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制造手机芯片和汽车芯片哪个难B体育度更大?

发布时间:2023-09-25 16:15浏览次数: 来源于:网络

  B体育却又很难回答,因为,成人世界的答案很少有非黑即白那般的简单(手动狗头)......

  消费电子芯片与车规芯片在设计时所做的考量侧重点差异较大,由此带来的工艺制程相差较大。如果硬要比个高低,就好比点评《天龙八部》里乔峰的“降龙十八掌”与《倚天屠龙记》张无忌的“九阳神功”谁更厉害一样,实在难以周全,下面cao sir尝试剖析一番,以飨读者。

  无论是手机、平板、还是机顶盒、智能穿戴设备,消费电子的芯片在开发阶段主要考量性能、功耗、成本三个方面维度。

  在智能机时代,芯片的性能强弱已经成为衡量一款机型好坏的重要指标,无论是开黑的王者荣耀还是吃鸡的和平精英,更加强悍的CPU芯片才能带来极致的游戏体验。以高通骁龙865芯片为例,采用1*Cortex-A77(2.84GHz)+3*Cortex A77(2.42GHz )+4*Cortex-A55(1.8GHz )的架构,NPU可以实现15万亿次/秒的运算能:ISP速度达到了20亿像素/秒的处理速度,可以支持2亿像素摄像头。

  一块芯片上数十亿个晶体管在高频工作时,会产生大量的动态功耗、短路功耗和漏电功耗,如果不加以控制,不仅会出现计算错误的结果,甚至能将电路的一些部分将熔接在一起,使芯片不可修复。因此消费电子在追求性能的同时,也要考虑功耗,否则就容易机身发烫,待机时间缩短,影响使用体验。

  在芯片性能越来越强悍的同时,芯片的价格越来越贵,所占手机总成本的比例也越来越高。以高通骁龙865为例,成本在700元左右,占所搭载的机型成本比例分别为小米10pro占比14%、红米K30pro占比23%、OPPO findX2pro占比10%、三星S2ultra占比为7%;麒麟990的成本约为500元,约占华为nova6售价的16%、P40售价的10%、P40 PRO售价的7%、P40 pro plus售价的5%;联发科天玑1000的价格是280元,约占OPPO Reno3售价的9.8%;因此无论是从提高产品竞争力还是增加企业利润角度,都需要控制芯片成本。

  一、汽车的工作环境更恶劣,发动机舱的温度范围在-40°C~150°C之间,因此汽车芯片需要满足这种大范围温度工作范围,而消费芯片只需满足0°C~70°C工作环境。再加上汽车在行进过程中会遭遇更多的振动和冲击,以及汽车上的环境湿度、粉尘、侵蚀都远远大于消费芯片的要求。

  二、汽车产品的设计寿命更长,手机的生命周期在3年,最多不超过5年,而汽车设计寿命普遍都在 15 年或 20 万 公里左右,远大于消费电子产品寿命要求。因此,汽车芯片的产品生命周期要求在15年以上,而供货周期可能长达30年。

  在这样的情况下,如何保持芯片的一致性、可靠性,是车规芯片首先要考虑的问题。

  其次汽车芯片的安全性也尤为重要!汽车芯片安全性包括功能安全和信息安全两部分。

  手机芯片死机了可以关机重启,但是汽车芯片如果宕机了可能会造成严重的安全事故,对消费者来讲是完全没有办法接受的。所以,汽车芯片在设计的时候,从架构设计开始就要把功能安全作为车规芯片非常重要的一部分,采用独立的安全岛的设计,在关键模块、计算模块、总线、内存等等都有ECC、CRC的数据校验,包括整个生产过程都采用车规芯片的工艺,以确保车规芯片的功能安全。

  随着车联网的普及,信息安全的重要性越来越凸显出来,汽车作为一个实时在线的设备,它跟网络之间的通信,包括跟车内车载网络的通信,都需要进行数据的加密,否则可能会黑客的攻击。所以,需要事先在芯片中内置高性能的加密校验模块。

