越来越重要的车规级芯片

由于去年底全球汽车芯片供应紧张,许多大型汽车企业不得不采取措施减少甚至停止生产。包括大众、福特、通用汽车、本田、斯巴鲁和日产在内的全球汽车制造商被迫减产。市场机构IHS Markit预测,2021年第一季度,汽车产量将比原先预期减少约672000辆;美国伯恩斯坦研究公司预测,由于2021年全球汽车芯片短缺,预计今年将减少多达450万辆汽车的产量,相当于全球汽车产量的近5%。

许多人对芯片重要性的理解来自消费电子产品。小芯片可以实现强大的功能。如今的汽车越来越强大、越来越智能,这可归因于汽车芯片的应用。

就整个芯片行业的分类而言,有军用级、整车规格级、工业级和消费级,其中,整车规格级芯片对可靠性、一致性和稳定性有更高的要求,仅次于军用级芯片。

车规级芯片和消费级芯片之间有很大的区别。车规级芯片需要面对更恶劣、可靠性要求更高的环境,对车规级芯片的要求也比较严格。徐海东说,“因此,对芯片厂商的要求>39;汽车芯片生产线更加严格。汽车规格芯片的生产线可以修改以生产其他芯片,但其他芯片的生产线不容易被修改以生产汽车规格芯片。

就分类而言,汽车芯片大致可分为以下几类:一是负责计算能力的控制芯片,即处理器和控制器芯片,如发动机、底盘和车身控制,以及中控、辅助驾驶(ADAS)和自动驾驶系统;其次,负责电源转换的IGBT功率芯片一般用于电动汽车的电源和接口;第三种是传感器芯片,主要用于各种雷达、安全气囊和胎压监测。汽车芯片也可分为主控芯片、功能芯片、功率芯片和传感器芯片。

根据整车规格级芯片的要求,它需要适应-40°C至-150°C的极端温度,振动高,灰尘多,电磁干扰大,湿度为0%-100%。一般来说,整车规格级芯片的设计寿命为15年或20万公里。从架构上看,整车规格级芯片需要独立的安全孤岛设计。在关键模块、计算模块、总线、存储器等中,都有ECC和CRC的数据校对,为车辆规格级芯片提供功能安全。

一般来说,一个汽车规格芯片需要2-3年才能完成汽车规格认证,进入汽车制造商的供应链。一旦进入,一般有5-10年的供应周期。

 

不断变化的汽车半导体市场

虽然COVID-19大流行使消费者的购买量自由落体-2020年4月美国汽车销量下降了47%,欧洲下降了80%),但一些国家在各个行业都强劲反弹。随着从智能手机到电器再到新车的需求不断增长,半导体订单不断上升,晶圆厂正在努力增加产量。

在一些国家最近取得经济增长之后,汽车行业再次成为半导体公司的重要收入来源。该领域的大多数增长源于向ADAS的转变,因为这些系统在响应意外变化(例如流量突然停止)时必须立即处理数据。这些功能需要车辆内部的多个互连和高性能芯片。因此,与传统车辆相比,它们具有更集中的电气和电子(E / E)架构,以及更多的传感器和计算电子内容。

然而,并非所有自动驾驶汽车都是一样的,所需的半导体数量和类型将在很大程度上取决于它们的自动化水平。由美国汽车工程师协会(SAE)定义的一个常见的AV分类系统将自动驾驶汽车分为六类,从0(无自动化)到5(具有自动驾驶功能的全自动化)(图表1)。请注意,2级分为两部分:入门级(具有一些自主功能的车辆,例如制动,但仍要求驾驶员始终将手放在方向盘上)和高级(具有更广泛的自主功能的车辆,允许驾驶员有时将手从方向盘上移开)。

