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一台智能汽车会使用哪些芯片

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发布:mengmianren 来源:
PostTime:28-1-2024 18:12
一台智能汽车会使用哪些芯片

以下为文章全文:(本站微信公共账号:cartech8)


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目录1.汽车芯片技术逻辑2.汽车芯片产品详解和厂商一览2.1 控制芯片2.2 计算芯片2.3 传感芯片 2.4 通信芯片2.5 存储芯片2.6 安全芯片2.7 功率芯片2.8 驱动芯片2.9 电源管理芯片2.10 系统基础芯片3.小结
这两天算是和标准杠上了,哈哈。昨天刚把智能网联汽车关于安全相关标准做了梳理和总结,晚上就看到了工信部关于国家汽车芯片标准体系建设指南的通知。
在详细阅读了该通知后,我发现之前我对于汽车芯片使用的认知还非常落后,因此有必要在原文的基础上深度挖掘一下,也有必要和大家一起分享,如有不对的烦请指正,一起进步。

1.汽车芯片技术逻辑


在《工业和信息化部办公厅关于印发国家汽车芯片标准体系建设指南的通知》中,它基于当前汽车芯片的技术结构,从汽车芯片通用要求出发治銎敌酒湫陀τ贸【安⑻岢鱿喙夭芳际酰詈笪普灯ヅ涫匝橥暾酒橹さ穆呒栈贰�
该通知要求围绕通用基础、产品与技术应用和匹配试验建立起汽车芯片标准体系,具体框图如下:



可以看到,当前汽车控制器仍采用跨域集中式电子电气机构,而向车辆集中电子电气机构演进需要芯片在制程、计算性能、成本等得到有效控制后才会突破。
E/E架构演进如下:



那么既然是跨域电子电气架构,那么从应用场景来说这张图还是可以继续使用。



典型应用场景粗略分为五大类:智驾系统、座舱系统、车身系统、底盘系统和动力系统。
针对这五大场景,该通知提出了4类汽车的通用基础要求:
  • 功能安全(Safety)
  • 信息安全(Security)
  • 电磁兼容(EMC)
  • 环境及可靠性

针对产品应用在汽车上的不同功能,提出了10类汽车芯片产品:
  • 控制芯片
  • 计算芯片
  • 传感芯片
  • 通信芯片
  • 存储芯片
  • 安全芯片
  • 功率芯片
  • 驱动芯片
  • 电源管理芯片
  • 其他类芯片

针对芯片在汽车上的匹配程度,提出了部件、整车等试验要求,包括整车匹配台架试验和整车匹配台架试验。

2.汽车芯片产品详解和厂商一览


2.1 控制芯片


这类芯片主要面向动力、底盘和车身等方向,也就是之前我经常聊到的国产汽车芯片内卷重灾区--MCU。
根据IC Insights数据整理,汽车电子MCU市场始终被瑞萨、恩智浦和英飞凌这三家几乎瓜分,具体如下:



瑞萨因为背后有本田、丰田的大力支持,汽车电子MCU竞争力始终在行业前沿;NXP在收购飞思卡尔之后车规MCU实力大幅增加;英飞凌在收购赛普拉斯后完善了汽车电子MCU产品线。
这两年国产替代也加快了国内芯片厂的研发脚步, 但是始终没有看到高端MCU产品的诞生。根据德邦证券分析,当前国产车规MCU厂商如下:



当然,这里少了最近势头很猛的旗芯微、云途、智芯等。
不过今年随着上述车规MCU御三家的产能恢复,市占率进一步被瓜分,势必对国内MCU造成毁灭性打击。有兴趣的话,大家可以通过今年这几家的财报窥探一二,这个我们后面再谈。

2.2 计算芯片


计算芯片主要针对智能座舱和智能驾驶芯片。
在当前汽车E/E架构,智能座舱大屏幕、多功能、多模式人机交互功能的算力需求显然是传统的MCU芯片难以满足的,因此SoC芯片毫无疑问是智能座舱芯片主流。
所谓SoC就是系统级芯片(System of Chip),通常集成 CPU、GPU、NPU等多个处理单元,能够支持高性能计算、图形计算、AI计算、音频处理等多项功能,具备强大的计算性能,也是座舱域控制器实现多硬件融合控制的关键。

根据华安证券预测,在2027年,智能座舱SoC市场规模可达50亿美元,国内有望达到15亿美元。
智能座舱SoC当前主要还是有国外大厂霸占,例如NXP的i.MX系列、瑞萨的R系列、TI的Jacinto系列,除此还有一些消费电子厂商,如AMD通过特斯拉进入座舱市场,英伟达、高通也在国内享有盛名,特别是高通8155P在去年长城猫咪事件大放异彩。
国内厂商如芯驰、杰发、瑞芯微、芯擎科技、地平线也加入混战,例如地平线的征程5、芯驰的X9瑞芯微的RK3588M等。
智能驾驶芯片主要满足智驾域,它是自动\辅助驾驶系统决策层的重要组成部分,是自动驾驶实现的硬件支撑。一个智驾系统包括感知层、决策层和执行层,决策层是自动驾驶的“中央大脑”,由芯片、计算平台和软件构成。



从当前行业趋势来看,智驾芯片正从CPU+XPU的多核异构模式往CPU+ASIC方向发展。主流的智驾芯片目前主要是英伟达 Xavier\Thor、特斯拉 FSD、高通Ride SA8650芯片等,国内主要是地平线征程3\5,黑芝麻A1000\A1000 PRO等,具体总结如下:



