隨著車輛的網(wǎng)聯(lián)化和智能化的逐步提升，汽車上芯片的數(shù)量越來越多。據(jù)網(wǎng)上統(tǒng)計(jì)，2021年每輛汽車的芯片需求已經(jīng)突破1000顆，一些高端新能源汽車的芯片需求甚至可能接近2000顆。
這么多芯片都有哪些類別呢？通常從整車角度來說，會(huì)從應(yīng)用角度進(jìn)行分類，以芯片所起的不同功能進(jìn)行劃分。可以分為控制芯片、計(jì)算芯片、傳感芯片、存儲(chǔ)芯片、通信芯片、安全芯片、功率芯片、驅(qū)動(dòng)芯片、電源芯片。
那對(duì)于這些類別的芯片，基本技術(shù)要求主要主要是安全要求和性能要求兩大類。安全要求又可分為可靠性、功能安全和信息安全三方面。不同類別芯片需滿足的安全要求等級(jí)不同，同一類芯片應(yīng)用在不同域需滿足的安全要求等級(jí)也不盡相同。性能要求方面，性能指標(biāo)類別繁多，對(duì)于同一大類芯片，其下的各小類芯片關(guān)鍵性能指標(biāo)基本一致，在不同域的應(yīng)用上具有差異性變化。
下面按芯片類別來聊聊各個(gè)的安全需求和性能需求。
01.
控制芯片
控制芯片的主要技術(shù)指標(biāo)是主頻、接口豐富度、內(nèi)存大小、制程，主要應(yīng)用于8 位、16位、32位MCU產(chǎn)品，并逐漸由 8/16 位升級(jí)到32位。與消費(fèi)級(jí)和工業(yè)級(jí)控制芯片相比，車規(guī)級(jí)要求更高的工作環(huán)境溫度可靠性（-40～125/150 ℃），以及更高的良品率和工作壽命。工藝制程方面，目前主流汽車控制芯片為 40～55 nm 工藝制程，逐步向40nm 以下（如 22 nm）制程發(fā)展。控制芯片在不同應(yīng)用域的技術(shù)要求如下所示。
02.
計(jì)算芯片
計(jì)算芯片的主要技術(shù)指標(biāo)是算力、主頻、制程等，應(yīng)用于智能駕駛和智能座艙場(chǎng)景下的安全要求和性能要求差異不大，計(jì)算芯片可靠性要求不高(Grade2)，功能安全要求較高。工藝制程方面，相較于其他類芯片要求較高，最高要求到7nm，后續(xù)則基本會(huì)跟上消費(fèi)級(jí)芯片制程的步伐。
對(duì)于智能駕駛計(jì)算芯片，CPU算力、GPU算力、NPU 算力等相關(guān)指標(biāo)是最關(guān)鍵的性能指標(biāo)，低級(jí)別的L1/L2，需要算力10TOPS；到高級(jí)別的 L3/L4/L5，算力需求將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，L4需要500TOPS到1000TOPS，L5 需要幾千TOPS。此外L5級(jí)別CPU的計(jì)算能力可能到500KDMIPS。由于和駕駛安全性息息相關(guān)，智能駕駛計(jì)算芯片功能安全要求為最高等級(jí)(ASIL-D)。
對(duì)于智能座艙計(jì)算芯片，對(duì)圖像視頻顯示質(zhì)量要求和功能可擴(kuò)展性更高，智能座艙計(jì)算芯片關(guān)鍵性能指標(biāo)中包含接口和插槽擴(kuò)展性等特殊指標(biāo)，要求其可支持DSI、DP 等顯示接口?？煽啃砸蠛椭悄荞{駛計(jì)算芯片一致，而功能安全要求略低(ASIL-B/C)。計(jì)算芯片在不同應(yīng)用域的技術(shù)要求如下所示。
03.
