什么是 Automotive Grade（也就是我們常說的車規級）？就是始終如一的可靠性。

汽車發動機起動的那一刻開始就得在酷熱的夏季和嚴寒的冬夜里工作。手機壽命為 2 至 4 年，但您的汽車要用十年以上。

此外，所有汽車零部件都必須抵御更大的溫度波動。如果消費類電子設備（如智能手機）承受的溫度超過其有限的耐受范圍，就可能發出錯誤的信息或干脆關機。

這在車規級系統中是無法容忍。所以汽車工程師要確保從儀表集群，導航屏幕到高級駕駛員輔助系統以及自動駕駛傳感器，芯片等所有零部件都能滿足嚴苛要求。

這就是我們的汽車解決方案（硬件）額定運行溫度為 -40~105 攝氏度，甚至 125 攝氏度的原因。

耐溫性只是影響我國汽車系統規范和測試的關鍵因素之一，相對于消費者級別的同類產品而言，我國對汽車系統規范和測試方法提出了更嚴格的要求。

例如，安全功能件必須有經過 ISO 26262 ASIL 認證的專用生產線（當然也要具備 IATF16949 的基礎），以消除制造過程中人為失誤的可能性。使用任何達不到最高要求的商品都會放大駕駛安全所帶來的危險。

01 “車規級”的套路

車規 - 渾水摸魚者有之

近年來，越來越多的傳感器、芯片等新的汽車電子產品導入到汽車行業，車規級也開始變得亂象叢生。

滿足、符合、達到。..。..滿大街都是初創公司，車規級三字前加令人目不暇接的定語自然也有車規級二字后加“量產”二字的，那就是另一種無法言喻的“赤裸裸”PR。

符合，漢語詞典解釋為：合乎現存的樣式，格式或規范。滿足，解釋為：對某件事情“感到”已足夠了，要注意這是個主觀判斷。達到，解釋為：多表示抽象的事物或度，如到達獲得/未到達，同為主觀判斷。

換言之，符合就是“正品”。那些被稱為滿足，實現的詞匯就是你的“臆想”。也有一些細微的稱呼：例如，聽從車規級設計。其實，其中很有貓膩。

當然，不管你怎么 PR，產品最后都要送到“戰場”去檢驗（比如，經常會碰到很多供應商，拍胸脯說“自己的產品過車規沒問題”）。

目前，車規級汽車電子比較相關的就是 AEQ 質量標準。

AEC-Q100 是一種基于封裝集成電路應力測試的失效機制。汽車電子委員會（AEC）總部設在美國，最初由三大汽車制造商（克萊斯勒、福特和通用汽車）建立，目的是建立共同的零部件資格和質量體系標準。

在 1992 年夏天的一次 JEDEC 會議上產生了建立 AEC 的想法。提出了共同資格規范的想法，作為改善這種情況的一種可能方法。在隨后的 JEDEC 會議上，確定共同合格規范的想法是可行的，不久之后就開始了 Q100（集成電路壓力測試合格）的工作。

當前 AEC-Q100 在集成電路中的應用以離散部件 AEC-Q101 和無源部件 AEC-Q200 為主。

其中 AEC-Q100 分五個級別以溫度范圍為根本劃分準則。其中，0 級最高（-40°C to+150°C），1 級為 -40°C to+125°C，2 級為-40°C to+105°C（也就是比較常見的），最低級是 4 級（0°C to+70°C）。0 級以引擎蓋下方環境條件最差為主，1、2級用在汽車其他部位。

除 AEQ 外，另一個需要遵循的規范是 2011 年國際標準化組織（ISO）制定的 ISO 26262，主要用于功能安全件，如 ADAS 相關的傳感器和系統。

汽車安全完整性等級（ASIL）就是由 ISO 26262 -道路車輛功能安全標準定義的一種風險分類方案。這是對 IEC 61508 中用于汽車工業的安全完整性級別的調整。

這種分類有助于定義符合 ISO 26262 標準所必需的安全要求。ASIL 是將潛在危險作為風險分析的目標，通過觀察汽車行駛情景的嚴重性、暴露程度和可控性來設定的。該危害安全目標也符合 ASIL 的規定。

