本文來源:智車科技 作者:劉洪

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半年前,要找車規(guī)5nm芯片只有恩智浦(NXP)曾宣布下一代汽車芯片選用臺積電5nm制程,預(yù)計(jì)2021年秋交付首批樣片;今天卻已不只一個(gè),2018年7月高通收購NXP失敗,現(xiàn)在也挺進(jìn)了5nm車規(guī)芯片,產(chǎn)品有望最快在2023年底量產(chǎn)上市;特斯拉也在備戰(zhàn)“芯片升級”,與三星電子合作為全自動駕駛開發(fā)5nm芯片。

剛剛,IT行業(yè)5nm芯片被曝集體翻車余音未了,車規(guī)5nm芯片又甚囂塵上了。汽車芯片真的進(jìn)入了5nm時(shí)代?我們來分析一下,這炙手可熱的車規(guī)5nm芯片究竟貨色如何?

5nm集體“發(fā)燒”為哪般?

和手機(jī)、電腦等設(shè)備相比,汽車運(yùn)行環(huán)境的惡劣程度不是一點(diǎn)半點(diǎn),尤其是熱環(huán)境。現(xiàn)實(shí)是,別說車規(guī),就是消費(fèi)設(shè)備用的5nm也還存在問題。因?yàn)?0年前困擾臺積電和三星的問題又回來了。

5nm是目前EUV(極紫外線)光刻機(jī)能實(shí)現(xiàn)的最先進(jìn)芯片制程,也是手機(jī)廠商的重要賣點(diǎn),2020年下半年,蘋果A14、麒麟9000、驍龍888等5nm制程芯片相繼面世。不過,公開信息顯示,上述芯片無一幸免被曝實(shí)際功耗不低,發(fā)熱未減:“一度達(dá)80℃”、“發(fā)熱降頻”、“變身火龍”、“高燒不退”。一時(shí)間,5nm芯片集體翻車成為熱議。

廠商一直在追隨甚至想超越摩爾定律,遇到的最大問題是芯片內(nèi)部的晶體管漏電。進(jìn)入深亞微米制造制程時(shí)代之前,動態(tài)功耗一直是芯片設(shè)計(jì)的焦點(diǎn),而在深亞微米制程,動態(tài)功耗在總功耗中的比例越來越小,靜態(tài)功耗比例則越來越大;進(jìn)入納米時(shí)代,漏電流功耗對整個(gè)功耗的影響變得非常顯著。在90nm制程電路中,靜態(tài)功耗可以占到總功耗40%以上。

為什么呢?原來集成電路每一代制造制程的進(jìn)步都是由縮短CMOS晶體管的溝道長度實(shí)現(xiàn)的。不斷縮短溝道長度使電源電壓、閾值電壓、柵極氧化層厚度等制程參數(shù)隨之按比例縮小,而短溝道效應(yīng)(SCE)、柵極隧穿電流、結(jié)反偏隧穿電流等漏電流機(jī)制越來越顯著,引起芯片漏電流功耗的上升。另外,溝道長度越短,漏電流功耗增加越快。

在5nm制程之前,因?yàn)椴捎昧水?dāng)時(shí)創(chuàng)新的FinFET(鰭式場效應(yīng)晶體管)來替代傳統(tǒng)平面式晶體管,臺積電、三星和英特爾都成功抑制了漏電流功耗。

智能坐艙vs自動駕駛

2015年開始,高通切入智能座艙和自動駕駛市場,近年來憑借其SoC芯片的強(qiáng)大算力,其14nm驍龍820A座艙SoC已經(jīng)拿下不少客戶,甚至成了2020年不少中高端車型的標(biāo)配。

2019 CES展上,高通發(fā)布基于臺積電第一代7nm制程的第一款車規(guī)級數(shù)字座艙SoC驍龍SA8155,入局車載市場。其強(qiáng)大之處在于優(yōu)秀的運(yùn)算能力和協(xié)同匹配能力,高通將其定義為“一機(jī)多屏多系統(tǒng)”的終極解決方案。今年伊始曝光諜照的長城WEY全新車型將是首款搭載8155的量產(chǎn)車型。

那么,智能座艙和自動駕駛能否相提并論呢?答案是否定的,前者與后者高度相關(guān),但不可等同。智能座艙主要包括高清顯示、儀表、主動安全報(bào)警(駕駛員監(jiān)控)、實(shí)時(shí)導(dǎo)航、在線信息娛樂、緊急救援、車聯(lián)網(wǎng)以及人機(jī)交互系統(tǒng)(語音識別、手勢識別)等。其主要作用在于通過改變?nèi)藱C(jī)交互方式,提升駕駛者和乘員體驗(yàn),有助于將產(chǎn)品屬性升級為服務(wù)屬性。毫無疑問,人工智能(AI)將賦能人車交互的智能化升級。智能座艙在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下還是比較容易一步步實(shí)現(xiàn)。

制程和用途與芯片算力參考示例

自動駕駛呢?應(yīng)該沒有馬斯克說的那么容易在不久的將來就能實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樗�涉及的問題實(shí)在是太多了。就說芯片的算力吧,不可與智能座艙同日耳語。據(jù)稱,高通8155芯片CPU處理器和GPU圖形處理器算力是同級產(chǎn)品的3-5倍。而CES 2020上發(fā)布基于5nm制程Snapdragon Ride自動駕駛平臺核心SoC基礎(chǔ)算力為10TOPS,其中單顆SoC支持NCAP標(biāo)準(zhǔn)下的L1/L2級自動駕駛,多顆SoC組合可以實(shí)現(xiàn)L4級自動駕駛,最大算力可達(dá)700TOPS以上。

2020年11月,華為智能駕駛專家電話會議紀(jì)要中關(guān)于芯片的討論就很能說明問題:“自動駕駛未來需要大算力芯片,市場一是自動駕駛,二是智能座艙。智能座艙里也會有很多人工智能應(yīng)用,比如語音識別,以前用科大訊飛的方案是在云端做,體驗(yàn)感很差。現(xiàn)在用智能座艙芯片,像高通或華為基本上都有七八個(gè)T算力,地平線也一樣,其征程二也有大概6個(gè)T算力(實(shí)際上是4TOPS)。大算力計(jì)算芯片一定是一個(gè)大趨勢,也是一個(gè)門檻……自動駕駛有三個(gè)核心要素,第一是數(shù)據(jù),第二是場景,第三是算力。特斯拉已經(jīng)遠(yuǎn)超國內(nèi)的自己在那里吹牛逼的公司了�！