联发科计划推出3nm车用芯片，3nm制程有必要吗？

近日，联发科CCM部门高级副总裁兼总经理Jerry Yu表示，联发科计划在2024年推出其首款3nm车用芯片，然后最早在2025年实现量产。近年来，车规级芯片市场规模不断扩大，越来越多的芯片厂商投入更多资源到车规级芯片开发中，车规级芯片也在快速迭代发展，那么，什么是车规级芯片呢，把车规芯片做到3nm,有必要吗？

车规级芯片要求安全性更高

首先来讲车规级，不同应用场景下的芯片工作环境和工作眼球有着较大的差异，由于存在这样的差异，为了保证不同使用场景下的产品质量，芯片可以被分为不同级别。根据应用场景，芯片通常可以分为消费级、工业级、车规级、军工级以及宇航级，不同级别的芯片有不同的要求，级别越往上，芯片就越安全可靠。顾名思义，车规级芯片是达到汽车规定认证的芯片，相比级别比它低的消费级和工业级芯片，车规级芯片要求寿命更长、工作环境更恶劣、稳定性要求更高、出错容忍率更低、供货生命周期更久。

而想要成为车规级芯片的话，就需要通过车规认证。对于汽车芯片，业界较为通用的车规认证标准主要有可靠性标准AEC-Q系列、功能安全标准ISO 26262。一般情况下，只有通过这两项标准的认定，才能称为“车规级芯片”。

AEC-Q系列是所有被称为车规级芯片必须经过的检测，AEC(Automotive Electronics Council）是克莱斯勒、福特和通用汽车为建立一套通用的零件资质及质量系统标准而设立的汽车电子协会。AEC-Q系列虽然不是强制性的认证制度，但目前已成为公认的车规元器件的通用测试标准，包含了（AEC-Q100、AEC-Q101、AEC-Q102、AEC-Q200、AEC-Q104、AEC-Q103)，作为以可靠性评估为主的标准，它对汽车电子可靠性试验系列标准进行了十分详尽的规定。例如，AEC-Q100就是根据失效机理对集成电路进行应力测试识别，它适合芯片全面可靠性试验，为汽车行业零部件供应商提供了一个重要的生产指导。经过AEC-Q100检测，芯片在使用过程中的长期可靠性和能用性将得到保证，即久用不坏。

但是，仅仅保障久用不坏显然是不够的，真正的“车规级芯片”还需满足对功能安全机制的考量和认证，随着智能驾驶的逐步落地，越来越多的汽车零部件加强了对功能安全的需求。

对于DPPM（每百万缺陷机会中的不良品数），消费级芯片要求小于500个缺陷，而车规级则要控制到小于或等于10个缺陷。消费级芯片，偶尔出现些许问题导致暂时使用异常比如手机闪退、重启是容易出现也可以忍受的，而对于汽车芯片，同等的问题在汽车高速行驶时发生造成的后果就是致命的。此时就需要另一个标准发挥作用：ISO 26262。ISO 26262是全面规范汽车零部件以及芯片功能安全的基本规则。功能安全强调的是保障功能正常，不会出现突发问题，能够正常报警、安全执行，是能力层面的保障。业内对于功能安全的认证较多使用ISO 26262《道路车辆功能安全》国际标准。所以通过这一标准的认证，也已成为时下汽车供应链厂商们的准入规则。

ISO 26262功能安全认证分为功能安全流程认证和功能安全产品认证两个方面。汽车行业发展过程中需要有过程作为支持，以便按照过程制作出能够满足过程标准要求的产品。所以，想要研发出能够通过ISO 26262验证的产品首先必须通过ISO 26262功能安全过程验证。而且只有经过这两个环节的验证才能算全面通过ISO 26262的功能安全验证。功能安全等级ASIL从低到高可分为A/B/C/D四个等级，等级越高对安全性的要求越高，对开发流程和技术的要求也越严格，每个等级都有相对应的标准，需满足这一等级所有标准要求，才算是通过了该等级的认证。

总之，能够通过各种车规认证，具备更安全可靠性能的芯片，才可以被称为车规级芯片，一般来说，车规级芯片对性能的追求和迭代速度不及消费级芯片，但是其对安全性、稳定性的重视程度会高出一个水平。