ASIL A、ASIL B、ASIL C、ASIL D是四個等級，其中 ASIL D 對產品的完整性要求最高，ASIL A 最低。

ASILs 由危害分析與風險評估確立。對汽車上的每個電子元件，工程師必須測出三個特定變量：嚴重程度（司機和旅客傷害分類）和暴露程度（汽車接觸危險的次數）、可控性（司機可以做到什么程度才能避免傷害），所有這些變量都被分解為子類。

嚴重程度有“無傷”（S0）至“致命/致命傷”（S3）4 種。

曝光分為五類，涵蓋“很不太可能”（E0）和“非常可能”（E4）。

可控性有四種類型，即由“一般可控”（C0）向“不可控”（C3）的轉變。

所有變量和子分類都被分析并結合在一起，從而決定了期望 ASIL。

如安全氣囊、防抱死剎車、動力轉向系統等系統要求 ASIL-D 級——安全保障采用最嚴密性的系統——因為與之發生故障相關的風險最大。另一頭，尾燈等零件僅需 ASIL-A級別。頭燈和剎車燈一般是 ASIL-B，而巡航控制一般是 ASIL-C。

考慮到確定 ASIL 危害等級所涉及的猜測工作，汽車工程師協會（SAE）在 2015 年起草了 J2980，“ISO 26262 ASIL 危害等級的考慮因素”。這些準則對具體危害暴露程度，嚴重程度，可控性等方面的評價有較為清晰的指引。

ISO 26262 已經成為汽車開發過程中功能性安全的指導標準。但近年來，隨著 ADAS 及自動駕駛技術的快速導入，這一標準的瓶頸也開始出現。

J2980 還在繼續發展 —— SAE 在 2018 年發布了一個修訂版。隨著自動駕駛汽車的發展，ISO 26262 將需要重新定義“可控性”，這一定義目前屬于人類駕駛員。

按照目前的標準，沒有人工駕駛意味著可控性將永遠是 C3，即“無法控制”的極限。“其他變量的嚴重程度（傷害）和暴露（可能性）無疑也需要重新檢查。

國際標準化組織還對 ISO26262:2018 進行了更新。本版增加了汽車功能安全環境下半導體設計與使用指導。

芯片（單片機）第一次被運用到汽車中，用來控制發動機的運轉。它稱為 ECU 或發動機控制單元。1968 年大眾汽車上出現了首款 ECU，實現了特定的功能：EFI（電子燃油噴射）。

時至今日，汽車上已有 50 個多 ECU 專為動力系統，車載娛樂系統，主動安全系統以及通信系統等各方面進行監控。接下來，除了分布式網絡和集中域控制架構外，更多的芯片（比過去的ECU更為復雜）也將出現在新車中。

ISO26262:2018 第 11 部分全面概述功能安全相關半導體產品的研發項目。這些問題包括半導體元件整體描述及其發展和可能劃分。包括相關的硬件故障、錯誤和故障模式。本發明也涉及知識產權（IP）特別是與 ISO 26262 有關的有一個或更多安全要求的知識產權。

安全、可靠應該貫徹始終

但是現如今汽車電子產品的可靠性出現了越來越多的新問題，造成了整個供應鏈的混亂局面，與此同時還發現了一系列的問題，如數據不充分、定義不清晰、專業水平參差不齊等等。

例如大部分汽車芯片并不基于高級節點進行研發。但那些需要大量計算能力才能在瞬間做出安全關鍵決策的技術，比如人工智能，將需要最高的可用密度。

由此而產生的可靠性問題在高級節點上主要被忽視了，因為使用上述技術開發出的芯片多數之前都以消費類電子或受控環境為對象。

同時，較新的制造工藝通常比已有的成熟和老工藝技術生產出更具缺陷的零部件。該缺陷密度大意味著制造后測試達到相同質量水平時仍需達到更高的缺陷覆蓋率。

利用抽象邏輯故障模型產生測試序列進行缺陷檢測的傳統方法已不完全適用。要使用高級過程節點的復雜集成電路來實現自動化級別的質量級別，就需要測試模式生成理解缺陷如何以及在哪里被物理地揭露，并且必須知道這些缺陷在模擬意義上的行為，而不僅僅是數字意義上的行為。