傳感器芯片
智能駕駛感知功能的實(shí)現(xiàn)是靠傳感部件內(nèi)部的芯片和算法實(shí)現(xiàn)。由于車內(nèi)和車外感知信息種類繁多，催生出多種傳感芯片。
智駕域和座艙域，主要是采用激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波、紅外等收集車外信息，通過集成算法實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，由于與車內(nèi)人員的人身安全息息相關(guān)，在可靠性以外，需要更高的功能安全要求，通常智能座艙要求級(jí)別為ASIL-B，智能駕駛域應(yīng)用中要求是 ASIL-B/C/D。圖像類芯片要求制程 40～90 nm，主要性能指標(biāo)為像素?cái)?shù)量，智能駕駛應(yīng)用現(xiàn)階段要求像素為 2MP～8MP，智能座艙為 1MP～5MP；激光雷達(dá)的主要性能指標(biāo)為探測(cè)距離和視場(chǎng)角，補(bǔ)盲激光雷達(dá)視場(chǎng)角為 140°×70°，探測(cè)距離為 10～30m；遠(yuǎn)程探測(cè)激光雷達(dá)視場(chǎng)角為 120°×25°，探測(cè)距離為 30～300米。發(fā)射/接收頻率是毫米波芯片的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，要求達(dá)到 24 GHz 以上。
傳感芯片在不同應(yīng)用域的技術(shù)要求如下所示。
04.
存儲(chǔ)芯片
車規(guī)級(jí)存儲(chǔ)芯片與消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)存儲(chǔ)芯片在性能參數(shù)上差異不大，但是在可靠性、安全性方面的要求更高。車規(guī)級(jí)存儲(chǔ)芯片整體分為 RAM和 ROM兩大類。汽車存儲(chǔ)芯片的主要技術(shù)指標(biāo)是制程、存儲(chǔ)容量、數(shù)據(jù)讀取速率等。
RAM 根據(jù)是否需要定期刷新電路，主要分為 SRAM 和 DRAM 兩類。SRAM 讀寫快、功耗低、集成度低、容量小，通常作為緩存使用，廣泛應(yīng)用在汽車的五大域中。SRAM 對(duì)制程要求不高，在座艙和智能駕駛系統(tǒng)制程要求均為 130 nm。DRAM 讀寫慢、功耗大、集成度高、容量大，應(yīng)用于有大運(yùn)算要求的計(jì)算系統(tǒng)中，在整車上主要應(yīng)用于智能駕駛域和智能座艙域。DRAM 存儲(chǔ)容量較高，在座艙系統(tǒng)要求達(dá)到 4 GB 以上，而智能駕駛系統(tǒng)考慮大量處理數(shù)據(jù)則要求到 8 GB 以上。
ROM 根據(jù)存儲(chǔ)容量大小可以進(jìn)一步細(xì)分為 EEPROM、NOR Flash、NANDFlash。EEPROM 以其通用性、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，能滿足車用各種小規(guī)模高可靠性模組的存儲(chǔ)需求。NAND 的擦除操作簡(jiǎn)便，而 NOR 則要求在進(jìn)行擦除前先要將每一個(gè)存儲(chǔ)單元均寫入數(shù)據(jù)，然后才能做擦除，因此 NAND 的寫入速度相比 NOR 更快。其中，NAND Flash 性能要求最高，其中制程要求 38nm，存儲(chǔ)容量要求相較于其他存儲(chǔ)芯片最高，在智能駕駛系統(tǒng)要求到 25 GB 以上，其讀取數(shù)據(jù)速率也在 100 MHz 以 上 ，而 NOR Flash 性 能 要 求 低 于NAND Flash。EEPROM 在車端應(yīng)用不多，但其擦寫壽命較長(zhǎng)，性能穩(wěn)定。
存儲(chǔ)芯片在不同應(yīng)用域的技術(shù)要求如下所示。
05.
