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汽車行業(yè)貌似已經(jīng)卷的只剩下價(jià)格戰(zhàn)和造芯片了。

對(duì)于造芯片，很多人說(shuō)汽車芯片不就是只要跟著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)跑就行了，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)落后幾年的芯片然后用到汽車上來(lái)就行了。其實(shí)汽車芯片并不是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)芯片的降維打擊，它帶有自己的特殊性，而且加速了摩爾定律的終結(jié)將焦點(diǎn)從通用架構(gòu)轉(zhuǎn)移到更專業(yè)的硬件上。

目前汽車行業(yè)關(guān)于人工智能處理的高端芯片，都朝著DSA (Domain Specific Architecture) 或者ASIC（Application-specific integrated circuit）等方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)特殊應(yīng)用的方向，而不是之前英特爾 CPU那種通用芯片。

例如我們之前文章《理想L9的智能座艙，駕駛技術(shù)以及供應(yīng)鏈》分享的高通的座艙芯片8155/8295就是此類，它集合了CPU/GPU/ISP/安全/通訊/藍(lán)牙等等來(lái)實(shí)現(xiàn)智能座艙的總體處理，還有智能駕駛英偉達(dá)Orin，小鵬發(fā)布的圖靈，蔚來(lái)發(fā)布的神璣NX9031都屬于此類。它類似于小型化AI專用的計(jì)算機(jī)，將各類不同處理芯片，通訊芯片，內(nèi)存，網(wǎng)關(guān)組合一起到一塊芯片上。

當(dāng)然汽車還有非高性能但講究穩(wěn)健可靠的控制類型的MCU和電驅(qū)動(dòng)IGBT/SiC，他們更多來(lái)自工業(yè)控制而非互聯(lián)網(wǎng)IT。未來(lái)中央大腦式的控制單元會(huì)將安全，實(shí)時(shí)的各種核集合形成汽車特殊的處理器。所以人工智能時(shí)代的智能汽車將從車端，路端，云端催生芯片的另外一次發(fā)展。

但目前來(lái)講，汽車行業(yè)芯片的設(shè)計(jì)和制造流程依然沒變，所以本文將整理芯片半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)知識(shí)，為后續(xù)理解當(dāng)前汽車行業(yè)暗中較勁的芯片競(jìng)爭(zhēng)埋下科普基礎(chǔ)。芯片半導(dǎo)體行業(yè)有 6 種不同類型核心產(chǎn)業(yè)鏈，這些不同的行業(yè)細(xì)分市場(chǎng)將其資源沿著價(jià)值鏈向上傳遞，直到最終芯片裝上PCB板。

從下往上看，這些半導(dǎo)體芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈可以細(xì)分如下：

以下部分將詳細(xì)介紹這 6 個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)細(xì)分市場(chǎng)。芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 核芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 是芯片部分或全部的邏輯、單元或芯片布局的設(shè)計(jì)規(guī)范?？梢詤⒖计嚰軜?gòu)，把一塊完整的芯片看成一臺(tái)汽車，芯片IP就是來(lái)自于不同廠商的具有某一功能的模塊化零件，將他們組合起來(lái)就成為特定功能的芯片。目前汽車行業(yè)SoC芯片有幾大IP
芯片網(wǎng)絡(luò) IP 核 (NoC IP) - 當(dāng)前芯片上堆疊很多不同的計(jì)算單元，所以需要多個(gè)信號(hào)在 NoC 上共享相同的線路和鏈路，允許各種數(shù)據(jù)鏈路同時(shí)對(duì)不同的數(shù)據(jù)包進(jìn)行操作。