2.3 传感芯片 


传感芯片相当于汽车的眼睛,根据不同场景有不同的传感器分类。例如
  • 智驾类传感器:可见光图像、红外热成像、毫米波雷达、激光雷达;
  • 电机类传感器:控制位置传感器、电机温度\角度传感器、OBC\DCDC电流传感器;
  • 车身类传感器:座椅压力、位置、温度等传感器,车窗位置传感器、雨刷角度传感器、后视镜位置传感器等等;
  • 底盘类传感器:方向盘转角、扭矩、制动液压、加速度、角速度、轮速等传感器;
  • 胎压类传感器:前\侧碰撞传感器、加速度传感器
  • 座舱类传感器:座舱内\外温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器等

这类芯片在功能、信息安全上要求不高,但必须通过AEC-Q100认证。


2.4 通信芯片


作为智能网联汽车,通信毫无疑问是最关键的一环,这也是在汽车芯片里笔记容易被忽视的一个方向。
整车通信分为车内通信和车外通信,针对车外通信就有蜂窝数据、卫星定位、蓝牙、无线局域网、超宽带(UWB)及以太网,车内通信就有以太网、CAN、FlexRay、Lin等等。
这部分目前来说国内没人重视,估计也有研发壁垒较高的原因。
CAN\LIN芯片主要由NXP、TI、英飞凌、ST和安森美垄断,国内有北京君正,芯力特等;
FlexRay主要有NXP和瑞萨垄断;
以太网PHY芯片有NXP、博通、瑞昱、微芯、TI等国外大厂垄断,国内有科创板上市公司裕太微电子,据说目前1000Base-TI PHY已经有客户导入。
以太网交换芯片主要是博通、Marvell 和NXP垄断。

2.5 存储芯片


存储芯片主要包括SRAM、DRAM和非易失存储器(eFlash、Nor\NAND Flash、EEPROM)。
智能汽车的存储需求主要来自车载信息娱乐系统 (IVI)、高级驾驶辅助系统(ADAS)、车载信息系统、仪表板等四大领域。其中,IVI 约占总存储产品用量的 80%,ADAS 占约 10%。由于目前自动驾驶普 遍以 Level 1/2/2+为主,对存储产能需求仍十分有限,部分高端车型中 至多搭载 12GB DRAM 和 256GB UFS,与当前旗舰智能手机相当;中端车型中,2/4GB DRAM 和 32/64GB eMMC 为常见配置;在低端车型中,DRAM 和 eMMC 容量需求较低,仅需 1/2GB 和 8/32GB 即可。
根据佐思汽车研究,当前主要的车载存储厂商如下:
公司地区产品类型概况
三星韩国NAND、DRAM龙头企业,通过AEC-Q100认证
海力士韩国NAND、DRAM全球第二存储企业
美光美国NAND、DRAMeMMC、UFS、LDDR
微芯美国EEPROM、SRAM、NOR Flash
兆易创新中国NOR Flash、EEPROMSPI NOR Flash国内市占第一,全球第三
北京君正中国SRAM


2.6 安全芯片



安全芯片分为几种:MCU\MPU\SOC等内置HSM、安全存储芯片、TPM、eSIM\V2X等。这类芯片都是为车端提供信息安全服务。

具体来说,目前主流的MCU、智能座舱\驾驶SoC基本都有内置HSM;eSIM\V2X有英飞凌SU 系列、ST的ST4SIM、紫光同芯的THD89 eSIM SE、华达微电子的CIU 98 eSIM SE等。

2.7 功率芯片



功率芯片是电子装置中电能转换与电路控制的核心,主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。

功率芯片可分为功率IC和功率分立器件两 大类,二者集成为功率模块(包括 MOSFET/IGBT 模块,IPM 模块,PIM 模块)。



我们以MOSFET和IGBT为例,目前还是以英飞凌为代表占据绝对优势,国内比亚迪、斯达半岛、士兰微、华润微紧随其后。

2.8 驱动芯片



汽车驱动芯片的种类包括栅极驱动、电机驱动、高低边开关、LED 驱动、音频驱动等。驱动芯片主要负责汽车电机、LED、扬声器等负载的运动、发光、发声控制。

在大小三电系统、座舱娱乐系统、线控底盘系统,以及各类域控制器、ECU 中均大量采用汽车驱动芯片,发挥负载驱动、功率路径保护等功能。

2.9 电源管理芯片



电源管理芯片(PMIC)光主要用于座舱、智驾、IVI、BMS系统。根据佐思汽车今年发布的《2023年汽车电源管理芯片行业研究报告》,PMIC主要分为AD/DC、DC/DC、LDO、电池管理IC等。

其中,缺口最大的当属BMS中AFE(模拟前端)芯片,它主要负责电芯电压和温度,采用特定算法对电池SOC和SOH进行估算。目前已有比亚迪半导体、大唐恩智浦、CHIPWAYS、赛微微电等。

车规DC\DC进入国产替代周期,南芯半导体、杰华特电子、希荻微等已有产品打入客户市场。

2.10 系统基础芯片



系统基础芯片,全称System Basic Chip,也就是我们常说的SBC。这块芯片虽然小,但是干了汽车控制器相当多的工作,包括供电、总线收发、诊断监控和休眠唤醒等功能。如下:



可以说,这类芯片基本就决定了OEM相关控制器的面积大小、成本等。因此可以看到有很多OEM是非常迫切地想和芯片厂一起参与深度定制。

目前,我们常用的基本还是NXP、英飞凌、TI、ST等,这一部分迟迟没有国产替代出现,究其原因还是缺乏有经验的leader进行布局。

很多消费、工业电子转型的芯片厂甚至连SBC是什么都不知道。

3.小结



经过上面分析,我们基本了解了一款智能汽车枰男┬酒�

对于一个软件开发者来说,这些芯片不要求完全掌握,主流的芯片手册至少得熟悉一下,任重道远,但我相信终会柳暗花明。

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