國(guó)產(chǎn)高端汽車智駕芯片引發(fā)口水戰(zhàn)

7 月 27 日，在 2024 蔚來(lái)創(chuàng)新科技日上，蔚來(lái)汽車董事長(zhǎng)李斌宣布，全球首款車規(guī)級(jí) 5nm 智能駕駛芯片神璣 NX9031 流片成功，芯片和底層軟件均實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)。

據(jù)介紹，這款芯片采用 32 核 CPU 架構(gòu)，內(nèi)置 LPDDR5x、8533Mbps 速率 RAM，擁有 6.5GPixel/s 像素處理能力，處理延時(shí)小于 5ms。

李斌表示，神璣 NX9031 擁有超過(guò) 500 億個(gè)晶體管，不論是綜合能力還是執(zhí)行效率，一個(gè)自研芯片能實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)業(yè)界旗艦芯片的性能。

此次，李斌的發(fā)言在半導(dǎo)體界引起了一些爭(zhēng)議，原因在于他聲稱神璣 NX9031 是全球首款車規(guī)級(jí) 5nm 智能駕駛芯片，但是，在這之前，已經(jīng)有可用于智能駕駛系統(tǒng)的 5nm 芯片推出，典型代表是恩智浦的 S32N55 處理器，以及安霸（Ambarella）的 CV3 系列域控制器。

爭(zhēng)議點(diǎn)在哪里？

李斌說(shuō)神璣 NX9031 是全球首款 5nm 智能駕駛芯片，是值得商榷的。

首先，看一下恩智浦和安霸推出的 5nm 汽車芯片。

可以說(shuō)，恩智浦是業(yè)界第一家宣布采用 5nm 制程工藝生產(chǎn)汽車芯片的公司，早在 2020 年 6 月，該公司就發(fā)布了這一消息，晶圓代工合作伙伴是臺(tái)積電。

采用 5nm 制程的 S32N55 處理器，集成了 16 個(gè) Arm Cortex -R52 實(shí)時(shí)處理器內(nèi)核，運(yùn)行頻率為 1.2 GHz，能夠滿足軟件定義汽車對(duì)計(jì)算能力的高要求。S32N55 的 Cortex-R52 內(nèi)核可以在分離或鎖步模式下運(yùn)行，可以支持 ASIL ISO 26262 功能安全級(jí)別。兩對(duì)輔助鎖步 Cortex-M7 內(nèi)核支持系統(tǒng)和通信管理。

作為 S32 CoreRide 平臺(tái)的中央車輛控制器解決方案，S32N55 處理器集成了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，擁有時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）2.5 Gbit/s 以太網(wǎng)交換機(jī)接口、用于 24 條 CAN FD 總線高效內(nèi)部路由的 CAN 集線器、4 個(gè) CAN XL 接口和一個(gè) PCI Express Gen 4 接口，能夠?qū)崿F(xiàn)車內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)之間的高效通信和協(xié)同工作。另外，S32N55 的「內(nèi)核到引腳」硬件隔離和虛擬化技術(shù)，使其資源可以動(dòng)態(tài)分區(qū)，以適應(yīng)不斷變化的車輛功能需求。

2022 年初，安霸發(fā)布了 5nm 制程的 CV3 系列芯片，能夠支持 ADAS 和 L2+ ~ L4 系統(tǒng)的研發(fā)。該系列芯片基于可擴(kuò)展、高能效比的 CVflow 架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn) 500 eTOPS 算力，比安霸上一代車規(guī)級(jí) CV2 系列提高了 42 倍。

eTOPS 中的 e 指的是 equivalent。因?yàn)?CVflow 不等同于任何 GPU，這導(dǎo)致 CV3 芯片 AI 算力的計(jì)數(shù)單位與常用的 GPU 的 TOPS 有所不同，這里加了 e，表示與通用芯片架構(gòu)相比，可以跑到等效的性能。英偉達(dá) Orin 芯片，算力是 254TOPS，蔚來(lái) ET7 通過(guò) 4 個(gè) Orin 級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)了 1016 TOPS 算力。如果采用 4 個(gè) CV3 芯片級(jí)聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn) 2000 eTOPS 算力。