還有很多例如安全和存儲(chǔ)IP等等。

目前，有超過(guò)200家公司銷售芯片IP核，不少中國(guó)芯片公司的業(yè)務(wù)也在這方面開展地如火如荼。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (EDA) 工具它是一種專門用于輔助集成電路芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)全過(guò)程的工業(yè)軟件，工程師可以使用這個(gè)工具在他們購(gòu)買的任何 IP 核上添加自己的設(shè)計(jì)。這個(gè)汽車行業(yè)最好理解，猶如汽車機(jī)械布置畫圖的UG/CATIA；或者建筑行業(yè)的CAD。該行業(yè)一直由三家美國(guó)供應(yīng)商主導(dǎo) Cadence 、 Mentor 和Synopsys。過(guò)去兩年華為應(yīng)該突破封鎖也有自己的EDA，國(guó)內(nèi)還有華大九天、概倫電子、芯和半導(dǎo)體等大概100多家?，F(xiàn)代芯片可能包括高達(dá)數(shù)十億個(gè)半導(dǎo)體器件，英偉達(dá)最先進(jìn)的Blackwell已經(jīng)有2080億。在沒有EDA軟件的幫助下，設(shè)計(jì)如此復(fù)雜的芯片幾乎成為不可能任務(wù)。一個(gè)大型工程團(tuán)隊(duì)使用這些 EDA 工具需要 2-3 年的時(shí)間來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的邏輯芯片，例如手機(jī)、計(jì)算機(jī)或服務(wù)器內(nèi)部使用的微處理器。（見下面的設(shè)計(jì)流程圖。）

如今，隨著邏輯芯片變得越來(lái)越復(fù)雜，所有電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化公司都開始引入人工智能輔助，以實(shí)現(xiàn)流程的自動(dòng)化和加速。晶圓以及芯片材料在設(shè)計(jì)好了之后，就需要把這些設(shè)計(jì)圖進(jìn)行制造，變成有形的東西，制作芯片類似于拍照，將設(shè)計(jì)好的芯片拍照到材料“晶圓”上進(jìn)行物理生產(chǎn)，“晶圓”主要是指硅晶片，高純度的沙子，晶圓廠就是制造這些硅晶片的工廠。另外制造芯片的工廠需要購(gòu)買專用材料和化學(xué)品：

使用的氣體超過(guò) 100 種大宗氣體（氧氣、氮?dú)狻⒍趸?、氫氣、氬氣、氦氣）和其他奇?有毒氣體（氟、三氟化氮、砷化氫、磷化氫、三氟化硼、乙硼烷、硅烷，等等……）

流體（光刻膠、面漆、CMP漿料）

光掩模等

芯片制造設(shè)備有了材料，還需要機(jī)器物理地制造芯片，就是這個(gè)拍照設(shè)備--光刻機(jī)，制作高性能芯片的光刻機(jī)主要來(lái)自于ASML，當(dāng)然還有另外4家公司主導(dǎo)該行業(yè)——Applied Materials, KLA, LAM, Tokyo Electron.基本都來(lái)自于歐美日。

這些是地球上最復(fù)雜（和最昂貴）的機(jī)器之一。芯片的制程幾nm就是靠這個(gè)東西，目前制程最高的EUV光刻機(jī)對(duì)于中國(guó)是禁售的，聽說(shuō)目前華為7nm芯片是采用2次光刻的方式獲得，未來(lái)3nm將采用4次光刻來(lái)獲得，來(lái)規(guī)避沒有高制程光刻機(jī)的苦惱。芯片生產(chǎn)代工廠代工廠在自己的“晶圓廠”中為其他工廠生產(chǎn)芯片，世界最出名的莫過(guò)于TSMC臺(tái)積電了，僅次其后的是三星，目前國(guó)內(nèi)最火的就是SMIC中芯國(guó)際。他們購(gòu)買并整合來(lái)自不同制造商的設(shè)備晶圓制造設(shè)備、專用材料和化學(xué)品，他們利用這些設(shè)備設(shè)計(jì)獨(dú)特的工藝來(lái)制造芯片，但他們不設(shè)計(jì)芯片。

現(xiàn)在一個(gè)芯片工廠的成本超過(guò) 100 億美元，原因之一是制造芯片所需設(shè)備的成本飆升僅荷蘭公司ASML的一臺(tái)先進(jìn)光刻機(jī)就價(jià)值 1.5 億美元。而一家晶圓廠大約有 500 多臺(tái)機(jī)器（并非所有機(jī)器都像 ASML 那樣昂貴）。另外晶圓廠建筑極其復(fù)雜，制造芯片的潔凈室只是一套復(fù)雜管道的冰山一角，這些管道在正確的時(shí)間和溫度下將氣體、電力、液體輸送到晶圓廠設(shè)備中。

