7月10日消息，據(jù)德國媒體all-electronics報(bào)道，晶圓代工龍頭大廠臺積電歐洲總經(jīng)理 Paul de Bot 日前在德國舉行的“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(shí)際上，當(dāng)前已經(jīng)有汽車芯片供應(yīng)商自 2022 年開始就使用 5nm 制程技術(shù)，這個(gè)時(shí)間點(diǎn)距離 5nm 正式投入量產(chǎn)僅兩年時(shí)間。

△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（圖片來源：all-electronics.de）

Paul de Bot 解釋說，半導(dǎo)體制造是資本密集型行業(yè)，因此依賴于生產(chǎn)設(shè)施的高連續(xù)利用率。如果有客戶取消訂單，那么晶圓代工廠會立即安排其他客戶的訂單來替代，以保持產(chǎn)線的高利用率。“不可能為汽車行業(yè)保留空閑產(chǎn)能！”Paul de Bot說道。

半導(dǎo)體制造的“長周期”的特點(diǎn)也使得生產(chǎn)難以靈活、及時(shí)地調(diào)整：一顆芯片從制造、測試和封裝，再到交付到汽車制造商的裝配線上，通常需要六個(gè)月甚至更長的時(shí)間。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，汽車芯片對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要性目前仍相對較低。以 2023 年第一季來說，臺積電只有 7% 的營收來自汽車芯片。目前汽車芯片在全球半導(dǎo)體產(chǎn)量當(dāng)中的占比為10%，汽車行業(yè)作為半導(dǎo)體產(chǎn)品客戶的重要性日益增強(qiáng)，年均增長率為 13%，增長速度快于其他行業(yè)。預(yù)計(jì)到 2030 年，汽車芯片將占半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)量的 15%。但即便如此，汽車芯片規(guī)模對于晶圓代工業(yè)者來說，其重要性仍然是低于消費(fèi)電子、HPC等應(yīng)用，這也意味著晶圓代工廠商難以因?yàn)槠囆袠I(yè)急需的芯片而放棄其他訂單，或?yàn)槠漕A(yù)留產(chǎn)能。

比如在2021年之時(shí)，全球汽車市場面臨嚴(yán)重的缺芯問題，特別是汽車芯片普遍所需的成熟制程極為緊缺。當(dāng)時(shí)在美國、歐洲政府及中國臺灣當(dāng)局的協(xié)調(diào)之下，臺積電才開始配合重新調(diào)配產(chǎn)能，增加了汽車MCU產(chǎn)能，并開放極其少見的“超級急件”（super hot run）訂單，允許臨時(shí)插單生產(chǎn)汽車芯片，最快大概三個(gè)月后即可開始交貨。但是客戶需要支付高昂的插單費(fèi)用。

因此，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(diǎn)轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程也是保障供應(yīng)的一個(gè)重要手段。

汽車芯片市場雖然產(chǎn)量占比較小，但單價(jià)更高，這是一個(gè)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)都增長了約 40%。臺積電希望在未來保留并擴(kuò)大這個(gè)客戶群。

Paul de Bot 也就如何與芯片制造商更有效地合作向客戶提供了一些建議：“半導(dǎo)體行業(yè)需要穩(wěn)定、長期的銷售規(guī)劃”。當(dāng)汽車制造商了解當(dāng)前的銷售計(jì)劃時(shí)，這一點(diǎn)效果最佳。并且鑒于生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)向更現(xiàn)代、更小幾何尺寸的先進(jìn)制程技術(shù)，汽車電子產(chǎn)品必須盡早轉(zhuǎn)向這些新技術(shù)。

Paul de Bot 表示，供應(yīng)鏈中的公司應(yīng)該強(qiáng)化創(chuàng)新文化：“尋找更快轉(zhuǎn)變的方法和機(jī)會。”無論如何，汽車芯片不斷增長的性能要求將推動其轉(zhuǎn)向 FinFET 等更先進(jìn)的制程技術(shù)。另外，建立緩沖庫存以防止任何波動也很有幫助。

汽車廠商轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程芯片同樣困難重重

不過，將汽車芯片轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程也并非簡單的事情。因?yàn)楦鶕?jù)市場研究及調(diào)查機(jī)構(gòu)麥肯錫的預(yù)估，到 2030 年，90nm及以上汽車芯片仍將占汽車芯片總需求的 67%。而且其全球供應(yīng)量將在 2021-2026 年期間達(dá)到 5% 的復(fù)合年成長率，這代表此類芯片在未來幾年仍將嚴(yán)重依賴成熟制程，并且保持供應(yīng)吃緊的狀態(tài)。

