汽车智能化“卡壳”?芯片告急,究竟是产量不足还是制造太难?

嘉慧浏览趣事 2025-01-07 01:30:34

缺芯片和缺石油哪个更要命?对于传统汽车公司,缺油车就开不了,于是有了新能源车,结果又面临缺芯问题。

芯片对汽车极为重要,从燃油车到新能源车,车内芯片数量从500颗增至1200颗,中高端车型更是超5000颗,缺了哪颗都不行。

而且缺芯不止是制造能力不足,把芯片用于汽车,要考虑诸多事宜,其中汽车芯片功能安全验证耗时长达两到三年,可见其难度。

前两年全球缺芯,汽车芯片尤甚,小鹏汽车CEO何小鹏为求芯片发可达鸭拿急求芯片小视频卖萌,马斯克也因特斯拉缺芯,称车企抢芯片如疫情时人们抢厕纸般疯狂。

汽车芯片难抢,究竟是造得少还是难造?何小鹏曾指出,短缺的多是些小且便宜的专有芯片。缺芯主要有三方面表面原因:

一是全球疫情冲击芯片供应链,许多芯片工厂被迫关闭或减产,致产能、供应链与物流紊乱;

二是芯片行业自身调整,疫情催生大量居家办公、学习娱乐需求,半导体制造商转向供应手机、平板等消费电子芯片,汽车市场受冷落;

三是行业恢复需反应速度,疫情后出行需求报复性反弹,但芯片产能转至汽车领域耗时久,造成供需严重失衡,引发缺芯。

实际上,汽车芯片难抢,除表面原因外,还有易被忽视的深层因素:把芯片用于汽车难度极大,因其与普通电子产品不同,汽车一旦芯片故障,后果严重。

智能汽车含超400种、超5000颗芯片,随着智能化发展,芯片需求增多、要求变高、风险也大,像MCU、气囊传感器、电池管理芯片、刹车芯片等任一损坏,都可能引发重大问题,所以汽车芯片不容有失。

正因如此,保障安全可靠是造汽车芯片的首要原则,需建立严谨开发流程。关键在于严格的车规芯片功能安全认证,该过程耗时久,从设计制造之初就要依流程推进,经少则两三年、多则三五年的完整检测周期,芯片达标才能装车。令人不禁好奇这一认证究竟是什么、怎么做、为何耗时如此之长。

车辆芯片的功能安全认证有何奥妙?

如今汽车日益智能,芯片已成关键部分,汽车行业加速智能化,引入自动驾驶、数字化与深度学习算法,这使汽车对芯片标准、要求更高,以流畅控制车辆系统、精准处理海量数据。

从燃油车到新能源车,车规芯片数量从500颗增至1200颗,中高端车企的芯片数更多,来自小鹏的数据可能会超5000颗。面对增多的芯片,除提升算力性能,功能安全性要求也剧增。

与消费级芯片不同,车规级芯片从设计到制造、测试等各环节都需安全性评估验证,车规芯片的功能安全认证由此诞生。它既能帮汽车厂商与芯片供应商达标合规,确保芯片制造以安全为要,又能反哺芯片技术。

该认证是保障车辆安全的必要之举,像引擎、传动、驾驶员辅助、防撞稳定等控制系统都需认证,否则易失控出事故。

随着车辆互联、自动化发展,车规芯片承担更多通信控制功能,失效会危及人车安全,所以量产前要经严格测试验证。

ISO 26262标准体系

全球多国发布车辆安全法规,要求车辆及其部件认证达标,车规芯片作为重要部件,自然需功能安全认证合规。

虽业界无全球通用强制标准,但一般遵循ISO 26262:2018标准,贯穿车辆从构思到报废的全开发周期,此标准在汽车界获广泛认可,堪称车规芯片准入门槛。

如何进行车规芯片功能安全认证?

功能安全认证ISO 26262标准于2011年11月发布,2018年补充半导体元器件安全机制,更新第二版指南。它将功能安全定义为“不因电气/电子系统故障行为所引起的危害,而导致不合理的风险”,核心在于预先算故障风险、植入降低风险机制,达成标准化开发工艺。

该认证体系涵盖设计、开发、流程与产品功能认证,依人身安全重要性分ASIL四个等级,等级越高,系统安全性、芯片开发技术含金量要求越高,开发成本越高、周期越长。

车规芯片功能安全认证需从设计之初,让芯片制造商遵循ISO 26262标准,从多方面满足认证要求。诸多半导体公司早已布局推进,如日本罗姆、德国英飞凌、荷兰恩智浦有成熟流程,英伟达Xavier也在2018年起分三阶段评估:处理器安全架构设计、安全流程、应用软件评估。

英伟达Xavier

近年热门的RISC-V处理器进军汽车市场也需认证,像晶心科技已通过ISO 26262认证,达汽车安全完整性等级高安全等级ASIL-D,其N25F-SE是业界首颗合规通过认证的RISC-V CPU内核。

N25F-SE基于RISC-V指令集,支持多种扩展指令集,微架构采用五级流水线,有丰富接口、完整安全套件,便于SoC集成。它通过认证对RISC-V进军汽车芯片市场意义重大,RISC-V在汽车领域应用前景广阔,涵盖仪表盘、智能座舱等传统与新型应用领域。

认证车规芯片功能安全为何难?

车规芯片功能安全认证耗时久,原因如下:ISO 26262标准复杂,为达严格安全标准,制造符合要求的芯片周期漫长,涵盖设计、制造、测试等多阶段,一般认证周期达两至三年。

起初芯片公司设计研发,除芯片自身安全设计,还得联合调试操作系统、应用系统,开展单元级测试与系统级验证;之后进入试生产阶段,要找超100个量产定点车型,小规模量产至少半年,花费高昂测试费,期间通过认证才能与车企合作、最终量产上市。

与消费级芯片不同,车规芯片对容错率的要求是无限度地去接近“0”,遇芯片意外失效要有机制导入安全状态,避免人身伤害。所以认证阶段安全认证与测试极为严谨,汽车测试条件极端,要模拟各种环境、场景,加速寿命模拟、可靠性及缺陷筛查,确保芯片在恶劣条件下经得住考验。

此外,普通汽车正常使用寿命超10年,芯片制造商得确保车规芯片15年不出问题,毕竟保障驾乘人员安全才是车辆刚需,智能驾驶体验只是锦上添花。

文本来源 @老石谈芯 的视频内容

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