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、存儲芯片、通信芯片、安全芯片、功率芯片、驅(qū)動芯片、電源芯片。

那對于這些類別的芯片，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不同，同一類芯片應(yīng)用在不同域需滿足的安全要求等級也不盡相同。性能要求方面，性能指標(biāo)類別繁多，對于同一大類芯片，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 位升級到32位。與消費(fèi)級和工業(yè)級控制芯片相比，車規(guī)級要求更高的工作環(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)則基本會跟上消費(fèi)級芯片制程的步伐。

對于智能駕駛計(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)，低級別的L1/L2，需要算力10TOPS；到高級別的 L3/L4/L5，算力需求將呈指數(shù)級增長，L4需要500TOPS到1000TOPS，L5 需要幾千TOPS。此外L5級別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(ASIL-D)。

對于智能座艙計(jì)算芯片，對圖像視頻顯示質(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。可靠性要求和智能駕駛計(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)為探測距離和視場角，補(bǔ)盲激光雷達(dá)視場角為 140°×70°，探測距離為 10～30m；遠(yuǎn)程探測激光雷達(dá)視場角為 120°×25°，探測距離為 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.

存儲芯片

車規(guī)級存儲芯片與消費(fèi)級、工業(yè)級存儲芯片在性能參數(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)級存儲芯片整體分為 RAM和 ROM兩大類。汽車存儲芯片的主要技術(shù)指標(biāo)是制程、存儲容量、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，能滿足車用各種小規(guī)模高可靠性模組的存儲需求。NAND 的擦除操作簡便，而 NOR 則要求在進(jìn)行擦除前先要將每一個存儲單元均寫入數(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，存儲容量要求相較于其他存儲芯片最高，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，性能穩(wěn)定。

存儲芯片在不同應(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較低。此外隨著國內(nèi)相關(guān)法律法規(guī)近年來對汽車信息安全監(jiān)管的加強(qiáng)，逐步對通信芯片產(chǎn)品提出兼容國密算法、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 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 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甚至厘米級。

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 通道的需求相對高于其他系統(tǒng)。當(dāng)前汽車安全芯內(nèi)部高性能對稱運(yùn)算可以達(dá)到 200 Mbps 級別以上，非對稱運(yùn)算可以超過 10000 次/秒，基本可以滿足當(dāng)前車用市場要求。

對應(yīng)用于動力系統(tǒng)中的安全芯片來講，主要需求來自于國六排放標(biāo)準(zhǔn)對遠(yuǎn)程排放管理車載終端的要求。動力系統(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。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)動芯片的技術(shù)指標(biāo)主要是制程、驅(qū)動電壓、驅(qū)動電流和抗負(fù)壓能力等。驅(qū)動芯片主要應(yīng)用于動力系統(tǒng)，由于和行駛安全緊密相關(guān)，驅(qū)動芯片需要滿足最高功能安全等級，可靠性要求也較高（Grade1）。相比其他類芯片，驅(qū)動芯片對工藝制程要求較低，一般為 130～180 nm 制程。低邊驅(qū)動的驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流最高。而高邊驅(qū)動是用于汽車電氣控制的核心芯片，電壓幅度變化大，應(yīng)用范圍涉及車身動力、行車控制、輔助駕駛等。H 橋驅(qū)動在轉(zhuǎn)向制動控制器上有廣泛應(yīng)用。

驅(qū)動芯片在不同應(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)動能力（電壓驅(qū)動、電流驅(qū)動能力）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。

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

汽車電動化和智能網(wǎng)聯(lián)化是影響汽車芯片發(fā)展變化的兩個重要驅(qū)動因素，將會引發(fā)對現(xiàn)有芯片性能要求和安全要求的變化以及對新類型芯片的需求。

電動化方面，除了芯片數(shù)量會增加，主要差異來源于新能源汽車的電池管理系統(tǒng)及高壓動力系統(tǒng)。新能源汽車對應(yīng)用于動力系統(tǒng)的汽車芯片在高電壓下的性能提出更高要求，對大功率芯片的需求也明顯上升。此外新能源汽車對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、更高的信號傳輸效率的芯片。

另一方面智能化直接對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、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，對先進(jìn)制程、高算力、高安全等級 SoC 芯片的需求將逐步提升；智能座艙方面，增加了針對計(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。