2023 年 2 月，安霸宣布，采用三星的 5nm 制程工藝生產(chǎn) CV3-AD685。

繼恩智浦和安霸之后，高通的車用芯片也開(kāi)始采用 5nm 制程。此時(shí)，不得不說(shuō)英偉達(dá)和英特爾旗下的 Mobileye，這兩家公司的智能駕駛芯片多采用 7nm 制程，而特斯拉的 HardWare 3 芯片采用的是三星 14nm 制程，前不久，供應(yīng)鏈傳出消息，特斯拉新款 HW4.0 芯片將轉(zhuǎn)投臺(tái)積電的 4nm/5nm 制程。

可見(jiàn)，在蔚來(lái)之前，恩智浦、安霸，以及高通都流片了 5nm 制程汽車芯片。不過(guò)，這幾家公司的芯片類型和應(yīng)用還是有些區(qū)別的，從上文的介紹可以看出，恩智浦的 S32N55 屬于控制類芯片，而安霸、英偉達(dá)、特斯拉和蔚來(lái)的是計(jì)算類芯片，高通的是智能座艙芯片，偏控制類。

這里要簡(jiǎn)單介紹一下汽車芯片類型，可分為計(jì)算類，控制類，模擬類、電源類，通信類，傳感器類，功率類，存儲(chǔ)類。其中，計(jì)算和控制類屬于數(shù)字芯片，對(duì)制程要求最高，而隨著智能駕駛的興起，對(duì)芯片算力的要求與日俱增，此時(shí)，計(jì)算類芯片的算力也就成為非常關(guān)鍵的指標(biāo)，控制類次之。

綜上，業(yè)界最先采用 5nm 制程工藝制造智能駕駛芯片的應(yīng)該是恩智浦或安霸。蔚來(lái)是中國(guó)首家采用 5nm 制程制造智能駕駛芯片的企業(yè)。

那么，蔚來(lái)為什么要自研如此高端的芯片呢？還要從英偉達(dá)說(shuō)起。

目前，業(yè)界用量最大的旗艦智能駕駛芯片是英偉達(dá)的 Orin-x，它的單片算力為 508TOPS。此外，英偉達(dá)還發(fā)布了一款 DRIVE Thor 芯片，單片算力 2000TOPS，要 2025 年才能量產(chǎn)。

2023 年，蔚來(lái)采購(gòu)了許多英偉達(dá)智能駕駛芯片，占到英偉達(dá)出貨量的 46%，總金額達(dá) 3 億美元。這是一筆很大的開(kāi)支，對(duì)于一直虧損搞研發(fā)的蔚來(lái)而言，在越來(lái)越內(nèi)卷的中國(guó)汽車市場(chǎng)，降本增效是必須的?；诖?，自研智能駕駛芯片就順理成章了，一個(gè)神璣 NX9031 頂 4 個(gè)英偉達(dá) Orin X，可以節(jié)省不少芯片開(kāi)支。

用 5nm 制程造智能駕駛芯片的價(jià)值

傳統(tǒng)上，汽車芯片對(duì)制程工藝的要求不高（多為 20nm 以上制程），而對(duì)芯片的穩(wěn)定性和可靠性的要求很高。也就是說(shuō)，汽車要用車規(guī)級(jí)芯片（Automotive Grade Chip）。

車規(guī)級(jí)芯片是指那些專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)和制造，且滿足嚴(yán)苛的汽車行業(yè)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(dòng)、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(guò)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(yàn)。

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，相比于消費(fèi)級(jí)或工業(yè)級(jí)芯片，車規(guī)級(jí)芯片具有更高的品質(zhì)要求，這類芯片被廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制、剎車系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、車載娛樂(lè)信息系統(tǒng)、ADAS 等車載子系統(tǒng)。

雖然先進(jìn)制程（16nm 及以下）可以提高芯片性能并降低功耗，但也會(huì)帶來(lái)一些挑戰(zhàn)，例如，制程節(jié)點(diǎn)越小，芯片的生產(chǎn)成本越高，此外，小特征尺寸芯片需要更精密的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，這也會(huì)增加成本。

因此，汽車芯片廠商，以及汽車制造商需要在芯片的性能、成本和可靠性之間尋找平衡點(diǎn)。他們需要根據(jù)車輛的用途、性能要求和成本預(yù)算來(lái)選擇合適的制程工藝。對(duì)于一些高端車型，制造商可能會(huì)采用更先進(jìn)的制程，以提高車輛性能。而對(duì)于一些經(jīng)濟(jì)車型，制造商會(huì)更多地選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的制程工藝，以降低生產(chǎn)成本。