  手机芯片的发展基本遵循摩尔定律,每年都会发布新一代芯片,每年都有新旗舰机的上市,基本上一款芯片能满足两三年内的软件系统性能需求即可。但是汽车的开发周期比较长,一款新车型从开发到上市验证至少要经过两年以上的时间,这就意味着汽车芯片设计要有前瞻性,要能满足客户在未来3到5年的一个前瞻性需求。另外,由于现在汽车上的软件越来越多,从芯片开发的角度来说,不仅仅要支持多操作系统,同时还要支持在软件上持续迭代的需求。

  因此车规级芯片呈现产业化周期漫长,供应体系门槛高的特点。进入汽车电子主流供应链体系需满足多项基本要求:满足北美汽车产业所推出的AEC-Q100(IC)、101(离散元件)、200 (被动零件)可靠度标准;遵从汽车电子、软件功能安全国际标准ISO 26262;符合ISO 21448预期功能安全,覆盖基于非系统失效导致的安全隐患;满足ISO21434网络安全,合理保障车辆和系统的网络安全;符合零失效的供应链品质管理标准IATF 16949规范。基本上一款芯片车规级的认证通常需要3-5年时间,对芯片厂商而言是极大的技术、生产、时间成本的考验。Mobileye 用了整整8年才获得第一张车企订单,英伟达当前主力芯片Xavier的研发耗资达 20 亿美元。

  在芯片的生产过程中,缩小芯片内部电路之间的距离可以在更小的芯片中塞入更多的晶体管,让芯片的运算性能更强大,还可以带来降低功耗的效果。因此,从较早的微米,到后来的纳米,芯片都非常重视制程工艺的尺寸。不过,制程并不能无限制的缩小,当将电晶体缩小到 20 纳米左右时,就会遇到量子物理中的问题,晶体管出现漏电的现象,抵销缩小栅极长度时获得的效益。为了解决这个问题,加州大学伯克利分校的胡正明教授发明了鳍式场效应晶体管(FinFET)大幅改善电路控制并减少漏电流。

  目前,手机芯片工艺制程从较早的90纳米,到后来的65纳米、45纳米、32纳米、28纳米、16纳米、12纳、7纳米、一直发展到目前最新的5纳米。手机芯片的制程尺寸正在向1纳米进发。

  在传统车用芯片制备中,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。加上车用芯片主要集中在发电机、底盘、安全、车灯控制等低算力领域,因此汽车芯片并未像消费电子芯片一样疯狂追求先进的制程工艺,而往往优先考虑制程工艺的成熟性。不过随着汽车智能化的发展,更高级别的自动驾驶对高算力的急迫需求,将推动着汽车算力平台制程向7纳米及以下延伸。NXP打算在2021年推出基于5nm制程的下一代高性能汽车计算平台。

  曾经,汽车芯片市场由于市场规模有限,是一个非常小众的市场,因此,鲜有外来的入局者,几十年来一直被恩智浦、德州仪器、瑞萨半导体等汽车芯片巨头所垄断。随着汽车的电子化、智能化的发展,汽车电子系统市场规模逐年扩大,三星、英特尔、高通、英伟达、赛灵思等顶级芯片企业也纷纷涉足汽车芯片,同样也为我国企业创造了‘变中求机’的发展态势。

  在功能芯片领域,上市公司中颖电子、兆易创新、东软载波都涉及汽车电子领域,但市占率极少。杰发科技于2018年收获车规级MCU芯片订单,标志国内首款通过AEC-100 Grade1的车规级MCU正式量产上市,打破国外技术垄断。

  在主控芯片领域,华为基于昇腾、昇腾、麒麟系列芯片实现了汽车智能计算平台的完整布局,地平线率先将AI芯片实现量产上车。

  在车载存储芯片领域,兆易创新与合肥长鑫密切合作,2019年推出GD25全系列SPI NOR FLASH,满足AEC-Q100标准,是目前唯一全国产化车规存储器解决方案;宏旺半导体推出eMMC/DDR/LPDDR/SSD/DIMM等嵌入式存储、移动存储,拓展汽车电子应用领域。