例如使用 finFET 工藝前邏輯單元內以及互連線內缺陷對半分割普遍存在。當finFET被提出時，相對于互連層而言，晶體管及相關邏輯單元制作工藝復雜度成比例增加。隨著更多晶體管技術被提出，這一差別有望延續至5nm，3nm和更低。

但所有的汽車電子產品，特別是安全關鍵部件和系統，現在都要在生產過程中和生產完成后進行嚴格的測試。

可靠性也存在一個與成本成正比的問題。在汽車安全關鍵部件和系統的設計中，供應鏈上下的每一個供應商都要完成更多的環節，這就增加了更多的測試時間，繼而加大了成本。

眾所周知，汽車零部件的檢測是最復雜和最昂貴的檢測。現在人們都在想辦法削減成本，但汽車行業非常謹慎和有條理。

解決這個問題有兩種完全不同的想法。一種是采用系統級測試，費用比較昂貴，但是允許在實際系統背景中進行測試。但是系統級測試是否真的能增加總體成本還不清楚，因為溫度通常需要三個不同的插入點而系統級測試可能只需要一個插入。

另一種方法是先關注成本，然后找出哪些測試是必要的，哪些測試是不必要的。

此外，并不是所有的錯誤都是一樣的，也不是所有的錯誤都是可以預測的。ISO 26262 識別系統故障，系統故障是我們可以發現、預測和修復的故障，而隨機故障則屬于“發生的事情”。

要使汽車系統可靠、安全，現在整個汽車供應鏈必須融入一種安全文化，可靠性是根本，雖然沒有 100% 可靠。

同時，汽車供應鏈關系正變得越來越復雜。

比如，一方面傳統半導體供應商，需要開始和 OEM 制造商開始深入交流，而過去這些交流停留在 Tier1 層面；

另一方面，傳統半導體供應商還可能需要和 Tier1 或 OEM 進行競爭，而后者則可能自己生產芯片或對半導體供應商合作伙伴提出明確要求。

此外，還包括涌入汽車行業的數以千計的初創公司，它們在汽車行業相對缺乏經驗。而 ISO 26262 要求在整個價值鏈中進行高水平的協作和信息共享，這可能是新進入者所不熟悉的。

過去供應鏈采用瀑布模型，OEM 會給一級供應商提供一個規范，然后他們再決定涉及哪個二級供應商，以此類推，直到 3 級和 4 級。

今天，這一進程對汽車制造商來說已經變得太慢了，信息溝通不足。許多汽車制造商都開始打破這一傳統價值鏈。他們開始直接接觸原始技術供應商（過去可能是 Tier2 甚至是 Tier3），因為他們想知道這項技術真正能做什么，特別是在尖端技術領域。

他們也想知道這些之前未直接對接的間接供應商在做什么實驗，以確保產品生命周期能持續 10 年以上。

而 Tier2 乃至 Tier3 對這些產品都很感興趣，因為他們還想了解最終用戶 OEM 究竟在使用這些產品干什么，應在什么應用條件下運行？

縱觀汽車產業，科技是不斷變革的，安全可靠的標準也是越來越嚴。而對于那些到處喊著“車規級”的創業企業來說，坑蒙掛騙并不適用于汽車行業，相反恰恰是汽車行業“進入門檻較高”的表現。

02 車規芯片 VS 消費電子芯片

消費電子芯片和車規芯片的設計考慮重點有很大不同，導致工藝制程也有很大不同。硬要比高低的話，像評論《天龍八部》中喬峰“降龍十八掌”和《倚天屠龍記》中張無忌“九陽神功”孰強孰弱，確實很難面面俱到，下面小編嘗試剖析一番，以饗讀者。

側重點有所不同

01 手機芯片：天下武功唯快不破

不管是手機，平板電腦，機頂盒還是智能穿戴設備消費電子芯片，在研發階段都會考慮性能，功耗和成本等三個方面維度。

智能機時代芯片性能強與弱成為了評價一個型號優劣的重要標準，不管是開黑王者榮耀，還是吃雞和平精英都可以用更強的 CPU 芯片來帶來極致游戲感受。以高通驍龍 865 芯片為例，采用 1*Cortex-A77（2.84GHz）+3*Cortex A77（2.42GHz ）+4*Cortex-A55（1.8GHz ）的架構，NPU 可以實現 15 萬億次/秒的運算能：ISP速度達到了 20 億像素/秒的處理速度，可以支持2億像素攝像頭。