通信芯片
汽車通信芯片通用的主要技術(shù)指標(biāo)是制程、傳輸速率、協(xié)議一致性、接口類型等。
安全要求方面，應(yīng)用于智能駕駛系統(tǒng)的通信芯片，可靠性和功能安全要求都較高，而應(yīng)用于車身系統(tǒng)和座艙系統(tǒng)的通信芯片，功能安全和可靠性要求相對(duì)較低。此外隨著國(guó)內(nèi)相關(guān)法律法規(guī)近年來對(duì)汽車信息安全監(jiān)管的加強(qiáng)，逐步對(duì)通信芯片產(chǎn)品提出兼容國(guó)密算法、具備硬件防護(hù)等要求。
工藝制程方面，V2X通信芯片對(duì)制程要求最高為 5～12nm；衛(wèi)星定位芯片早期多為 40～55 nm工藝制程，新一代產(chǎn)品制程為14 nm、22 nm 和 28 nm；用于車內(nèi)通信的 CAN 和 LIN 芯片對(duì)制程要求較低，達(dá)到180nm 制程即可。
關(guān)鍵性能方面，應(yīng)用于智駕系統(tǒng)的通信芯片傳輸速率要求一般高于座艙系統(tǒng)和車身系統(tǒng)。低速總線通信速率一般不超過 20 Mbps，包括 CAN、LIN等技術(shù)；高速總線通信速率為 100 Mbps～幾個(gè) Gbps，包括以太網(wǎng)、高速串口等。其中高速串口芯片傳輸速率最高，可達(dá)到數(shù)個(gè) Gbps。目前，主流 GNSS 芯片均支持 GPS/Glonass/Galieo/北斗多模和 L1/L5 雙頻制式，主流制程一般在 14～28 nm，定位精度已提升至亞米級(jí)甚至厘米級(jí)。
通信芯片在不同應(yīng)用域的技術(shù)要求如下所示。
06.
安全芯片
安全芯片的關(guān)鍵性能指標(biāo)主要是：兼容的加密算法種類、驗(yàn)簽速度、真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的隨機(jī)源數(shù)量。
對(duì)于應(yīng)用于智能駕駛域的安全芯片來講，安全芯片主要應(yīng)用于OBU 上，這類安全芯片對(duì)處理性能（主要是加解密運(yùn)算性能）和支持高吞吐 IO 通道的需求相對(duì)高于其他系統(tǒng)。當(dāng)前汽車安全芯內(nèi)部高性能對(duì)稱運(yùn)算可以達(dá)到 200 Mbps 級(jí)別以上，非對(duì)稱運(yùn)算可以超過 10000 次/秒，基本可以滿足當(dāng)前車用市場(chǎng)要求。
對(duì)應(yīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)中的安全芯片來講，主要需求來自于國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)遠(yuǎn)程排放管理車載終端的要求。動(dòng)力系統(tǒng)中的安全芯片因無需進(jìn)行大規(guī)模高速運(yùn)算，對(duì)性能的要求不高。
座艙系統(tǒng)和車身系統(tǒng)中的安全芯片，其運(yùn)算性能并無特別高要求，更注重其作為安全芯片應(yīng)具備較強(qiáng)的防攻擊能力，以防止入侵者通過破解的手段入侵車門及中控系統(tǒng)。
安全芯片在不同應(yīng)用域的技術(shù)要求如下表所示。
07.
功率芯片
汽車功率芯片的技術(shù)指標(biāo)主要是制程、耐壓、電流和關(guān)斷損耗等。功率芯片僅應(yīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)，由于和行駛安全緊密相關(guān)，且工作環(huán)境溫度較高，各類功率芯片都需要滿足最高可靠性要求和最高功能安全等級(jí)。性能方面，同樣襯底材料（Si基/SiC 基）情況下 IGBT 的耐壓高于MOSFET，而由于 SiC 材料優(yōu)越的耐高壓、耐高溫和低能量損耗等電氣性能，SiC 基功率芯片耐壓高于 Si 基功率芯片。
功率芯片在不同應(yīng)用域的技術(shù)要求如下所示。
08.