车规级芯片数据图

0至2级(入门级)的车辆使用标准芯片可达到足够的性能,但2级(高级)至5级的车辆预计需要越来越多的特种硅。这种芯片效率更高,可以在车辆系统中快速提高性能,并允许执行复杂的软件功能和分析,例如那些能够实现摄像头,激光,激光器和其他设备的传感器融合的功能和分析。但许多OEM现在很难获得完全符合其需求的芯片,这干扰了他们雄心勃勃的AV开发计划。更重要的是,很少有解决方案适合OEM的目标软件堆栈。

面对这些限制,一些OEM已经开始在内部设计芯片。这条路线有几个好处,包括针对特定算法的优化性能和更短的开发时间,以实现持续的功能改进。内部设计还允许OEM定义软件堆栈,并使他们能够更好地控制芯片设计,以便他们可以创建定制解决方案,以区分他们的自动驾驶汽车(例如,通过允许更早的上市时间或提供更大的功能可用性)。一些一级供应商也声称拥有某些车辆系统,例如软件堆栈。有了这样的划分,价值链变得越来越分类,专业知识的划分意味着公司越来越多地寻找能够补充其技能和产品的合作伙伴。

鉴于这些发展,业内人士通常会问几个问题:在芯片采购方面,大多数OEM厂商会青睐哪种模式?我们需要如何发展才能在不断变化的环境中保持强大?我们未来在价值链和技术堆栈中的角色是什么?


驾驭汽车半导体不断变化的格局

分析表明,在采购半导体时,大多数原始设备制造商将适合四种模式之一(图表2)。在第一种模式中,即目前最常见的模式中,OEM直接与一级供应商合作。除了定义芯片要求外,供应商还与集成器件制造商(IDM)签订合同,以设计或选择所需的芯片。在IDM或代工厂生产芯片后,供应商将它们构建到系统中。在第二种模型中,这是第一种模型的变体,一级供应商在定义需求和设计芯片方面处于领先地位。由于第二种型号不需要IDM服务,因此一级供应商将直接与代工厂联系进行生产。

车规级芯片市场图

第三种模式,随着原始设备制造商越来越多地参与设计而出现,涉及所谓的浅层垂直化。在这种模式下,OEM定义芯片要求,并直接与IDM和设计服务接触。然后,他们委托铸造厂进行生产。一些原始设备制造商喜欢这种模式,因为它需要有限的内部人才,并将确保质量的负担转移到IDM或制造商身上。不利的一面是,浅垂直化模式增加了材料成本,并使OEM几乎没有机会整合自己的规格并创建专用芯片。缺乏定制性可能会使他们的产品难以从包装中脱颖而出,特别是如果竞争对手使用能够提供更好计算效率的专用芯片。

麦肯锡对100多名领先的汽车和半导体专家进行的一项调查显示,68%的受访者认为OEM会倾向于浅层垂直化方法来导航价值链。这条道路对许多公司来说都是有意义的,因为OEM的用例要求是相似的,当生产量较小时,芯片开发成本会更高。

最后一种模式,完全垂直化,刚刚出现。该模型为OEM提供了最大的独立性,因为他们在代工厂调试生产之前定义要求并监督芯片设计。完全垂直化有两种潜在的策略:

独立路线,OEM开发自己的芯片,架构和芯片设计,同时保持相对较低的材料成本。通过独立工作,OEM可以创建专门的芯片,使其产品与竞争对手区分开来。当然,独立性会带来更大的风险,因为单个OEM承担所有成本,并完全负责满足时间表和确保质量。OEM也可能会遇到一些延迟,至少在最初阶段是这样,因为许多OEM缺乏在芯片设计和架构方面具有强大专业知识的员工。

形成一个跨OEM联盟,其中多家公司在芯片设计和架构上进行合作。虽然个别公司可能能够将自己的一些规格整合到芯片中,但妥协是不可避免的,差异化的机会有限。在某些情况下,可能很难就共同要求和优先事项达成协议,也很难就进程达成一致。从好的方面来说,原始设备制造商分担开发成本和风险,从而减轻了个别公司的负担。联盟成员还可以集中员工,这可能会减少对顶尖人才的竞争。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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创建时间:2022-10-24 15:46