一、車規(guī)級芯片概述

車規(guī)級芯片（Automotive Grade Chip）是指那些專為汽車應(yīng)用設(shè)計和制造，且滿足嚴(yán)苛地汽車行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的芯片。這類芯片需要在極端溫度范圍、高振動、高壓、高濕、EMI等惡劣環(huán)境中保持穩(wěn)定可靠的性能，且通常要通過諸如AEC-Q系列認(rèn)證的汽車行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢驗。

基于汽車安全性和可靠性要求極高的應(yīng)用需求，任何芯片故障都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，為此車規(guī)級芯片相比于消費級或工業(yè)級芯片而言，具有更高的品質(zhì)要求。當(dāng)下，這類芯片被廣泛應(yīng)用于如發(fā)動機(jī)控制、剎車系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、車載娛樂信息系統(tǒng)、ADAS等車載各個子系統(tǒng)中。

二、車載芯片分類

在芯片的車載應(yīng)用中，根據(jù)其所執(zhí)行的功能不同，通常可將其分為運算及控制類芯片、功率型芯片、傳感器類芯片以及其他功能型芯片四大類。其中運算及控制類芯片主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運算、過程分析、邏輯執(zhí)行等功能，此類芯片是控制單元實現(xiàn)相關(guān)功能的基本平臺，其包括如MCU、SoC等產(chǎn)品；

功率型芯片于控制單元中主要負(fù)責(zé)具有高功率負(fù)載的控制電路，是可實現(xiàn)系統(tǒng)中電力控制與管理的關(guān)鍵零件，由于其所具有的電能轉(zhuǎn)換特性，故也被稱為電能轉(zhuǎn)換芯片，于車載應(yīng)用中如MOSFET、IGBT等產(chǎn)品；

傳感器類芯片位于車載應(yīng)用中的各式各樣的傳感器之中，其主要功能是通過對光、壓力、水溫等模擬信號的感知，并將其轉(zhuǎn)換為可供系統(tǒng)識別的數(shù)字信號，以此讓系統(tǒng)可準(zhǔn)確地識別車輛運行中的各種工況，是實現(xiàn)車輛感知功能的重要組成部分；

其他功能型芯片主要指具有存儲、通信、定位等功能的芯片。對車載芯片分類如下：

圖1 車載芯片分類

三、車規(guī)芯片與非車規(guī)芯片基本性能對比

當(dāng)一款芯片被應(yīng)用于控制單元中并實現(xiàn)了裝車，那么該款芯片便需滿足車載應(yīng)用中的高可靠、高安全、高穩(wěn)定等特性，同時為確保在車輛全生命周期中的生產(chǎn)及售后的應(yīng)用，對于車載芯片在供貨及質(zhì)量上需達(dá)到10年以上供貨周期且零缺陷的要求。在芯片產(chǎn)品的性能上，不同行業(yè)的基本要求如下表所示：

表1 車規(guī)與非車規(guī)芯片基本性能對比

于上表所示的‘測試標(biāo)準(zhǔn)’一欄中，車規(guī)級芯片主要涵蓋ISO 26262、AEC-Q100以及IATF 16949三類標(biāo)準(zhǔn)/體系。其中，ISO 26262為功能安全標(biāo)準(zhǔn)，主要被應(yīng)用于產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計中。IATF 16949為汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系，該體系要求相關(guān)生產(chǎn)廠家需按其要求規(guī)范生產(chǎn)流程及過程，以保證工藝的穩(wěn)定性、流程的合規(guī)性以及產(chǎn)品質(zhì)量的高可靠性；

AEC-Q為AEC（AutomotiveElectronics Council，汽車電子委員會）針對車規(guī)半導(dǎo)體產(chǎn)品而制定的產(chǎn)品批次可靠性測試標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)下，為保證車規(guī)半導(dǎo)體產(chǎn)品產(chǎn)出的質(zhì)量穩(wěn)定性，將對所生產(chǎn)的三個批次產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)驗證，唯有三批次皆通過測試，方能形成AEC-Q的測試報告。

根據(jù)車載半導(dǎo)體產(chǎn)品自身的差異以及在車載中的不同應(yīng)用，其所采用的測試標(biāo)準(zhǔn)類別以及測試等級也有差異，具體如下所示：

表2不同類型車載半導(dǎo)體AEC-Q測試標(biāo)準(zhǔn)

按照上述測試類型劃分，車載芯片的產(chǎn)品批次可靠性測試標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用AEC-Q100。

表3 不同應(yīng)用下的車載半導(dǎo)體AEC-Q測試等級

此表表示當(dāng)車規(guī)芯片位于不同車載系統(tǒng)并實現(xiàn)不同功能時，其所對應(yīng)的測試等級也將不同。

四、車規(guī)級芯片從開發(fā)到裝車流程

與控制單元的開發(fā)流程類似，車規(guī)芯片的開發(fā)流程同樣依循V模型，但由于芯片在車上無法單獨應(yīng)用，故在芯片開發(fā)過程中需配合相關(guān)控制單元進(jìn)行功能及性能的驗證，以此來確保產(chǎn)品的可靠，為此，一款車規(guī)級芯片從研發(fā)至量產(chǎn)所需的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)要長于控制單元等零部件的開發(fā)周期。

通常而言，按照整車開發(fā)流程，一款車規(guī)級芯片從設(shè)計到量產(chǎn)上車大約需要3.5-5.5年的時間，這其中功能安全的認(rèn)證時間占據(jù)了一半以上。

圖2 車規(guī)級芯片開發(fā)周期

正由于車規(guī)芯片的開發(fā)周期過于長，同時開發(fā)一款專用芯片所需付出的成本代價也并非一般企業(yè)所能承受，因此于絕大部分主機(jī)廠、供應(yīng)商而言，都不太可能會針對一項功能而去專門定制開發(fā)一款芯片。不過為了在某一特定領(lǐng)域占據(jù)絕對優(yōu)勢，基于現(xiàn)有芯片產(chǎn)品進(jìn)行專用升級的做法在一些世界級企業(yè)中卻也是常有的事情。

五、國產(chǎn)車規(guī)芯片相關(guān)工藝特點

由于車載產(chǎn)品的應(yīng)用其所具有的物理空間較之消費類產(chǎn)品要更富足，同時相對而言，整車的靜態(tài)功耗與消費類產(chǎn)品相比，其可接受范圍也要更大些。因此，在車規(guī)級芯片的制造工藝中，其所追求的微型化水平也不像在消費類領(lǐng)域的應(yīng)用那般，需達(dá)到7nm甚至5nm等超高水平。

基于此考慮，當(dāng)前國內(nèi)主流的車規(guī)級芯片的制造工藝主要選用了成熟度較高的制程，此制程下的工藝節(jié)點尺寸常大于28nm，而對于具有高算力、高集成度要求的如AI、SoC等類型芯片，在技術(shù)允許的前提下，多采用了28nm以下的制程工藝。對不同國產(chǎn)車規(guī)級芯片的工藝特性整理如下表：

表4 國產(chǎn)車規(guī)級芯片工藝特性

審核編輯：黃飛