAP交付文檔的一部分。所以，要把車規芯片交給認證合作伙伴，經過一系列測試，完成汽車功能安全和可靠性要求認證，證明其在安全和可靠性上，達到了相應標準，主機廠或Tier1一般才會使用。

他介紹說，車規芯片和消費芯片有幾個顯著的區別：

• 設計目標不同：消費類芯片主要考慮性能、功耗和成本（PPA）；車規芯片還會綜合考慮可靠性、安全性、一致性和長效性。
• 工作環境不同：消費類芯片一般滿足0-70℃環境溫度，而車規芯片要滿足-40-105℃的使用溫度要求。
• 設計壽命不同：消費類產品一般不超過5年；汽車設計壽命是10-15年，汽車芯片壽命也要按此設計。
• 生產制造不同：汽車芯片在制造和封裝測試上比消費電子要求相對高。
• 另外，汽車SoC芯片通常有獨立的安全島設計、獨立的系統、獨立的電源、獨立的時鐘，獨立的PLL（鎖相環）等，以保證持續安全運行。
• 汽車還要滿足數據存儲、傳輸網絡ECC/CRC校驗和多系統要求，如芯馳一個芯片能夠控制10個屏，共運行了6個操作系統，同時符合ISO26262、AEC-Q100標準。

“一芯十屏”演示

徐超強調，關鍵在于如何在滿足這么多要求的情況下，保證性能和成本，這要依靠經驗豐富的團隊。此外，還要考慮客戶的研發投入，為其未來3-5年的前瞻性需求做一些預留，同時還不能讓芯片成本增加太多。

危機四伏下的缺芯

2021年4月，IHS對全球芯片短缺做了一個分析，徐超從供給側和需求側對其進行了解讀。

他說，在供給側，經過差不多半年多的短缺，芯片行業開始特別關注提升本土化程度，此外，近兩年，一些危機性事件，如疫情、氣候等，均造成了全球產能下滑。

供給側下降，需求側則在上升。IHS報告將汽車芯片排在第一位，因為2020年底行業的判斷是，受疫情影響全球汽車工業產能預期將下降45%，但實際上中國基本與2019年持平，全球下滑也是個位數。疫情緩解后出現了報復性出行需求，而公共交通有可能使疫情反復，所以購車量上升。

后疫情時代，居家辦公、工業自動化等需要增加，手機、PC、服務器、平板電腦、電商、遠程支付，包括加密芯片需求漲聲一片。這種倒掛現象很難在短期內彌補。

除了供給和需求兩側，汽車行業正處在百年變革中，芯片的需求量快速上升。電動化、共享化、智能化和網聯化，加上個性化已成為大勢所趨，對芯片的需求和要求都發生了很大變化，以前有芯片就可以賣車，現在是有好的芯片車才有競爭力。

事實上，汽車行業缺芯不是疫情之后才出現的，此前就有因芯片供應問題導致汽車產量受影響的案例出現。在很多情況下，多因素疊加會導致一個事件會像滾雪球一樣放大，特別是遇到疫情這種特殊情形。

因此，如果汽車行業和半導體行業缺少交流，缺芯將階段性存在，徐超預計，今年Q2或Q2末市場會回到常態，隨著主機場與芯片廠商的交流越來越深入，這種情況會越來越好處理。

融入主機廠流程，隨需而變

徐超表示，只有隨需而變，才能更加貼近主機廠的整個開發流程。傳統開發流程是主機廠完成立項到設計，然后給Tier1產品規格要求，后者據此與芯片廠商溝通選型。整個過程有可能會長達4年，現在，在智能汽車普及的時代，主機廠為了更加個性化和差異化的創新車型定義，更加早期的導入芯片合作企業進行深度交流，芯片企業介入整車開發流程較之傳統模式，平均提前了16個月以上。目前，新型主機廠和很多傳統主機廠甚至會在車型規劃初期讓芯片廠商參與進來。主機廠需要芯片廠商提供更多深度的信息去靈活定義差異化和賣點，突破傳統設計流程中汽車和芯片行業的壁壘和便捷。這種變化對于芯馳來說也是非常重要的機遇。

事實上，主機廠也在貼近芯片廠商，特別是面對缺芯，另外，主機廠還會考慮芯片級（以前是零部件級）備份方案，還有EE架構的歸一化。

徐超指出，如果不去改變1000多顆芯片中有近180種芯片的事實，供應鏈安全將是一句空話，因為只要缺一顆芯片車就很可能無法下線。所以，主機廠需要的是用更高集成度、更高性能的芯片將原來的眾多零部件整合到一起，也就是功能上耦合、性能上提升、進一步集成的整車架構。這既是主機廠的解決之道，也是一個趨勢，所以大核心處理器是未來的一個趨勢，芯馳的產品路線圖中已有相關的產品。

