車規芯片與非車規芯片基本性能對比

一、車規級芯片概述

車規級芯片（Automotive Grade Chip）是指那些專為汽車應用設計和制造，且滿足嚴苛地汽車行業相關標準規定的芯片。這類芯片需要在極端溫度范圍、高振動、高壓、高濕、EMI等惡劣環境中保持穩定可靠的性能，且通常要通過諸如AEC-Q系列認證的汽車行業質量標準的檢驗。

基于汽車安全性和可靠性要求極高的應用需求，任何芯片故障都可能導致嚴重的安全事故，為此車規級芯片相比于消費級或工業級芯片而言，具有更高的品質要求。當下，這類芯片被廣泛應用于如發動機控制、剎車系統、安全系統、車載娛樂信息系統、ADAS等車載各個子系統中。

二、車載芯片分類

在芯片的車載應用中，根據其所執行的功能不同，通?？蓪⑵浞譃檫\算及控制類芯片、功率型芯片、傳感器類芯片以及其他功能型芯片四大類。其中運算及控制類芯片主要負責系統的數據運算、過程分析、邏輯執行等功能，此類芯片是控制單元實現相關功能的基本平臺，其包括如MCU、SoC等產品；

功率型芯片于控制單元中主要負責具有高功率負載的控制電路，是可實現系統中電力控制與管理的關鍵零件，由于其所具有的電能轉換特性，故也被稱為電能轉換芯片，于車載應用中如MOSFET、IGBT等產品；

傳感器類芯片位于車載應用中的各式各樣的傳感器之中，其主要功能是通過對光、壓力、水溫等模擬信號的感知，并將其轉換為可供系統識別的數字信號，以此讓系統可準確地識別車輛運行中的各種工況，是實現車輛感知功能的重要組成部分；

其他功能型芯片主要指具有存儲、通信、定位等功能的芯片。對車載芯片分類如下：

圖1 車載芯片分類

三、車規芯片與非車規芯片基本性能對比

當一款芯片被應用于控制單元中并實現了裝車，那么該款芯片便需滿足車載應用中的高可靠、高安全、高穩定等特性，同時為確保在車輛全生命周期中的生產及售后的應用，對于車載芯片在供貨及質量上需達到10年以上供貨周期且零缺陷的要求。在芯片產品的性能上，不同行業的基本要求如下表所示：

表1 車規與非車規芯片基本性能對比

于上表所示的‘測試標準’一欄中，車規級芯片主要涵蓋ISO 26262、AEC-Q100以及IATF 16949三類標準/體系。其中，ISO 26262為功能安全標準，主要被應用于產品的開發設計中。IATF 16949為汽車行業質量管理體系，該體系要求相關生產廠家需按其要求規范生產流程及過程，以保證工藝的穩定性、流程的合規性以及產品質量的高可靠性；

AEC-Q為AEC（AutomotiveElectronics Council，汽車電子委員會）針對車規半導體產品而制定的產品批次可靠性測試標準，該標準下，為保證車規半導體產品產出的質量穩定性，將對所生產的三個批次產品進行相關驗證，唯有三批次皆通過測試，方能形成AEC-Q的測試報告。

根據車載半導體產品自身的差異以及在車載中的不同應用，其所采用的測試標準類別以及測試等級也有差異，具體如下所示：

表2不同類型車載半導體AEC-Q測試標準

按照上述測試類型劃分，車載芯片的產品批次可靠性測試標準應采用AEC-Q100。

表3 不同應用下的車載半導體AEC-Q測試等級

此表表示當車規芯片位于不同車載系統并實現不同功能時，其所對應的測試等級也將不同。

四、車規級芯片從開發到裝車流程

與控制單元的開發流程類似，車規芯片的開發流程同樣依循V模型，但由于芯片在車上無法單獨應用，故在芯片開發過程中需配合相關控制單元進行功能及性能的驗證，以此來確保產品的可靠，為此，一款車規級芯片從研發至量產所需的時間遠遠要長于控制單元等零部件的開發周期。

通常而言，按照整車開發流程，一款車規級芯片從設計到量產上車大約需要3.5-5.5年的時間，這其中功能安全的認證時間占據了一半以上。

圖2 車規級芯片開發周期

正由于車規芯片的開發周期過于長，同時開發一款專用芯片所需付出的成本代價也并非一般企業所能承受，因此于絕大部分主機廠、供應商而言，都不太可能會針對一項功能而去專門定制開發一款芯片。不過為了在某一特定領域占據絕對優勢，基于現有芯片產品進行專用升級的做法在一些世界級企業中卻也是常有的事情。

五、國產車規芯片相關工藝特點

由于車載產品的應用其所具有的物理空間較之消費類產品要更富足，同時相對而言，整車的靜態功耗與消費類產品相比，其可接受范圍也要更大些。因此，在車規級芯片的制造工藝中，其所追求的微型化水平也不像在消費類領域的應用那般，需達到7nm甚至5nm等超高水平。

基于此考慮，當前國內主流的車規級芯片的制造工藝主要選用了成熟度較高的制程，此制程下的工藝節點尺寸常大于28nm，而對于具有高算力、高集成度要求的如AI、SoC等類型芯片，在技術允許的前提下，多采用了28nm以下的制程工藝。對不同國產車規級芯片的工藝特性整理如下表：

表4 國產車規級芯片工藝特性

審核編輯：黃飛