一塊芯片上數十億個晶體管在高頻工作時，會產生大量的動態功耗、短路功耗和漏電功耗，如果不加以控制，不僅會出現計算錯誤的結果，甚至可以把電路中某些環節會融合到一起而使得芯片無法修復。所以消費電子除了追求性能外，還要兼顧功耗問題，不然很容易出現機身燙手、待機時間減少、使用體驗下降等問題。

隨著芯片性能的日益強悍，芯片價格不斷上漲，在手機總成本中占據了越來越大的份額。以高通驍龍 865 為例，成本在 700 元左右，占所搭載的機型成本比例分別為小米 10pro 占比 14%、紅米 K30pro 占比 23%、OPPO findX2pro 占比 10%、三星 S2ultra 占比為 7%；麒麟 990 的成本約為 500 元，約占華為 nova6 售價的 16%、P40 售價的 10%、P40 PRO售價的 7%、P40 pro plus 售價的 5%；聯發科天璣1000的價格是 280 元，約占 OPPO Reno3 售價的 9.8%；所以不管是從提升產品的競爭力或者是提升企業利潤的角度來看，對芯片成本進行控制是非常有必要的。

02 汽車芯片：穩定壓倒一切

汽車芯片因其交通工具的特殊性而十分注重可靠性，安全性及長效性！為何首推可靠性？由于車規芯片的特點：

1、車輛運行環境惡劣

發動機艙內溫度區間為 -40°C~150°C，所以車輛芯片要滿足這一較大溫度運行區間，消費芯片僅要滿足 0°C~70°C 的運行環境。加之車輛行進時會遇到較多振動與沖擊，且車內環境濕度大，粉塵大，侵蝕大等問題遠超消費芯片所需。

2、汽車產品的設計壽命更長

手機的生命周期在 3 年，最多不超過 5 年，而汽車設計壽命普遍都在 15 年或 20 萬 公里左右，遠大于消費電子產品壽命要求。因此，汽車芯片的產品生命周期要求在 15 年以上，而供貨周期可能長達 30 年。

在這樣的情況下，如何保持芯片的一致性、可靠性，是車規芯片首先要考慮的問題。

3、安全在汽車芯片中格外重要

汽車芯片的安全主要由功能安全與信息安全兩個方面組成。

手機芯片死掉可以停機重新啟動，但一旦汽車芯片宕機就有可能引發嚴重安全事故，這對于消費者而言根本無從談起。因此，在汽車芯片設計時，首先要將功能安全放在架構設計之初就成為車規芯片中極為重要的組成部分，采用獨立的安全島的設計，在關鍵模塊、計算模塊、總線、內存等等都有 ECC、CRC 的數據校驗，包括整個生產過程都采用車規芯片的工藝，以確保車規芯片的功能安全。

隨著車聯網技術的推廣，信息安全變得越來越重要，汽車作為實時在線設備，其與網絡的溝通包括與車內車載網絡溝通，都要加密數據，不然就有可能被黑客入侵。因此有必要預先將高性能加密校驗模塊嵌入到芯片內部。

針對功能安全，國際組織 IEC 發布了 IEC 61508 標準，并衍生出了一系列適用不同行業的功能安全標準，如下圖：

4、汽車芯片設計還要考慮長效性

手機芯片的發展基本遵循摩爾定律，每年都會發布新一代芯片，每年都有新旗艦機的上市，基本上一款芯片能滿足兩三年內的軟件系統性能需求即可。但汽車開發周期較長，新車型從研發到上市驗證需要至少兩年的時間，意味著汽車芯片設計必須具有前瞻性，能夠滿足顧客今后 3 ~ 5 年內的一種前瞻性需求。此外，隨著當前汽車中軟件數量的不斷增加，從芯片開發角度看，不僅需要支持多個操作系統，而且還需要支持軟件中不斷迭代的要求。

