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作者：暢秋
7月27日，在2024蔚來創(chuàng)新科技日上，蔚來汽車董事長李斌宣布，全球首款車規(guī)級5nm智能駕駛芯片神璣NX9031流片成功，芯片和底層軟件均實現(xiàn)自主設(shè)計。
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，處理延時小于5ms。李斌表示，神璣NX9031擁有超過500億個晶體管，不論是綜合能力還是執(zhí)行效率，一個自研芯片能實現(xiàn)4個業(yè)界旗艦芯片的性能。
此次，李斌的發(fā)言在半導(dǎo)體界引起了一些爭議，原因在于他聲稱神璣NX9031是全球首款車規(guī)級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。
?01、爭議點在哪里？
李斌說神璣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?？梢哉f，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積電。采用5nm制程的S32N55處理器，集成了16個Arm Cortex -R52實時處理器內(nèi)核，運行頻率為1.2 GHz，能夠滿足軟件定義汽車對計算能力的高要求。
S32N55的Cortex-R52內(nèi)核可以在分離或鎖步模式下運行，可以支持ASIL ISO 26262功能安全級別。兩對輔助鎖步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CAN XL接口和一個PCI Express Gen 4接口，能夠?qū)崿F(xiàn)車內(nèi)各個系統(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)，可實現(xiàn)500 eTOPS算力，比安霸上一代車規(guī)級CV2系列提高了42倍。eTOPS中的e指的是equivalent。
因為CVflow不等同于任何GPU，這導(dǎo)致CV3芯片AI算力的計數(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ET7通過4個Orin級聯(lián)實現(xiàn)了1016 TOPS算力。如果采用4個CV3芯片級聯(lián)，可以實現(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始采用5nm制程。
此時，不得不說英偉達(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)投臺積電的4nm/5nm制程?？梢姡谖祦碇?，恩智浦、安霸，以及高通都流片了5nm制程汽車芯片。
不過，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)、特斯拉和蔚來的是計算類芯片，高通的是智能座艙芯片，偏控制類。這里要簡單介紹一下汽車芯片類型，可分為計算類，控制類，模擬類、電源類，通信類，傳感器類，功率類，存儲類。其中，計算和控制類屬于數(shù)字芯片，對制程要求最高，而隨著智能駕駛的興起，對芯片算力的要求與日俱增，此時，計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。蔚來是中國首家采用5nm制程制造智能駕駛芯片的企業(yè)。那么，蔚來為什么要自研如此高端的芯片呢？還要從英偉達(dá)說起。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，蔚來采購了許多英偉達(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。這是一筆很大的開支，對于一直虧損搞研發(fā)的蔚來而言，在越來越內(nèi)卷的中國汽車市場，降本增效是必須的?；诖?，自研智能駕駛芯片就順理成章了，一個神璣NX9031頂4個英偉達(dá)Orin X，可以節(jié)省不少芯片開支。
?02、用5nm制程造智能駕駛芯片的價值
傳統(tǒng)上，汽車芯片對制程工藝的要求不高（多為20nm以上制程），而對芯片的穩(wěn)定性和可靠性的要求很高。也就是說，汽車要用車規(guī)級芯片（Automotive Grade Chip）。
車規(guī)級芯片是指那些專為汽車應(yīng)用設(shè)計和制造，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、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?；谄嚢踩院涂煽啃砸髽O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，相比于消費級或工業(yè)級芯片，車規(guī)級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，但也會帶來一些挑戰(zhàn)，例如，制程節(jié)點越小，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。他們需要根據(jù)車輛的用途、性能要求和成本預(yù)算來選擇合適的制程工藝。對于一些高端車型，制造商可能會采用更先進(jìn)的制程，以提高車輛性能。而對于一些經(jīng)濟(jì)車型，制造商會更多地選擇經(jīng)濟(jì)實惠的制程工藝，以降低生產(chǎn)成本。