總的來(lái)說(shuō)，汽車芯片的主流制程在 40nm~16nm 之間。

然而，隨著智能駕駛的普及，傳統(tǒng)汽車芯片的制造框架被打破了，因?yàn)樗懔﹂_(kāi)始主導(dǎo)汽車應(yīng)用。

其實(shí)，從業(yè)人員清楚，算力堆砌勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)浪費(fèi)的現(xiàn)象，然而，相較于看不見(jiàn)的軟件算法，實(shí)實(shí)在在的算力指標(biāo)是可以輕而易舉判斷出來(lái)的。用戶對(duì)于硬件能力的追求在移動(dòng)電子產(chǎn)品中被體現(xiàn)的淋漓盡致，如今，同樣的情況又延續(xù)到了智能汽車上。

基于此，市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種營(yíng)銷話術(shù)，例如，有媒體將芯片的算力水平比喻成「得房率」，利用稠密算力和稀疏算力的不同，計(jì)算出完全不一樣的算力結(jié)論。如今，卷算力已經(jīng)成為車廠和相關(guān)芯片企業(yè)邁不過(guò)去的一道坎，越來(lái)越多新亮相的智能駕駛芯片證明，增加算力是提升市場(chǎng)評(píng)價(jià)水平最有效的方式。

目前，很多 30 萬(wàn)以上的新勢(shì)力 SUV 算力都已經(jīng)破百 TOPS，甚至有部分品牌汽車的算力已經(jīng)破千 TOPS。即便是有很大冗余，似乎也沒(méi)有人會(huì)拒絕更高的算力。

隨著芯片算力動(dòng)輒突破 500 TOPS，甚至 1000 TOPS，芯片的其它指標(biāo)勢(shì)必會(huì)引起大眾的注意，例如制程工藝。雖然對(duì)于車規(guī)級(jí)芯片而言，并沒(méi)有對(duì)制程的極致追求，但在智能駕駛和智能座艙領(lǐng)域，芯片制程顯然已經(jīng)開(kāi)始向 5nm，甚至更小制程節(jié)點(diǎn)挺進(jìn)。與 7nm 相比，臺(tái)積電的 5nm 工藝的處理速度提高了 20%，功耗降低了 40%，遷移到 5nm 將有助于汽車制造商通過(guò)增強(qiáng)功能為自己的汽車帶來(lái)差異化優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)化汽車日益復(fù)雜的架構(gòu)挑戰(zhàn)，并輕松地部署強(qiáng)大的計(jì)算系統(tǒng)。

因此，5nm 制程對(duì)于汽車芯片的價(jià)值凸顯出來(lái)。

在這樣的市場(chǎng)需求下，臺(tái)積電也開(kāi)始玩兒起了「饑餓營(yíng)銷」。2023 年 7 月，臺(tái)積電歐洲總經(jīng)理 Paul de Bot 在德國(guó)舉行的「第 27 屆汽車電子大會(huì)」上表示，長(zhǎng)期以來(lái)，汽車產(chǎn)業(yè)一直被認(rèn)為是技術(shù)落后者，只注重成熟制程，但實(shí)際上，已經(jīng)有汽車芯片供應(yīng)商自 2022 年開(kāi)始使用 5nm 制程工藝，這個(gè)時(shí)間點(diǎn)距離 5nm 正式投入量產(chǎn)僅兩年時(shí)間。由于三星的 5nm 制程良率一般，使得臺(tái)積電幾乎成了目前唯一一家能夠規(guī)模量產(chǎn) 5nm 制程芯片的晶圓代工廠。因此，該公司的產(chǎn)能供不應(yīng)求，臺(tái)積電表示，不可能為汽車行業(yè)保留空閑產(chǎn)能，汽車芯片需加速轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程。Paul de Bot 認(rèn)為，汽車制造商對(duì)訂單數(shù)量進(jìn)行前瞻性規(guī)劃和控制是絕對(duì)必要的，而一些汽車芯片從原有的成熟制程節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程也是保障供應(yīng)的一個(gè)重要手段。

相對(duì)于消費(fèi)類電子和服務(wù)器應(yīng)用，汽車芯片晶圓代工市場(chǎng)占比較?。?0% 以下），但單價(jià)更高，這是一個(gè)極其有利可圖的市場(chǎng)。從臺(tái)積電的角度來(lái)看，在新冠疫情期間，臺(tái)積電每年的汽車芯片業(yè)務(wù)都增長(zhǎng)了 40% 左右，該晶圓代工龍頭希望在未來(lái)保留并擴(kuò)大這個(gè)客戶群，特別是先進(jìn)制程。