功率芯片
汽車驅(qū)動(dòng)芯片的技術(shù)指標(biāo)主要是制程、驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)電流和抗負(fù)壓能力等。驅(qū)動(dòng)芯片主要應(yīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)，由于和行駛安全緊密相關(guān)，驅(qū)動(dòng)芯片需要滿足最高功能安全等級(jí)，可靠性要求也較高（Grade1）。相比其他類芯片，驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)工藝制程要求較低，一般為 130～180 nm 制程。低邊驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流最高。而高邊驅(qū)動(dòng)是用于汽車電氣控制的核心芯片，電壓幅度變化大，應(yīng)用范圍涉及車身動(dòng)力、行車控制、輔助駕駛等。H 橋驅(qū)動(dòng)在轉(zhuǎn)向制動(dòng)控制器上有廣泛應(yīng)用。
驅(qū)動(dòng)芯片在不同應(yīng)用域的技術(shù)要求如下所示。
09.
電源管理芯片
電源管理芯片的主要技術(shù)指標(biāo)包括：電壓輸入范圍、最大可輸出電流、負(fù)載調(diào)整率、電源噪聲、放大系數(shù)、采樣精度、驅(qū)動(dòng)能力（電壓驅(qū)動(dòng)、電流驅(qū)動(dòng)能力）的要求，現(xiàn)階段電源管理芯片的生產(chǎn)制程要求在 90~180 nm 范圍內(nèi)。電源管理芯片多用于動(dòng)力系統(tǒng)，在智駕和座艙系統(tǒng)中也有應(yīng)用。電源管理芯片工作環(huán)境溫度較高，和電動(dòng)車輛安全緊密相關(guān)，因此電源管理芯片可靠性要求和功能安全要求均需達(dá)到最高安全等級(jí)。
電源管理芯片在不同應(yīng)用域的技術(shù)要求如下所示。
10.
汽車芯片技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
汽車電動(dòng)化和智能網(wǎng)聯(lián)化是影響汽車芯片發(fā)展變化的兩個(gè)重要驅(qū)動(dòng)因素，將會(huì)引發(fā)對(duì)現(xiàn)有芯片性能要求和安全要求的變化以及對(duì)新類型芯片的需求。
電動(dòng)化方面，除了芯片數(shù)量會(huì)增加，主要差異來源于新能源汽車的電池管理系統(tǒng)及高壓動(dòng)力系統(tǒng)。新能源汽車對(duì)應(yīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)的汽車芯片在高電壓下的性能提出更高要求，對(duì)大功率芯片的需求也明顯上升。此外新能源汽車對(duì)特定種類芯片需求也逐步增加，例如電池管理系統(tǒng) BMS 用芯片以及用于解決高壓耐受、開關(guān)噪聲等問題的隔離芯片。
智能網(wǎng)聯(lián)化對(duì)于汽車芯片的影響主要是兩方面，一方面電氣架構(gòu)的集中化，需要配置具有更強(qiáng)大的算力部署、更高的信號(hào)傳輸效率的芯片。
另一方面智能化直接對(duì)某些類別芯片的性能和安全性，提出了更高的要求。智能感知方面，各類雷達(dá)芯片需求空間提升；且提升了處理速度加快、處理效能增強(qiáng)，高分辨率、低延時(shí)、高擴(kuò)展兼容性及較強(qiáng)可配置能力等需求。信息通訊方面，增強(qiáng)了對(duì)于高安全、高可靠、高性能通訊芯片的需求和芯片處理多通道大量數(shù)據(jù)的需求；智能駕駛方面，對(duì)先進(jìn)制程、高算力、高安全等級(jí) SoC 芯片的需求將逐步提升；智能座艙方面，增加了針對(duì)計(jì)算芯片在高算力、高流暢性、小體積、低功耗、可擴(kuò)展性等方面的需求。
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