所以車規級芯片表現出產業化周期長、供應體系閾值高等特點。進入汽車電子主流供應鏈體系需滿足多項基本要求：滿足北美汽車產業所推出的 AEC-Q100（IC）、101（離散元件）、200 （被動零件）可靠度標準；遵從汽車電子、軟件功能安全國際標準 ISO 26262；符合 ISO 21448 預期功能安全，覆蓋基于非系統失效導致的安全隱患；符合 ISO21434 網絡安全要求，合理保證車輛及系統網絡安全；滿足零失效供應鏈品質管理準則 IATF 16949 標準。基本上一個芯片車規級認證一般需要 3 - 5 年的時間，這對于芯片廠商來說是巨大的技術成本，生產成本和時間成本考驗。Mobileye 用了整整 8 年才獲得第一張車企訂單，英偉達當前主力芯片 Xavier 的研發耗資達 20 億美元。

使用的工藝制程不同

芯片制作時，減小芯片內部電路間距離能將較少晶體管塞到較少芯片上，使其運算性能較強，同時也能帶來降低功耗。所以從早期微米到晚期納米芯片對制程工藝大小十分重視。然而制程不可能無限地收縮，電晶體收縮至約 20 納米時會遭遇量子物理上的困擾，晶體管漏電，抵消了收縮柵極長度所帶來的好處。為了解決這個問題，加州大學伯克利分校的胡正明教授發明了鰭式場效應晶體管（FinFET）大幅改善電路控制并減少漏電流。

目前，手機芯片工藝制程從較早的 90 納米，到后來的 65 納米、45 納米、32 納米、28 納米、16 納米、12 納、7 納米、一直發展到目前最新的 5 納米。手機芯片的制程尺寸正在向 1 納米進發。

傳統車用芯片的制備，因汽車自身空間大，集成度要求不如手機這種消費電子迫切。加之車用芯片以發電機，底盤，安全和車燈控制等為核心的低算力領域使得汽車芯片并沒有象消費電子芯片那樣狂熱地追逐高級制程工藝，而是傾向于優先選擇成熟的制程工藝。不過隨著汽車智能化的發展，更高級別的自動駕駛對高算力的急迫需求，將推動著汽車算力平臺制程向 7 納米及以下延伸。NXP 打算在 2021 年推出基于 5nm 制程的下一代高性能汽車計算平臺。

國產汽車芯片的未來

曾幾何時，汽車芯片市場因其市場規模的限制而變得十分小眾，所以很少有外來入局者進入，數十年間都為恩智浦，德州儀器和瑞薩半導體這些汽車芯片巨頭壟斷著。隨著汽車電子化和智能化水平的不斷提高，汽車電子系統的市場規模在逐年增大，三星，英特爾，高通，英偉達，賽靈思等頂尖芯片企業相繼涉足汽車芯片領域，同樣給我國企業營造出一種‘變中求機’的局面。

在功能芯片領域，上市公司中穎電子、兆易創新、東軟載波都涉及汽車電子領域，但市占率極少。杰發科技于 2018 年收獲車規級 MCU 芯片訂單，標志國內首款通過AEC-100 Grade1 的車規級 MCU 正式量產上市，打破國外的技術壟斷。

在主控芯片方面，華為以昇騰，昇騰和麒麟等系列芯片為核心，完整地布局汽車智能計算平臺，地平線則率先量產 AI 芯片上車。

車載存儲芯片方面兆易創新和合肥長鑫緊密合作，2019 年推出 GD25 全系列 SPI NOR FLASH，滿足 AEC-Q100 標準，是目前唯一全國產化車規存儲器解決方案；宏旺半導體推出 eMMC/DDR/LPDDR/SSD/DIMM 等嵌入式存儲、移動存儲，拓展汽車電子應用領域。

在車載通信芯片領域，華為已累計為全球數百萬輛汽車提供 4G 通信模組，5G 模組也已實現量產上車；C-V2X 領域，國內涌現出華為、大唐、高新興、移遠通信等為代表的一大批 C-V2X 芯片模組企業，華為基帶芯片 Balong 765 、Balong 5000 相繼應用于車載單元和路邊單元，大唐高鴻順利實現C-V2X車規級模組 DMD3A 量產。國外公司高通和國內模組廠商如高新興和移遠通信的廣泛合作促進了 C-V2X 芯片組的推廣和應用，Autotalks 也積極和大唐及其他國內廠商開展 C-V2X 芯片的互操作實驗。

