车规芯片与消费电子芯片有何不同？

两者的侧重点有所不同

1、手机芯片：天下武功唯快不破

不管是手机，平板电脑，机顶盒还是智能穿戴设备消费电子芯片，在研发阶段都会考虑性能，功耗和成本等三个方面维度。智能机时代芯片性能强与弱成为了评价一个型号优劣的重要标准，不管是开黑王者荣耀，还是吃鸡和平精英都可以用更强的CPU芯片来带来极致游戏感受。以高通骁龙865芯片为例，采用1*Cortex-A77（2.84GHz）+3*Cortex A77（2.42GHz）+4*Cortex-A55（1.8GHz）的架构，NPU可以实现15万亿次/秒的运算能：ISP速度达到了20亿像素/秒的处理速度，可以支持2亿像素摄像头。

一块芯片上数十亿个晶体管在高频工作时，会产生大量的动态功耗、短路功耗和漏电功耗，如果不加以控制，不仅会出现计算错误的结果，甚至可以把电路中某些环节会融合到一起而使得芯片无法修复。所以消费电子除了追求性能外，还要兼顾功耗问题，不然很容易出现机身烫手、待机时间减少、使用体验下降等问题。

随着芯片性能的日益强悍，芯片价格不断上涨，在手机总成本中占据了越来越大的份额。比如高通骁龙865的售价约700元，分别占据了搭载车型的小米10pro售价14%，红米K30pro售价23%，OPPO findX2pro售价10%和三星S2ultra售价7%；麒麟990的成本约为500元，约占华为nova6售价的16%、P40售价的10%、P40 PRO售价的7%、P40 pro plus售价的5%；联发科天玑1000的价格是280元，约占OPPO Reno3售价的9.8%；所以不管是从提升产品的竞争力或者是提升企业利润的角度来看，对芯片成本进行控制是非常有必要的。

不同芯片的性能排行榜

2、汽车芯片：稳定压倒一切

由于汽车作为交通工具的特殊性，汽车芯片非常看重可靠性、安全性和长效性！

为什么首推可靠性？因为车规芯片：

首先、汽车的工作环境更恶劣

发动机舱的温度范围在-40°C~150°C之间，因此汽车芯片需要满足这种大范围温度工作范围，而消费芯片只需满足0°C~70°C工作环境。再加上汽车在行进过程中会遭遇更多的振动和冲击，以及汽车上的环境湿度、粉尘、侵蚀都远远大于消费芯片的要求。

其次、汽车产品的设计寿命更长

手机的生命周期在3年，最多不超过5年，而汽车设计寿命普遍都在 15 年或 20 万 公里左右，远大于消费电子产品寿命要求。因此，汽车芯片的产品生命周期要求在15年以上，而供货周期可能长达30年。

在这样的情况下，如何保持芯片的一致性、可靠性，是车规芯片首先要考虑的问题。

而且，汽车芯片的安全性也尤为重要

汽车芯片安全性包括功能安全和信息安全两部分。

手机芯片死掉可以停机重新启动，但一旦汽车芯片宕机就有可能引发严重安全事故，这对于消费者而言根本无从谈起。因此，在进行汽车芯片设计时，首先要将功能安全视为车规芯片中很重要的组成部分进行架构设计，并使用独立安全岛进行设计，关键模块中，计算模块，总线，内存等均设有ECC,CRC数据校验工作，其中全程使用车规芯片技术保证车规芯片功能安全性。

随着车联网技术的推广，信息安全变得越来越重要，汽车作为实时在线设备，其与网络的沟通包括与车内车载网络沟通，都要加密数据，不然就有可能被黑客入侵。因此有必要预先将高性能加密校验模块嵌入到芯片内部。

针对功能安全，国际组织IEC发布了IEC 61508标准，并衍生出了一系列适用不同行业的功能安全标准，如下图：

最后，汽车芯片设计还要考虑长效性

手机芯片基本上是按照摩尔定律来开发的，每年推出新一代芯片和每年推出新旗舰机，基本一个芯片可以在两三年之内满足软件系统性能要求就可以了。然而汽车开发周期较长，新车型从研发到上市验证需要至少两年的时间，意味着汽车芯片设计必须具有前瞻性，能够满足顾客未来3~5年内的一种前瞻性需求。此外，随着当前汽车中软件数量的不断增加，从芯片开发角度看，不仅需要支持多个操作系统，而且还需要支持软件中不断迭代的要求。