總的來說，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，因為算力開始主導(dǎo)汽車應(yīng)用。其實，從業(yè)人員清楚，算力堆砌勢必會出現(xiàn)浪費的現(xiàn)象，然而，相較于看不見的軟件算法，實實在在的算力指標(biāo)是可以輕而易舉判斷出來的。
用戶對于硬件能力的追求在移動電子產(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?；诖?，市場上出現(xiàn)了各種營銷話術(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)邁不過去的一道坎，越來越多新亮相的智能駕駛芯片證明，增加算力是提升市場評價水平最有效的方式。
目前，很多30萬以上的新勢力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，似乎也沒有人會拒絕更高的算力。隨著芯片算力動輒突破500 TOPS，甚至1000 TOPS，芯片的其它指標(biāo)勢必會引起大眾的注意，例如制程工藝。雖然對于車規(guī)級芯片而言，并沒有對制程的極致追求，但在智能駕駛和智能座艙領(lǐng)域，芯片制程顯然已經(jīng)開始向5nm，甚至更小制程節(jié)點挺進(jìn)。
與7nm相比，臺積電的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增強(qiáng)功能為自己的汽車帶來差異化優(yōu)勢，簡化汽車日益復(fù)雜的架構(gòu)挑戰(zhàn)，并輕松地部署強(qiáng)大的計算系統(tǒng)。因此，5nm制程對于汽車芯片的價值凸顯出來。在這樣的市場需求下，臺積電也開始玩兒起了“饑餓營銷”。
2023年7月，臺積電歐洲總經(jīng)理 Paul de Bot在德國舉行的“第27屆汽車電子大會”上表示，長期以來，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，但實際上，已經(jīng)有汽車芯片供應(yīng)商自2022年開始使用5nm制程工藝，這個時間點距離5nm正式投入量產(chǎn)僅兩年時間。
由于三星的5nm制程良率一般，使得臺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，汽車制造商對訂單數(shù)量進(jìn)行前瞻性規(guī)劃和控制是絕對必要的，而一些汽車芯片從原有的成熟制程節(jié)點轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程也是保障供應(yīng)的一個重要手段。
相對于消費類電子和服務(wù)器應(yīng)用，汽車芯片晶圓代工市場占比較?。?0%以下），但單價更高，這是一個極其有利可圖的市場。從臺積電的角度來看，在新冠疫情期間，臺積電每年的汽車芯片業(yè)務(wù)都增長了40%左右，該晶圓代工龍頭希望在未來保留并擴(kuò)大這個客戶群，特別是先進(jìn)制程。
?03、智能座艙芯片也需要5nm
以上介紹的都是智能駕駛芯片，這類芯片偏計算，另一大類則是智能座艙芯片，這類更偏控制，對先進(jìn)制程的需求也越來越迫切。智能座艙有多個功能塊，主要包括高清顯示、儀表、主動安全報警、實時導(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，其主要作用是通過改變?nèi)藱C(jī)交互方式，提升駕駛者和乘員體驗。
此時，人工智能（AI）技術(shù)的重要性就凸顯出來了，對相關(guān)芯片的性能要求也提高了。智能座艙芯片的典型代表，就是我們常聽說的高通驍龍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)測和信息安全等功能，一顆芯片可驅(qū)動11塊屏幕。
除了座艙芯片外，高通Snapdragon Ride智能駕駛平臺的核心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，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，如果沒有那么多的國際貿(mào)易限制，肯定會有采用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”作為國內(nèi)首款車規(guī)級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，有望將制程工藝再提升一步。
?04、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3nm制程芯片代工計劃，在臺積電N3E基礎(chǔ)上繼續(xù)強(qiáng)化速度和功耗表現(xiàn)，計劃2024年投產(chǎn)，但是否能拿到產(chǎn)能，還存在疑問。
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，也開始進(jìn)軍汽車芯片市場，特別是智能座艙，計劃推出“天璣車載平臺”，將采用3nm制程打造。
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