uutiset

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Teksti |. Puolijohdeteollisuus pysty- ja vaakasuunnassa

NIO:n puheenjohtaja Li Bin ilmoitti 27. heinäkuuta 2024 NIO:n innovaatio- ja teknologiapäivänä, että maailman ensimmäinen autoluokan 5 nanometrin älykäs ajosiru Shenji NX9031 teipattiin onnistuneesti, ja sekä siru että sen taustalla oleva ohjelmisto suunniteltiin itsenäisesti.

Raporttien mukaan tämä siru käyttää 32-ytimistä CPU-arkkitehtuuria, sisäänrakennettua LPDDR5x:tä, 8533 Mbps RAM-muistia, sillä on 6,5 GPixel/s pikselinkäsittelykyky ja käsittelyviive on alle 5 ms.

Li Bin sanoi, että Shenji NX9031:ssä on yli 50 miljardia transistoria Kattavien ominaisuuksien ja suoritustehokkuuden kannalta yksi itse kehitetty siru voi saavuttaa neljän alan lippulaivasirun suorituskyvyn.

Tällä kertaa Li Binin puhe aiheutti kiistaa puolijohdeteollisuudessa, koska hän väitti, että Shenji NX9031 on maailman ensimmäinen autoluokan 5 nm:n älykäs ajosiru. Kuitenkin ennen tätä on lanseerattu 5 nm:n siruja, joita voidaan käyttää älykkäissä ajojärjestelmissä. , tyypillisiä edustajia ovat NXP:n S32N55-prosessori ja Ambarellan CV3-sarjan toimialueohjaimet.

01 Missä kiista on?

Li Bin sanoi, että Shenji NX9031 on maailman ensimmäinen 5nm älykäs ajosiru, mikä on keskustelun arvoinen.

Tutustu ensin NXP:n ja Ambarellan markkinoille tuomiin 5 nm:n autosiruihin.

Voidaan sanoa, että NXP on alan ensimmäinen yritys, joka ilmoitti käyttävänsä 5nm:n prosessiteknologiaa autosirujen valmistukseen jo kesäkuussa 2020. Valimokumppani on TSMC.

S32N55-prosessori, joka käyttää 5 nm:n prosessia, integroi 16 Arm Cortex-R52:n reaaliaikaista prosessoriydintä ja toimii 1,2 GHz:n taajuudella, mikä pystyy täyttämään ohjelmiston määrittelemien autojen korkeat laskentatehovaatimukset. S32N55:n Cortex-R52-ydin voi toimia erillisissä tai lockstep-tiloissa ja tukee ASIL ISO 26262 -toiminnallisia turvallisuustasoja. Kaksi paria toissijaisia ​​lockstep Cortex-M7 -ytimiä tukevat järjestelmää ja viestinnän hallintaa.

Ajoneuvon keskusohjainratkaisuna S32 CoreRide -alustaan ​​S32N55-prosessori integroi edistyneen verkkotekniikan TSN (Time Sensitive Network) 2,5 Gbit/s Ethernet-kytkinrajapintaan, CAN 24 CAN FD-väylän tehokkaaseen sisäiseen reitittämiseen Keskitin, 4 CAN XL-liitännät ja PCI Express Gen 4 -liitäntä mahdollistavat tehokkaan viestinnän ja yhteistyön auton eri järjestelmien välillä. Lisäksi S32N55:n "core-to-pin" laitteistoeristys- ja virtualisointitekniikka mahdollistaa sen resurssien dynaamisen osioinnin mukautumaan muuttuviin ajoneuvon toiminnallisiin vaatimuksiin.