所以车规级芯片表现出产业化周期长、供应体系阈值高等特点。要想进入主流汽车电子供应链体系，需要达到几个基本要求：符合北美汽车产业出台的AEC-Q100（IC），101（离散元件），200（被动零件）可靠度标准；遵循汽车电子，软件功能安全的国际标准ISO 26262的；与ISO 21448预期功能安全一致，涵盖了基于非系统失效所带来的安全隐患；符合ISO21434网络安全要求，合理保证车辆及系统网络安全；满足零失效供应链品质管理准则IATF 16949标准。基本上一个芯片车规级认证一般需要3-5年的时间，这对于芯片厂商来说是巨大的技术成本，生产成本和时间成本考验。Mobileye花了整整8年时间才拿到首张车企订单，目前英伟达主力芯片Xavier研发成本高达20亿美元。

两者使用的工艺制程不同

在芯片的生产过程中，缩小芯片内部电路之间的距离可以在更小的芯片中塞入更多的晶体管，让芯片的运算性能更强大，还可以带来降低功耗的效果。因此，从较早的微米，到后来的纳米，芯片都非常重视制程工艺的尺寸。不过，制程并不能无限制的缩小，当将电晶体缩小到 20 纳米左右时，就会遇到量子物理中的问题，晶体管出现漏电的现象，抵销缩小栅极长度时获得的效益。为了解决这个问题，加州大学伯克利分校的胡正明教授发明了鳍式场效应晶体管（FinFET）大幅改善电路控制并减少漏电流。

目前，手机芯片工艺制程从较早的90纳米，到后来的65纳米、45纳米、32纳米、28纳米、16纳米、12纳、7纳米、一直发展到目前最新的5纳米。手机芯片的制程尺寸正在向1纳米进发。

传统车用芯片的制备，因汽车自身空间大，集成度要求不如手机这种消费电子迫切。加之车用芯片以发电机，底盘，安全和车灯控制等为核心的低算力领域使得汽车芯片并没有象消费电子芯片那样狂热地追逐高级制程工艺，而是倾向于优先选择成熟的制程工艺。然而，在汽车智能化进程中，较高层次自动驾驶对于高算力的迫切需求会促使汽车算力平台制程扩展到7纳米或更低。NXP计划于2021年发布新一代高性能汽车计算平台，该平台以5nm制程为主。

国产汽车芯片的未来

曾经，汽车芯片市场因其市场规模的限制而变得十分小众，所以很少有外来入局者进入，数十年间都为恩智浦，德州仪器和瑞萨半导体这些汽车芯片巨头垄断着。随着汽车电子化和智能化水平的不断提高，汽车电子系统的市场规模在逐年增大，三星，英特尔，高通，英伟达，赛灵思等顶尖芯片企业相继涉足汽车芯片领域，也为我国企业创造了‘变中求机’的发展局面。

从功能芯片方面看，上市公司中颖电子，兆易创新，东软载波等均有汽车电子的参与，但是市旄很少。2018年，杰发科技收获了车规级MCU芯片的订单，这标志着我国第一款通过AEC-100 Grade1量产推出的车规级MCU产品突破了国外技术垄断。

在主控芯片方面，华为以昇腾，昇腾和麒麟等系列芯片为核心，完整地布局汽车智能计算平台，地平线则率先量产AI芯片上车。

车载存储芯片方面，兆易创新和合肥长鑫紧密合作，于2019年发布了符合AEC-Q100要求的GD25全线产品SPI NOR FLASH产品，这也是唯一一款完全国产化的车规存储器解决方案；宏旺半导体引入了eMMC-DDR-LPDDR-SSD-DIMM，实现了嵌入式存储和移动存储的功能，扩大了汽车电子的应用领域。

在车载通信芯片方面，华为已经累计向全球上百万辆车辆提供4G通信模块，5G模块已经量产上车；在C-V2X领域，以华为、大唐、高新兴、移远通信为代表的C-V2X芯片\模组企业、华为基带芯片Balong 765等一大批国产企业脱颖而出、Balong 5000先后在车载单元、路边单元上得到了应用，大唐高鸿成功实现了C-V2X车规级模组DMD3A的批量生产。国外公司高通和国内模组厂商如高新兴和移远通信的广泛合作促进了C-V2X芯片组的推广和应用，Autotalks也积极和大唐及其他国内厂商开展C-V2X芯片的互操作实验。

在功率芯片领域，MOSFET方面，闻泰科技占据全球4%的市场份额，华润微电子在国内MOSFET市场占比8.7%；IGBT方面，中国企业主要有株洲中车时代电气、比亚迪、斯达股份、上海先进等。