智能座艙芯片也需要 5nm

以上介紹的都是智能駕駛芯片，這類芯片偏計(jì)算，另一大類則是智能座艙芯片，這類更偏控制，對(duì)先進(jìn)制程的需求也越來(lái)越迫切。

智能座艙有多個(gè)功能塊，主要包括高清顯示、儀表、主動(dòng)安全報(bào)警、實(shí)時(shí)導(dǎo)航、在線信息娛樂(lè)、緊急救援、車聯(lián)網(wǎng)，以及人機(jī)交互系統(tǒng)（語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別）等，其主要作用是通過(guò)改變?nèi)藱C(jī)交互方式，提升駕駛者和乘員體驗(yàn)。此時(shí)，人工智能（AI）技術(shù)的重要性就凸顯出來(lái)了，對(duì)相關(guān)芯片的性能要求也提高了。

智能座艙芯片的典型代表，就是我們常聽(tīng)說(shuō)的高通驍龍 8155，以及更新?lián)Q代后的 8295 芯片。

2021 年底，高通發(fā)布了采用 5nm 制程的驍龍 8295，相比于前一代 8155（7nm 制程）的 8TOPS 算力，8255 的算力達(dá)到 30TOPS，3D 渲染能力提升了 3 倍，增加了集成電子后視鏡、機(jī)器學(xué)習(xí)、乘客監(jiān)測(cè)和信息安全等功能，一顆芯片可驅(qū)動(dòng) 11 塊屏幕。

除了座艙芯片外，高通 Snapdragon Ride 智能駕駛平臺(tái)的核心 SoC 也基于 5nm 制程打造，并集成了高性能 CPU、GPU 和 AI 引擎等核心組件，最高算力達(dá)到 700TOPS。不過(guò)，與其它幾家智能駕駛芯片大廠（英偉達(dá)、英特爾旗下的 Mobileye、特斯拉）相比，高通的智能駕駛芯片存在感比較弱。

除了高通等行業(yè)大廠，中國(guó)本土 SoC 公司也在向先進(jìn)制程智能座艙芯片進(jìn)發(fā)，目前已進(jìn)展至 7nm，如果沒(méi)有那么多的國(guó)際貿(mào)易限制，肯定會(huì)有采用 5nm 制程的。目前，地平線、黑藝麻智能、芯馳科技、芯警科技都發(fā)布了相關(guān)產(chǎn)品，其中，芯擎科技自研的「龍鷹一號(hào)」作為國(guó)內(nèi)首款車規(guī)級(jí) 7nm 芯片，已經(jīng)上車，黑芝麻智能推出了首款自研的 7nm 芯片武當(dāng) C1200，地平線的征程 6 系列芯片也采用 7nm 制程工藝，旗艦芯片單顆算力為 560TOPS，2024 年量產(chǎn)，到征程 7 或征程 8 量產(chǎn)時(shí)，有望將制程工藝再提升一步。

汽車芯片向 3nm 制程招手

隨著汽車智能化水平提升，相關(guān)芯片還在向更先進(jìn)制程工藝進(jìn)發(fā)。

英偉達(dá)最新的智能駕駛芯片 DRIVE Thor 算力達(dá)到 2000 TOPS，Hopper 架構(gòu)；將采用 4nm 制程工藝，2025 年投產(chǎn)。英偉達(dá)表示，比亞迪、埃安、小鵬、理想、極氪等中國(guó)汽車品牌將采用 DRIVE Thor。

特斯拉更為激進(jìn)，已經(jīng)準(zhǔn)備啟動(dòng) 3nm 制程芯片代工計(jì)劃，在臺(tái)積電 N3E 基礎(chǔ)上繼續(xù)強(qiáng)化速度和功耗表現(xiàn)，計(jì)劃 2024 年投產(chǎn)，但是否能拿到產(chǎn)能，還存在疑問(wèn)。

看到高通在智能座艙應(yīng)用領(lǐng)域取得成功后，聯(lián)發(fā)科坐不住了，也開(kāi)始進(jìn)軍汽車芯片市場(chǎng)，特別是智能座艙，計(jì)劃推出「天璣車載平臺(tái)」，將采用 3nm 制程打造。