雖然，汽車制造商也正在規(guī)劃將先進(jìn)制程的芯片整合到新車型中，但這牽涉全面的新設(shè)計(jì)、認(rèn)證和大量生產(chǎn)程序。通常包括美國、歐洲、日本和韓國的主要汽車制造商需要 3~5 年的時(shí)間才能為傳統(tǒng)車型進(jìn)行設(shè)計(jì)、測試和驗(yàn)證新芯片，使得其下的傳統(tǒng)車型和新電動汽車開始大量采用先進(jìn)制程的芯片。不過，像特斯拉這樣的電動汽車制造商，在設(shè)計(jì)新的電動車用電子方面擁有更高的靈活性，并且更愿意采用更先進(jìn)的先進(jìn)制程芯片。特斯拉的第一代FSD芯片就采用了三星14nm工藝打造，而最新的一代的FSD芯片據(jù)稱是基于臺積電7nm工藝制造。

至于，影響汽車芯片轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程的主要因素，主要是成本和風(fēng)險(xiǎn)大幅提高。因?yàn)椴捎孟冗M(jìn)制程需要面臨風(fēng)險(xiǎn)和成本壓力，加上除制造成本之外，5nm和3nm等先進(jìn)制程也都增加了新的可靠性挑戰(zhàn)，這確實(shí)令一些汽車制造商無法承受。

其次，汽車芯片的認(rèn)證時(shí)間長且困難。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、流片、封測、車規(guī)認(rèn)證和研發(fā)算法工具鏈，到功能安全認(rèn)證，自動駕駛軟件開發(fā)，再到發(fā)展完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，這是一個(gè)汽車芯片需要經(jīng)過的完成流程。然而，在汽車芯片設(shè)計(jì)階段要符合很多相應(yīng)的流程認(rèn)證，比如設(shè)計(jì)階段就要過設(shè)計(jì)流程的認(rèn)證，人員的認(rèn)證，包括服務(wù)器都是有比較嚴(yán)苛的要求。在樣品到量產(chǎn)之間，還要經(jīng)過復(fù)雜的認(rèn)證，包括功能安全專家認(rèn)證、功能安全流程認(rèn)證和產(chǎn)品認(rèn)證，這個(gè)周期可能還需要兩年的時(shí)間。同樣對于芯片制造、封測供應(yīng)商來說，在汽車芯片生產(chǎn)當(dāng)中，也需要滿足相關(guān)的認(rèn)證測試標(biāo)準(zhǔn)。

△汽車芯片認(rèn)證流程（芯智訊拍攝于2022年8月26日第九屆汽車電子創(chuàng)新論壇）

△汽車芯片的關(guān)鍵挑戰(zhàn)（圖片來源：芯智訊拍攝于2022年8月26日第九屆汽車電子創(chuàng)新論壇）

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，車用芯片早期失效率測試就需要800多顆芯片，而整體測試流程時(shí)間大約半年。如果有失效可能需要從頭再來，一個(gè)認(rèn)證在順利的情況下至少需要一年的時(shí)間，而且中間一些問題可能要重新做測試?，F(xiàn)在車用電子追求的失效率為零，相較消費(fèi)類或者工業(yè)類芯片的失效率，這是相當(dāng)嚴(yán)苛的條件。

相對于成熟制程來說，先進(jìn)制程的汽車芯片要達(dá)到這些要求，將會面臨更多的挑戰(zhàn)和成本的增長。

不過，也并非所有的汽車芯片都不追求先進(jìn)制程的生產(chǎn)，只是大部分的車用芯片并不是汽車廠商所自行生產(chǎn)，而是由汽車電子供應(yīng)商所提供，這屬于汽車制造商無法控制的一部分。比如在 2020 年這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，英偉達(dá)（NVIDIA）能提供量產(chǎn)的最好的高性能自動駕駛芯片是采用臺積電 12nm制程所生產(chǎn)的 Xavier，而這時(shí)候的電腦顯卡、手機(jī)處理器基本都已經(jīng)來到7nm制程。