  在车载通信芯片领域,华为已累计为全球数百万辆汽车提供4G通信模组,5G模组也已实现量产上车;C-V2X领域,国内涌现出华为、大唐、高新兴、移远通信等为代表的一大批C-V2X芯片\模组企业,华为基带芯片Balong 765 、Balong 5000相继应用于车载单元和路边单元,大唐高鸿顺利实现C-V2X车规级模组DMD3A量产。国外企业高通与高新兴、移远通信等国内模组厂商广泛合作,推动C-V2X芯片组在中国的推广应用,Autotalks积极与大唐等中国厂商进行C-V2X芯片组级互操作测试。

  在功率芯片领域,MOSFET方面,闻泰科技占据全球4%的市场份额,华润微电子在国内MOSFET市场占比8.7%;IGBT方面,中国企业主要有株洲中车时代电气、比亚迪、斯达股份、上海先进等。

  总体而言,我国芯片产业起步较晚,基础薄弱,同时车规级的开发和量产应用面临诸多制约因素。在国外的芯片巨头仍占据着中国国内的车用半导体芯片市场,国内企业在技术积累、资金、人才等方面无法与国际巨头抗衡的背景下,中国汽车芯片产业的突破和强大并非一朝一夕之功,需要立足当下,遵循产业发展的客观规律,警惕毕其功于一役的投机思维,防止出现投资过热和盲目低水平重复建设,紧抓智能网联和新能源发展机遇,才能实现从单点突破到生态突围。

  随着中国智能汽车市场的发展和国家对国产芯片企业的扶持,cao sir相信:中“芯”之火,必将燎原!

  对于汽车芯片来说,之所以强调「车规级」,是因为大部分汽车电子元部件在实际的使用中,可能面对的温度、湿度、电磁环境都有可能极为恶劣,但汽车电子对于用户安全又极为关键,所以汽车芯片有着极高的良率与可靠性要求:车规级芯片生产商需要经过多项军用电子器件级别的标准认证,并且在生产中要求符合零失效(Zero Defect)。

  试想,手机可以在高温或者严寒环境下罢工,即使罢工也无伤大雅。但无论你到了任何环境,汽车都不能失效,反而应该更加安全可靠,成为助力脱困的大伙伴!!

  车规级芯片的研发无疑是需要大量投入的,就好比武侠小说里掌握铁布衫功夫的高手很少、但一旦有人会这门绝技,就能够独步武林。在车规级芯片的世界中:恩智浦(NXP)、英飞凌、意法半导体、瑞萨、德州仪器(TI)等汽车芯片厂商就是铁布衫高手。而消费芯片则是另一群玩家:高通、博通、英特尔、英伟达。

  但伴随汽车智能化和网联化的发展,消费芯片与汽车芯片厂商正在发生激烈的交锋。如图3,高通和英特尔试图通过大举收并购来杀入汽车芯片市场,此外,在产品层面B体育,消费电子厂商也在推出汽车芯片。这背后的原因有两点:

  智能手机增速逐渐放缓,而与此同时,汽车智能化正在提速:随着智能网联功能的不断下沉,新车各大功能域的芯片用量持续上涨,根据GVR预测,全球汽车芯片市场将以10%以上的年增长率在2025年达到500亿美元以上的规模(来源:Automotive Chip Market Worth $56.24 Billion By 2025 CAGR: 10.7%)。

  。如果不考虑车规级要求,汽车芯片就比手机芯片容易多了:布置空间大、功耗要求低也不算高,所以普通的手机芯片就可以承担没有车规要求的汽车芯片职责。智能网联的发展趋势,不仅提升了芯片用量,也加剧了厂商的成本压力——所以

  成为了国产主机厂在车机端的主要诉求。而稍老一点的手机芯片就可以符合这样的要求,并且对于软件开发人员来说,这些芯片在消费端应用更成熟,开发也更为熟悉,所以手机芯片也开始陆续搭载上整车的车机端。

  总而言之,高端手机芯片和车规级汽车芯片都很难B体育。对于中国芯片厂商来说,虽然前路漫漫,但自然是两手抓、两手都要硬。汽车智能网联的大潮,则在挑战之下,为中国芯片创造了一个修夫、开展国产替代的机遇。