SoC芯片是当下发展重点

说完车规极，接下来说汽车芯片。车规级芯片根据功能分为计算控制芯片（主要有功能芯片MCU和主控芯片SOC）、存储芯片、功率半导体（主要有IGBT和MOSFET）、通信芯片、传感器芯片（主要有CIS、MEMS、陀螺仪等）五大类，这其中，目前关注度最高的是计算控制芯片。

电子控制单元 ECU 是现代汽车电子的核心元件之一，泛指汽车上所有的电子控制系统，根据管理功能的不同可分为EMS（发动机控制器）、TCU（变速箱控制器）、VCU（整车控制器）等，而 MCU 是在 ECU 当中负责数据处理和运算的芯片，是把 CPU、内存 （RAM+ROM）、多种 I/O 接口等整合到单一芯片上形成的芯片级计算机。当前汽车级 MCU 主要有 8 位，16 位和 32 位三种型号。三种型号的 MCU 在汽车的应用场景上有所不同，随着位数的增加，MCU 的运算能力逐渐增强，适用的场景也更加高端。

对芯片算力要求的提高推动 MCU 朝高位数方向发展。在传统的燃油汽车当中主要采用的是功能芯片 MCU，可以满足汽车对于发动机控制、制动力控制、转向控制等一系列简单功能的实现。随着汽车电子电器的发展，32 位 MCU 开始扮演车用电子系统中的主控处理中心角色，即将分散各处的低阶电子控制单元（ECU）集中管理。

MCU 难以满足智能驾驶的需求，在这种条件下，AI 芯片进入汽车市场。不同于以 CPU 运算为主的 MCU，AI 芯片一般是集成了CPU、图像处理 GPU、音频处理 DSP、深度学习加速单元 NPU+内存+各种 I/O 接口的 SOC 芯片。SoC是系统级别的芯片，常用于ADAS、座舱IVI、域控制等功能较复杂的领域，目前SoC芯片发展迅速。

把汽车芯片做到3nm，有必要吗

首先，汽车芯片制程快速迭代，是和目前汽车电子电气发展趋势相吻合的。根据业内人士分析，汽车的电子电气架构将经历三大阶段、六小阶段的发展。三大阶段分别是分布式结构、区域中心化结构、整车中心化结构，六小阶段分别是模块化阶段、模块整合阶段、区域中心化阶段、区域整合阶段、整车整合阶段和车载云计算阶段。整车电子电气从分布式走向中心化成为一种趋势，当汽车电子电气架构形成域的概念后，将产生算力更高的域控制器芯片的需求，在这样的驱使下，芯片不得不越做越精细。

其次，由于汽车使用年限较久、汽车芯片迭代慢，需要预留出一定的算力，以供汽车持续性流畅运行。与手机等迭代快的商品不同，汽车使用年限大大增加，一般人买汽车不能像买手机手机一样两三年后卡顿了购置就新产品，所以汽车芯片在配置时，就必须预留够足够的算力。在车辆各系统整合、软件数量飙增的今天，预留足够的算力成为了汽车厂商不得不考虑的问题。不同于传统汽车较少的算力需求，往后智能汽车各系统将不断整合，智能驾驶和智能座舱技术慢慢成熟必然会带来汽车算力需求的爆炸性增长。如果一款车因为车载芯片算力问题导致无法体验更多功能，那无疑是提前了该款车型的报废时间。

在汽车软件和功能越来越多的今天，我们可以参考手机来进行对比，十多年前，大多数人还在使用按键手机，手机芯片这一存在不为大多人所关心，能够正常接打电话、发短信就是消费者对于一款手机的要求，而今天，手机的外延不断扩大，更多的功能和软件让人眼花缭乱，为了能够获得较好的使用体验，越来越多的人关心起手机的芯片信息，买一款手机看重的内容和十几年前已经有了天壤之别，一款手机落伍，不是由于其不能打电话、收短信，反而可能是其不能玩一个新出的大型游戏。

今后汽车是一个交通工具，但也不仅仅是一个交通工具，越来越多功能的增加将使得汽车和当初的手机一样外延不断扩大，作为耐用品，汽车使用更精制程更高算力的芯片，十分有必要性。