另外，從汽車芯片供應(yīng)商交樣品給汽車制造商做測試，再到實(shí)際推出也需要一定的時(shí)間，而汽車制造商開發(fā)新車型也需要提前準(zhǔn)備。如果開發(fā)新車型的時(shí)候新制程芯片還沒有推出，那也有可能會錯(cuò)過新制程的芯片。

然而，盡管挑戰(zhàn)重重，但在芯片短缺的期間，礙于成熟制程的車用芯片供不應(yīng)求，全球一些汽車制造商也開始積極著手使用先進(jìn)制程技術(shù)來生產(chǎn)芯片，特別是對于新車型和電動汽車來說。

在今年3月一場活動中，恩智浦半導(dǎo)體執(zhí)行副總裁兼高級模擬業(yè)務(wù)總經(jīng)理Jens Hinrichsen就向芯智訊透露，目前絕大多數(shù)中國汽車OEM已轉(zhuǎn)向域控架構(gòu)，其中很大一部分采用了恩智浦的基于 16nm FinFET 先進(jìn)制程的處理器系列，例如恩智浦S32G網(wǎng)關(guān)處理器。

另外，目前采用更先進(jìn)的7nm 制程的汽車芯片中，已經(jīng)有不少的產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)，主要是智能座艙或自動駕駛芯片，比如英偉達(dá)Orin、特斯拉第二代FSD芯片、驍龍8155、芯擎科技“龍鷹一號”等，據(jù)說地平線將推出的征程6也將是7nm制程。目前的一些 5nm制程汽車芯片仍處于研發(fā)當(dāng)中或已發(fā)布開始進(jìn)入量產(chǎn)階段，比如高通第四代座艙芯片驍龍8295、高通驍龍Ride自動駕駛平臺的核心SoC、安霸最新AI域控制器芯片CV3系列。恩智浦去年也曾透露，將采用臺積電5nm制程打造新一代 S32 系列車用處理器，并將導(dǎo)入鴻海與裕隆合資鴻華先進(jìn)科技推出的Model C汽車當(dāng)中。這些都顯示著先進(jìn)制程汽車芯片開始進(jìn)入量產(chǎn)加速期。

臺積電或成最大受益者

現(xiàn)階段包括臺積電、三星這兩家掌握車用先進(jìn)制程晶圓制造技術(shù)的晶圓代工廠將從中受益，特別是臺積電，在統(tǒng)計(jì)的 14 款汽車芯片中，有 11 款已采用或計(jì)劃交由臺積電代工，僅少數(shù)企業(yè)選擇由三星代工，這使得臺積電能在這輪汽車芯片制程轉(zhuǎn)換的過程中明顯受益。

此外，臺積電在2022年三季度就推出了針對ADAS和智能數(shù)字駕駛艙的汽車芯片的5nm工藝平臺“N5A”，符合AEC-Q100、ISO26262、IATF16949等汽車工藝標(biāo)準(zhǔn)。臺積電還計(jì)劃在2024年推出業(yè)界第一個(gè)基于3nm的Auto Early技術(shù)，命名為N3AE。N3AE提供以N3E為基礎(chǔ)的汽車制程設(shè)計(jì)套件（PDK），讓客戶能夠提早采用3nm技術(shù)來設(shè)計(jì)汽車應(yīng)用產(chǎn)品，以便于2025年及時(shí)采用屆時(shí)已全面通過汽車制程驗(yàn)證的N3A 工藝技術(shù)。

為了推動汽車芯片客戶采用先進(jìn)制程，臺積電在2020年推出的基于7納米的汽車設(shè)計(jì)支持平臺（ADEP）。ADEP協(xié)助評估半導(dǎo)體和制造技術(shù)、設(shè)計(jì)流程、以及實(shí)際的制造過程。該平臺還包括汽車應(yīng)用相關(guān)IP的生態(tài)系統(tǒng)，以確保各種特定標(biāo)準(zhǔn)。

汽車行業(yè)的芯片制造仍然是半導(dǎo)體制造商面臨的挑戰(zhàn)。“這意味著制造汽車芯片需要持續(xù)學(xué)習(xí)”，Paul de Bot描述了芯片生產(chǎn)商的態(tài)度。在芯片制造商敢于構(gòu)建汽車專用芯片之前，它必須掌握其技術(shù)的每個(gè)細(xì)節(jié)。“我們只有在處理了大約1oo萬片晶圓后，才會開始生產(chǎn)汽車芯片。”Paul de Bot說道。