  这点我个人也是认同的,只是与高赞回答不同的地方在于,我认为手机芯片综合看还是更难。

  不论手机手机上的各类小芯片还是汽车上的MCU等等,国内厂商都在持续攻城掠地。

  网络舆论中,但凡国产进入的领域,经常就被开除出“核心技术”、“工业皇冠”的行列了,笑~

  1B体育、移动设备对功耗极端敏感,对先进制程的渴求也最迫切,自然极大推升了芯片设计和制造难度。

  智能手机/平板等移动设备的便携属性,决定了其尺寸和重量均受较大限制,对应的电池容量自然也有限。

  而智能手机需要大屏幕,需要满足日常需求,需要越来越强的通信能力,这些都对智能手机各方面的性能提出了较高要求。

  自智能手机取代功能手机之后,无数消费者就被续航所困扰,很大程度上就源于此。

  不论设计还是制造,海思麒麟/高通骁龙与苹果A系列芯片一道,共同推进业界最先进制程的量产落地。

  就连PC/笔记本上的核心芯片,在引入先进制程层面都往往落后于手机,就更不用说汽车了……

  现如今,行业前沿的车机芯片和算力芯片已经迈入先进制程领域,这的确是事实。

  在手机端,高通骁龙888“区区”十几瓦的满载功耗,就已经引发无数用户怨声载道;

  而在汽车上,就我跟业内人士交流的结果,算力芯片数百瓦甚至近千瓦的功耗都不是不可能。

  事实上,现如今造车新势力普遍采用的双Orin芯片配置,火力全开时功耗就已经是一百瓦出头了……

  目前纯电车动力电池总电量也不过几十度到一百多度,功耗太高对续航的影响就没法忽略了。

  所以之前回答我曾提过,未来车机芯片的底线nm,顶尖算力芯片更可能要有7nm制程才有市场竞争力。

  但还是那句话,比起手机芯片仅十瓦出头的功耗限制,比起手机芯片已经迈入5nm制程的进度,汽车芯片总体还是宽松很多。

  之前我一直认为,自主先进制程产线如果实现,最大的可能是先上车,部分也源于此。

  汽车产品直接关系到人身安全,车规级芯片非常重视安全性、稳定性、鲁棒性,这都是事实。

  只是过车规固然有不少明里暗里的限制,但总归更偏向开放性测试,理论上只要产品满足要求都能过。

  很关键的一点在于,通信基带长期演进的过程中,需要团队经验逐步解决的细碎问题着实不少。

  这就导致,基带研发很多时候不是仅仅砸钱就能解决的,还需要成熟团队的经验与时间。

  多模兼容、多频段兼容、高速率低时延处理……基带研发过程中有大量工作需要打磨,难度自然更高。

  智能手机刚崛起的时期,御三家之外的厂商能选择的高端SoC,远不是中后期高通一家独大的局面。

  当年英伟达和德州仪器都曾有过相当优秀的处理器,谁敢说两个老牌芯片大厂技术实力不强?

  但后来在高通捆绑基带的策略下,两个老牌大厂都被迫退出了市场,自研基带的难度可想而知。

  还有之前回答我曾提过,哪怕技术实力和资本积累强如苹果,在多年努力后仍未能攻克基带的壁垒,也是非常典型的例子。

  这还不算B体育,多年来高通肆意利用自家在通信基带与SoC领域的优势地位,捆绑销售的策略可谓屡试不爽。

  上文提到的捆绑基带只是其一,在打垮英伟达和德州仪器后,高通故技重施B体育,在很多小芯片领域也采取了捆绑销售的策略。

  如果买高通SoC的同时选择高通全套小芯片,整个套餐的价格可能是105~110美元;

  所以对于下游智能手机厂商来说,只要是采用高通SoC的产品,打包买芯片自然更加划算。

  于是,通过与高技术含量的SOC产品捆绑销售,高通一些较为低端、技术含量较低的产品也获得了市场,不仅能赚取更多利润,同时也对国产相关厂商形成了进一步打压。

  当时除华为凭借麒麟芯片能够采用全套海思产品外,很多厂商均选择全套高通芯片:

  如果硬要分个高低的话,我认为手机芯片功耗和专利限制更多,综合看还是更难。

  而提及“汽车芯片”时,情况就比较复杂了 —— 是指传统整车域的MCU、自动驾驶域的AI芯片,还是座舱域的CPU呢?