Vuoden 2022 alussa Ambarella julkaisi CV3-sirusarjan 5 nm:n prosessilla, joka voi tukea ADAS- ja L2+ ~ L4 -järjestelmien kehitystä. Tämä sirusarja perustuu skaalautuvaan ja energiatehokkaaseen CVflow-arkkitehtuuriin ja voi saavuttaa 500 eTOPS-laskentatehoa, mikä on 42 kertaa suurempi kuin Ambarellan edellisen sukupolven autoluokan CV2-sarja.

e eTOPSissa viittaa vastaavaan. Koska CVflow ei vastaa mitään GPU:ta, tämä aiheuttaa sen, että CV3-sirun AI-laskentatehon laskentayksikkö eroaa yleisesti käytettyjen GPU:iden TOPS-arvoista. e lisätään tähän osoittamaan, että se voi saavuttaa vastaavan suorituskyvyn yleiseen siruun verrattuna arkkitehtuuri. NVIDIA Orin -sirun laskentateho on 254TOPS ja NIO ET7 saavuttaa 1016 TOPS laskentatehoa 4 Orin-kaskadin kautta. Jos neljä CV3-sirua kaskadoidaan, voidaan saavuttaa 2000 eTOPS-laskentatehoa.

Helmikuussa 2023 Ambarella ilmoitti käyttävänsä Samsungin 5 nm:n prosessitekniikkaa CV3-AD685:n valmistukseen.

NXP:n ja Ambarellan jälkeen myös Qualcommin autosirut ovat alkaneet käyttää 5 nm:n prosessia. Tällä hetkellä meidän on sanottava, että Nvidia ja Mobileye, Intelin tytäryhtiö, käyttävät enimmäkseen 7 nm:n prosessia älykkäisiin ajopiireihinsä, kun taas Teslan HardWare 3 -siru käyttää Samsungin 14 nm:n prosessia Ei kauan sitten, toimitusketjusta tuli uutisia Teslan uusi HW4.0-siru siirtyy TSMC:n 4nm/5nm-prosessiin.

Voidaan nähdä, että ennen NIO:ta, NXP, Ambarella ja Qualcomm teippasivat kaikki 5 nm:n prosessisiruja. Näiden yritysten sirutyypeissä ja sovelluksissa on kuitenkin joitain eroja, kuten yllä olevasta johdannosta näkyy, NXP:n S32N55 on ohjaussiru, kun taas Ambarella, NVIDIA, Tesla ja NIO ovat laskentasiruja, Qualcomm on älykäs ohjaamo-siru, joka on enemmän ohjaussuuntautunut.

Tässä on lyhyt johdatus autosirutyyppeihin, jotka voidaan jakaa laskentaan, ohjaukseen, simulointiin, tehoon, viestintään, anturiin, tehoon ja varastointiin. Niiden joukossa laskenta- ja ohjausluokat ovat digitaaliset sirut ja niillä on korkeimmat prosessivaatimukset Älykkään ajamisen myötä vaatimukset sirujen laskentateholle kasvavat päivä päivältä erittäin kriittinen indikaattori, ja ohjausluokka on toinen.

Yhteenvetona voidaan todeta, että alan ensimmäisenä, joka käyttää 5 nm:n prosessitekniikkaa älykkäiden ajosirujen valmistukseen, pitäisi olla NXP tai Ambarella. NIO on ensimmäinen yritys Kiinassa, joka käyttää 5nm:n prosessia älykkäiden ajosirujen valmistukseen.

Joten miksi Weilai kehittää tällaisia ​​huippuluokan pelimerkkejä yksin? Aloitetaan NVIDIAsta.

Tällä hetkellä alan eniten käytetty lippulaiva älykäs ajosiru on NVIDIAn Orin-x, jonka yhden sirun laskentateho on 508TOPS. Lisäksi Nvidia julkaisi myös DRIVE Thor -sirun, jonka yhden sirun laskentateho on 2000TOPS ja jota tullaan massatuotantoon vasta vuonna 2025.