而建設(shè)新一代芯片（3nm）制造廠耗資200億美元，所以芯片廠的建設(shè)基本上要靠舉國(guó)和大財(cái)團(tuán)體制，例如臺(tái)灣的TSMC，大陸的SMIC，韓國(guó)的三星。
芯片組裝和測(cè)試在晶圓上刻蝕好了芯片之后，就是最后一步封裝和測(cè)試，我們之前《中國(guó)智能汽車芯片的新希望 - Chiplet》也分享過(guò)目前芯片行業(yè)非?；鸬囊环N封裝方式。測(cè)試和封裝部門或者公司從代工廠獲取晶圓，將其切割成單個(gè)芯片，進(jìn)行測(cè)試，然后進(jìn)行封裝，最后芯片上市。

而我們看到汽車行業(yè)常說(shuō)的他們的芯片流片成功就是意味著小批量試制的芯片出來(lái)了，開始進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試，如果各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)那么就意味著量產(chǎn)。有了IP，EDV，原材料，制造設(shè)備，制造工廠，封裝和測(cè)試，這6大類就組成了芯片產(chǎn)業(yè)基本要素。

按照以上產(chǎn)業(yè)鏈可以組建不同的公司，同時(shí)還有一些公司整合部分產(chǎn)業(yè)鏈形成芯片行業(yè)特殊的公司，例如：“無(wú)晶圓廠”芯片公司，他們?cè)O(shè)計(jì)芯片（使用 IP 核和自己的設(shè)計(jì)），制造交給別人代工，他們不擁有晶圓制造設(shè)備，也不使用專門的材料或化學(xué)品。他們?cè)O(shè)計(jì)的芯片可能自己用，例如蘋果、谷歌、亞馬遜……或者他們專賣芯片，例如 AMD、Nvidia、Qualcomm、Broadcom……中國(guó)不少汽車行業(yè)芯片公司也是走這條路，例如地平線，芯馳等。
集成設(shè)備制造商 (IDM) 會(huì)設(shè)計(jì)、制造（在自己的晶圓廠）并銷售自己的芯片。IDM 分為三類：存儲(chǔ)器（例如Micron、SK Hynix）、邏輯（例如Intel）、模擬（TI、Analog Devices）他們?cè)O(shè)計(jì)，生成，銷售一條龍。目前，生產(chǎn)一款新型尖端芯片（3nm）的平均成本為 5 億美元制作芯片你可以把它理解成影刷書。

射頻

下圖是制造芯片所需的1000 多個(gè)步驟的簡(jiǎn)化版本。

雖然芯片制造，看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但事實(shí)并非如此。芯片可能是有史以來(lái)最復(fù)雜的產(chǎn)品，它算是目前最精密的產(chǎn)業(yè)，首先設(shè)計(jì)方面，例如英偉達(dá)最新的Blackwell人工智能芯片，集成了2080億個(gè)晶體管，想象EDA設(shè)計(jì)這個(gè)芯片時(shí)候的復(fù)雜和圖片量；制造時(shí)候需要把這2080億晶體管影刷到晶圓上，從晶圓各種材料的要求，到制造設(shè)備的精度要求，都是工業(yè)頂級(jí)技術(shù)。通過(guò)以上信息可以明白，汽車行業(yè)主機(jī)廠的造芯片，特別是高端芯片方面，應(yīng)該更多的是走“無(wú)晶圓廠”芯片公司的模式，做好芯片需求管理，集成產(chǎn)業(yè)模式。MCU以及相對(duì)工業(yè)和成熟的芯片，類似于BYD，上汽等大集團(tuán)采用垂直整合，投資控股的方式。
根據(jù)相關(guān)信息，目前，類似于蔚來(lái)汽車神璣NX9031 5nm芯片臺(tái)積電報(bào)價(jià)都需要0.4 -0.5 億美金，加上各種IP和開發(fā)設(shè)計(jì)費(fèi)估計(jì)生產(chǎn)一款新型尖端芯片（5nm）的平均成本為 3-5 億美元。所以，不管是高性能芯片還是高安全的控制芯片，投資無(wú)疑都是巨大的，它的經(jīng)濟(jì)上成功是需要量的支撐。但中國(guó)智能汽車發(fā)展，在地緣政治，發(fā)展趨勢(shì)上，都已經(jīng)催生了汽車行業(yè)的造芯運(yùn)動(dòng)。

未經(jīng)準(zhǔn)許嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載和摘錄-參考資料：

芯片生態(tài)系統(tǒng)詳解 -?steve blank

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