  比较对象不同,结果肯定是大相径庭。因此,我们有必要简单介绍一下汽车芯片的这三大类。

  早期汽车是纯机械产品,那时的发动机并没有电子控制器、车窗也只有机械式控制,所以不需要任何芯片(废话!那时候芯片还没有被发明,想用也用不了啊!)

  在近几十年中,机械式的汽车逐步电气化。注意,是逐步,一次新增一个功能,就需要配一个MCU(Micro Control Unit)。这种发展方式,也就构成了传统整车控制域的芯片应用基本特征:

  如果对比的是汽车MCU芯片 —— 那的确,无论是性能上、制程上,手机芯片都要先进不少!

  如果说MCU芯片的弱鸡性能让汽车的面子有点挂不住,那自动驾驶域的AI芯片可以说是扳回一城了。

  自动驾驶域对芯片的需求是:超高算力、低延时、数据高度同质化。这种需求是比较特殊的,因而不适合与手机芯片、电脑芯片比性能。尽管如此,我们仍然可以强行对比一下,粗略感受一下自动驾驶AI芯片的强大:

  自动驾驶AI芯片性能如此强悍,甚至产生了一些有趣的坊间戏言。例如“用蔚来ET7+免费换电来挖比特币是一个不错的主意”,再如“若明年自动驾驶芯片用量增长,恐怕3080的供货量将进一步缩减”等等。

  如果对比的是自动驾驶AI芯片 ——那无论是性能上还是可靠性上,手机芯片都很难说更先进。考虑到二者都是芯片行业的旗舰选手,姑且列为打成平手吧!

  如果说与汽车MCU比是胜之不武,与自动驾驶AI芯片差别过大难以对比,那最适合对比的恐怕就是汽车智能座舱的CPU芯片了。原因有三:

  :MCU仅是处理单元、自动驾驶AI芯片主要以大规模并行运算应对大量同质数据(类似GPU而不是CPU),而智能座舱CPU芯片与手机芯片相似:均擅长

  ,均要自带图像处理单元、神经网络单元,均要承载导航、影音播放等软件生态。

  相似,座舱CPU其实也是系统级芯片SoC(System on Chip),以高通骁龙820A为例具备4G LTE、Wifi5、蓝牙5.0、GPU等功能。

  :汽车MCU执行固定软件功能,很少更新(像特斯拉OTA来提升续航等都属于新事物);自动驾驶AI芯片的软件通常是由车企封闭开发(或直接采用单一供应商);而

  买手机要考虑2-3年用着不卡,而智能座舱CPU要考虑5-10年的全生命周期使用场景

  汽车智能座舱域的CPU芯片与手机芯片如此相似,以至于前几年经典的820A就是由手机芯片820魔改来的。

  因此,如果非要对比汽车芯片与手机芯片的话,我认为拿传统整车控制域的MCU芯片、自动驾驶域的AI芯片来比都不太适合,而拿智能座舱域的CPU芯片来说有一定的对比意义。

  首先看看汽车智能座舱的CPU芯片用在哪里。如下图可以看到:特斯拉的仪表(若有)与中控是基于英特尔E3800芯片A3950芯片和Linux系统;而造车新势力“电动三傻”的仪表基于黑莓QNX系统、中控屏是基于高通820A芯片(蔚来除外)和Andriod系统。

  简单类比,智能座舱的那块中控屏就是承载联网、导航、影音娱乐的大号手机,而CPU芯片就决心了它的性能。

  中信证券认为:智能座舱(芯片与系统竞争)将成为手机市场的重演[7]。我们拿出手机芯片骁龙820和汽车芯片骁龙820A,对二者做一对比:

  :除本身尺寸要求低之外,对于配套的散热系统设计要求也低;换句话说,相似的芯片放车上,性能释放会更充分。

  :手机电池在4000mAh、20Wh左右,储存能量仅相当于80kWh车用锂电池的1/4000. 相对来说,智能座舱芯片功耗高点不像手机那么敏感。

  :车载Android系统虽然也是开放/半开放生态,但应用种类、数量还是比手机少很多,而且一般都要经过车企的优化,所以能够

  因此,车规级820A虽然是消费级820的降频版本,但由于规避了老生常谈的820散热难题,在服务车载应用生态时依然是2020当打之年的旗舰产品。例如:中期改款的奥迪A4搭载的芯片由602A升级为820A之后,使用体验有了质的提升。

  说到这里,我们还是很难说820A比手机芯片先进还是落后 —— 虽然使用环境严苛了很多,但毕竟上性能与2020年的骁龙888还存在代差啊!