Vuonna 2023 NIO osti monia NVIDIA-älyajo-siruja, mikä vastasi 46 % NVIDIAn toimituksista, yhteensä 300 miljoonalla US$. Tämä on valtava kustannus Weilaille, joka on menettänyt rahaa tutkimuksessa ja kehityksessä Kiinan automarkkinoiden lisääntyvässä involuutiossa, kustannusten vähentäminen ja tehokkuuden parantaminen. Tämän perusteella on loogista kehittää itse kehitettyjä älykkäitä ajosiruja. Yksi Shenji NX9031 vastaa neljää NVIDIA Orin X:ää, mikä voi säästää paljon sirukuluja.

02 5 nm:n prosessin käyttö älykkäiden ajosirujen valmistuksessa

Perinteisesti autosiruilla ei ole korkeita vaatimuksia prosessiteknologialle (useimmiten yli 20 nm:n prosesseille), mutta niillä on korkeat vaatimukset sirujen stabiiliudelle ja luotettavuudelle. Toisin sanoen autoissa on käytettävä Automotive Grade Chips -siruja.

Autoluokan siruilla tarkoitetaan siruja, jotka on suunniteltu ja valmistettu erityisesti autoteollisuuden sovelluksiin ja jotka täyttävät tiukat autoteollisuuden standardit. Tällaisten sirujen on säilytettävä vakaa ja luotettava suorituskyky ankarissa ympäristöissä, kuten äärimmäisissä lämpötiloissa, korkeassa tärinässä, korkeassa paineessa, korkeassa kosteudessa, EMI:ssä jne., ja ne tarkastetaan yleensä autoteollisuuden laatustandardien, kuten AEC-Q-sarjan sertifioinnin, mukaan.

Autojen äärimmäisen korkeiden turvallisuus- ja luotettavuusvaatimusten perusteella mikä tahansa siruvaurio voi johtaa vakaviin turvallisuusonnettomuuksiin. Siksi autoluokan siruilla on korkeammat laatuvaatimukset ajoneuvojen alajärjestelmät, kuten moottorin ohjaus, jarrujärjestelmät, turvajärjestelmät, ajoneuvon viihdetietojärjestelmät ja ADAS.

Vaikka edistyneet prosessit (16 nm ja alle) voivat parantaa sirun suorituskykyä ja vähentää virrankulutusta, ne tuovat mukanaan myös haasteita. Esimerkiksi mitä pienempi prosessisolmu, sitä korkeammat sirun tuotantokustannukset ovat tarkkoja laitteita ja teknologiaa, mikä lisää myös kustannuksia.

Siksi autosirujen valmistajien ja autonvalmistajien on löydettävä tasapaino sirun suorituskyvyn, kustannusten ja luotettavuuden välillä. Heidän on valittava sopiva prosessitekniikka ajoneuvon tarkoituksen, suorituskykyvaatimusten ja kustannusbudjetin perusteella. Joissakin huippuluokan malleissa valmistajat voivat käyttää edistyneempiä prosesseja parantaakseen ajoneuvon suorituskykyä. Joillekin taloudellisille malleille valmistajat valitsevat taloudellisempia prosesseja vähentääkseen tuotantokustannuksia.

Yleisesti ottaen autosirujen valtavirran valmistusprosessi on 40 nm ja 16 nm välillä.

Älykkään ajamisen suosion myötä perinteisten autosirujen valmistuskehys on kuitenkin murtunut, kun laskentateho on alkanut hallita autoteollisuuden sovelluksia.

Itse asiassa harjoittajat tietävät, että laskentatehon pinoaminen johtaa väistämättä hukkaan. Kuitenkin verrattuna näkymättömiin ohjelmistoalgoritmeihin todelliset laskentatehon indikaattorit voidaan määrittää helposti. Käyttäjien laitteistoominaisuuksien tavoittelu näkyy selvimmin mobiilielektroniikkatuotteissa. Nyt sama tilanne on laajentunut älyautoihin.