在功率芯片領域，MOSFET 方面，聞泰科技占據全球4%的市場份額，華潤微電子在國內 MOSFET 市場占比 8.7%；IGBT，國內公司以株洲中車時代電氣，比亞迪，斯達股份和上海先進為主。

從整體上看，中國芯片產業起步晚、基礎差，在車規級研發與量產應用過程中也面臨著很多限制。國外芯片巨頭依然占領中國本土車用半導體芯片市場國內公司技術積累，資金和人才都不能和國際巨頭競爭大環境，中國汽車芯片產業要想取得突破并走向強盛，不是一蹴而就的，必須立足于現在，按照行業發展客觀規律辦事，謹防畢其功于一役投機思維，防止出現投資過熱、盲目低水平重復建設等問題，抓住智能網聯與新能源的發展契機，才有可能由單點突破向生態突圍轉變。

在中國智能汽車市場蓬勃發展、國家支持***企業蓬勃發展的大背景下，我們堅信：中“芯”火，一定會燎原！

03 車規級芯片分類

一輛汽車需要哪些半導體器件？

若只考慮汽車行駛所需芯片呢？

傳統汽車 VS 智能電動車核心部件對比

汽車芯片按功能主要分為計算與控制芯片、傳感器芯片、功率半導體、模擬和通信芯片、存儲芯片等種類。

計算與控制芯片

主要用于計算分析和決策。傳統汽車分布式 E/E 架構下 ECU 控制單一功能，用 MCU 芯片即可滿足要求，而汽車域集中架構下的域控制器（DCU）和中央集中式架構下的中央計算機則需要 SOC 芯片。

MCU / SOC 計算核心分為 CPU、GPU、DSP、ASIC、FPGA 等多種。

MCU 又稱單片機，一般只包含 CPU 一個處理單元，MCU = CPU + 存儲 +接口單元；

SOC 是系統級芯片，一般包含多個處理單元，例如：SOC 可為 CPU + GPU +DSP + NPU + 存儲 + 接口單元。

CPU、GPU、DSP 屬于通用處理芯片：

》 CPU 是中央處理器，擅長處理邏輯控制；

》 GPU 善于處理圖像信號；

》 DSP 善于處理數字信號。

ASIC 是專用處理器芯片，FPGA是“半專用”處理器芯片。

MCU、SOC 主要布局企業有：

傳感器芯片

主要負責車身狀態和外界環境的感知和采集。傳統汽車車用傳感器主要有 8 種：壓力傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、角度傳感器、流感傳感器、氣體傳感器和液位傳感器，而智能電動車還包括 CIS、激光雷達、毫米波雷達、MEMS 等半導體產品。

智能傳感器主要布局企業有：

功率半導體

主要負責功率轉換，多用于電源和接口。例如：IGBT功率芯片、MOSFET等。目前電動車（不含 48VMHEV）系統架構中涉及到功率器件的組件包括：電機驅動系統中的主逆變器、車載充電系統（OBC）、電源轉換系統（DC-DC）和非車載充電樁。

IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor），中文名稱絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT 和 MOSFET 組成的復合功率半導體器件，同時具備 MOSFET 開關速度高、輸入阻抗高、控制功率低、驅動電路簡單、開關損耗小的優點。

MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor-金屬氧化物半導體場效應晶體管）是一種半導體器件，廣泛用于開關目的和電子設備中電子信號的放大。

SiC 是由硅（Si）和碳（C）組成的化合物半導體材料，是目前在電力電子領域發展最快的功率半導體器件之一。

功率半導體主要布局企業有：

模擬及通信芯片

模擬芯片主要處理連續的聲、光、電、速度等自然模擬信號的集成電路，通訊芯片主要用于總線控制、藍牙/WiFi等方面。

模擬 IC 主要布局企業有：

存儲類芯片

主要用于數據存儲。DRAM、NAND Flash 是車載存儲芯片主流產品。

存儲類芯片主要布局企業有：

04 一圖總結

審核編輯 ：李倩