安全第一，兼收并蓄

徐超認為，汽車芯片與其他消費類或商用芯片的最大區別就是兩個字——安全?；诖?，芯馳芯片強調系統完整性級別的功能安全；信息安全，包括符合國密、商密標準認證；可擴展，就像沃爾沃的SPA平臺，可以靈活地從A級車擴展到C級車、豪華車。芯片亦然，可以在同一個平臺上設計不同配置的兼容架構，例如：從2個核到8個核的GPU和CPU。其好處在于客戶的軟件、系統、應用甚至硬件都可以兼容和非常平滑地遷移，不需要額外投入；而芯片廠商的不同型號芯片可以面向不同市場，縮短上市時間；有一個足夠強大的CPU固然好，CPU是一個復雜運算單元，可以跑各種算法和應用，但芯片設計并不盡然，需要根據特定應用市場來考慮，用ASIC或加速引擎方式實現其中一些通用CPU運行的算法，可能用1/10的面積實現10倍以上的性能，當然這會犧牲一些通用性?？蛻魧嵺`證明，選用座艙和未來整車架構中用得最多的CV/AI引擎，效果非常滿意。

除此之外，車規芯片強調安全、可靠、長效、性能、功耗和價格。其中性能、功耗和價格消費電子也會考慮，而即使在這三個方面，車用芯片需要考慮的也會更多，比如性能中的智能化程度和增強體驗、實時響應等；功耗方面的節能減排、續航里程；價格是永恒的話題，希望最好的芯片有最低的價格。

其中安全性、可靠性和長效三者是車規芯片與傳統芯片的最大區別。

• 安全：以更多機制防范一些錯誤注入和系統理論失效。
• 可靠：在芯片可靠性之外，增加可靠的供應鏈有助于保證決策安全，同時也能降低召回風險。
• 長效：架構足夠先進，設計足夠持久，軟件系統有足夠長的支持，這也可以減少客戶的重復研發投入。

從技術上看，可靠性和長效息息相關，通過代表半導體產品壽命三個主要階段的“浴缸曲線”可以發現，從產品交付早期到報廢的整個壽命周期內，其可靠性的變化（失效率）呈現一定規律。由于半導體特性，芯片早期故障率比較高。度過早期失效期就進入了偶然失效期，發生失效的幾率可控，這時就可以開始銷售了。

消費類電子產品有的不做早期的Burn in（老化），它知道自己的長期偶然失效率大概是多少，可以通過換機來解決。如果消費產品剛開始用跑應用時就老崩潰，廠商會給換個新的，這個幾率大約在千分之一左右，當然通過出廠系統測試也會規避掉一些，實際可能更低一些。

但汽車不一樣，從銷售開始，芯片就要保證0ppm，偶然失效期要保證10-15年，而消費電子的偶然失效期只需3-5年。

那么，問題來了，主機廠的技術團隊怎么證明自己選擇芯片的決策是安全的？徐超覺得這要從幾個層面來看。

首先是認證層面，芯片廠商要委托第三方中立機構按照非常嚴苛的行業標準去做所有車規級相關試驗和測試，最終拿到認證。

從芯片可靠性看，每個芯片都要有唯一的二維碼，如果發生質量問題，可以在6個小時內追溯質量問題的根源，這個流程的管理，得到了包括車規晶圓廠和封測合作伙伴的大力支持和配合。

還有“保險”層面，6月工業和信息化部電子信息司、裝備工業一司支持，北京市經濟和信息化局指導，中國汽車芯片產業創新戰略聯盟主辦的汽車芯片保險簽約儀式發布活動在京成功舉行，將推動芯片企業、零部件企業和保險公司，開展汽車芯片保險和保費補貼試點工作，通過“市場化為主+政府有限支持”方式破解汽車芯片應用問題，以金融保險手段分擔產業鏈上下游風險和疏通瓶頸，對促進汽車芯片快速形成市場應用規模具有重要意義?？稍诒ｋU層面保障主機廠在選用芯片時至少不會有太大的決策風險。

貞光科技深耕汽車電子、工業及軌道交通領域十余年，為客戶提供車規MCU、車規電容、車規電阻、車規晶振、車規電感、車規連接器等車規級產品和汽車電子行業解決方案，成立于2008年的貞光科技是三星、VIKING、紫光芯能、基美、國巨、泰科、3PEAK思瑞浦等國內外40余家原廠的授權代理商。

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