  那么问题来了,有没有哪款智能座舱芯片,性能可直接与手机芯片媲美呢?于是我们打开了智能座舱芯片天梯图:

  根据中信建设证券的研究报告,2020年主流高端手机芯片的算力约为3-5万

  :由14nm升级为7nm,达到同期旗舰手机水平。基于台积电7nm工艺打造,是第一款7nm工艺的车规级智能座舱SoC. 在性能提升为3倍的同时,功耗却降为四分之一。

  :支持WiFi6、蓝牙5.0. Wifi模块由外挂改为内置,体积更小发热更低。蓝牙5.0带宽为2Mbps,比蓝牙4.1的1Mbps高一倍,且有效距离提升为4倍、功耗更低

  :最大像素处理能力与视频编解码能力提长了1倍,且增加了神经网络处理器NPU的支持 ——

  考虑到车规级的严苛要求,个人认为高通骁龙SA8155P要比同时期的消费级旗舰骁龙865更先进—— 并且这只是一个开始,随着智能座舱领域的快速进步,将来车规级芯片比手机芯片先进也许会成为常态。

  大家可能会奇怪,如果820A、SA8155P芯片这么先进,为啥平时不见车企宣传呢?其实答案很简单:不是不宣传,而是搭载这些智能座舱芯片的车企太少了!

  以上一代旗舰820A为例,仅搭载在2020年上市的小鹏P7、理想ONE、领克05(领克旗舰车型)、改款奥迪A4L这几款热门车型上。

  而SA8155P搭载的车型就更少了,一般来说更旗舰、更高端一些,比如蔚来的下一代旗舰轿车ET7、上汽阿里的智己汽车首款产品。

  严格来说,这款车型还都是“期货”,大概2022年才能交付。预计在2021年4月就能买到的搭载SA8155P的车型只有两款:威马W6与长城摩卡。

  不难看出,这4款首先搭载SA8155P芯片的车型,都承载着各自企业的战略意义:蔚来下一代智驾与座舱系统的ET7、上汽高端品牌突围之作智己汽车、形象由实用向智能转变的威马W6、品牌向上之年请来姚安娜代言的重磅产品长城摩卡。

  :造车新势力中品牌最高端,但在自动驾驶与智能座舱方面却被定位低一级的小鹏P7在2020年突袭了一把,可以说对这位友商憋着点劲。应对策略是座舱方面直接跨越820A,上SA8155P的最新旗舰;自动驾驶方面直接上激光雷达。

  :这个就更不用车了,就是上汽偏置为了完成荣威在新能源方面未竟的使命的……

  :作为起步最早的造车新势力,被认为是新势力中最像传统车企的那样,这次也打算

  在W6上实现向“智能”的转型:除了智能座舱的SA8155P之外,还与另外一个广受关注的企业百度达到了深度合作

  说起百度,大家都知道它近几年的战略投入:百度Apollo自动驾驶技术。但大家总是会问:如果这个技术真的这么好,为什么干打雷不下雨、见不着实际的产品呢?

  最有特色的功能是“无人自主泊车系统”(Cloud AVP),基于百度云端的百万级TOPS算力,借助5个毫米波雷达、7个摄像头及12个超声波雷达的感知能力,可以在无人干预情况下的自动行驶、躲避障碍物、车位智能搜索和自主泊入、泊出等功能,实现停车场景下的无人驾驶功能。

  据悉,威马与百度Apollo正在针对开放道路开发高级辅助驾驶功能,有望于2021年通过OTA与用户见面。

  目前的高级辅助驾驶功能,包括特斯拉NOA、蔚来NOP与小鹏NGP,还都是针对封闭道路的功能。如果威马真能按时实现开放道路的高级辅助驾驶,那可以说是国内不依赖激光雷达的车型中第一个做到这个程度的,那真是了不起的成就。

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