Tämän perusteella markkinoille on ilmestynyt erilaisia ​​markkinointiretoriikkaa. Esimerkiksi jotkut tiedotusvälineet ovat vertailleet sirun laskentatehoa "talon hankintaasteeseen" käyttämällä tiheän laskentatehon ja harvan laskentatehon eroa täysin erilaisen laskennan laskemiseen. valtaa. Nykyään laskentatehosta on tullut este, jota autonvalmistajat ja niihin liittyvät siruyritykset eivät voi voittaa. Yhä useammat hiljattain julkistetut älykkäät ajopiirit osoittavat, että laskentatehon lisääminen on tehokkain tapa parantaa markkinoiden arviointia.

Tällä hetkellä monien uusien, yli 300 000 automaastoautojen laskentateho on ylittänyt 100 TOPS:n ja joidenkin merkkien autojen laskentateho on jopa yli 1 000 TOPS:ia. Vaikka redundanssia olisi paljon, kukaan ei näytä kieltävän suurempaa laskentatehoa.

Koska sirujen laskentateho ylittää usein 500 TOPS tai jopa 1000 TOPS, muut sirun indikaattorit, kuten prosessitekniikka, herättävät varmasti yleisön huomion. Vaikka autoluokan siruille ei ole perimmäistä prosessia, älykkään ajamisen ja älykkään ohjaamon alalla sirujen valmistusprosessi on selvästi alkanut edetä kohti 5 nm:n tai jopa pienempiä prosessisolmuja. Verrattuna 7 nm:iin TSMC:n 5 nm:n prosessissa on 20 % suurempi käsittelynopeus ja 40 % pienempi virrankulutus. Siirtyminen 5 nanometriin auttaa autonvalmistajia tuomaan autoihinsa erilaisia ​​etuja parannettujen ominaisuuksien avulla ja yksinkertaistamaan yhä monimutkaisempia arkkitehtonisia haasteita ja ottamaan käyttöön tehokkaan tietojenkäsittelyn. järjestelmät helposti.

Siksi 5 nm:n prosessin arvo autosiruille on korostettu.

Tällaisen markkinakysynnän alla TSMC on myös alkanut harjoittaa "nälkämarkkinointia". Heinäkuussa 2023 TSMC Europen pääjohtaja Paul de Bot sanoi "27th Automotive Electronics Conference" -konferenssissa Saksassa, että autoteollisuutta on pitkään pidetty teknologisena jälkeenjääneenä ja se keskittyy vain kypsiin prosesseihin, mutta itse asiassa siinä on joitakin autoteollisuuden siruja. toimittajat alkavat käyttää 5nm:n prosessitekniikkaa vuonna 2022, mikä on vain kaksi vuotta sen jälkeen, kun 5nm otettiin virallisesti massatuotantoon. Samsungin 5 nm:n prosessin keskimääräisen tuottonopeuden ansiosta TSMC on tällä hetkellä lähes ainoa kiekkovalimo, joka pystyy tuottamaan massatuotantona 5 nm:n prosessisiruja. Siksi yhtiön tuotantokapasiteetti on pulaa TSMC:n mukaan autoteollisuudelle on mahdotonta varata tyhjää tuotantokapasiteettia ja autosirujen on vauhditettava siirtymistään edistyneisiin prosesseihin. Paul de Bot uskoo, että autonvalmistajien on ehdottoman välttämätöntä toteuttaa tulevaisuuteen suuntautuva tilausmäärien suunnittelu ja valvonta, ja joidenkin autosirujen vaihtaminen alkuperäisistä kypsistä prosessisolmuista kehittyneisiin prosesseihin on myös tärkeä keino varmistaa toimitus.

Kulutuselektroniikkaan ja palvelinsovelluksiin verrattuna autoteollisuuden siruvalimomarkkinoiden osuus on pienempi (alle 10 %), mutta yksikköhinta on erittäin kannattava. TSMC:n näkökulmasta COVID-19-epidemian aikana TSMC:n vuotuinen autosiruliiketoiminta on kasvanut noin 40%.

03 Smart Cockpit -sirut vaativat myös 5nm

Yllä olevat esittelyt ovat älykkäitä ajopiirejä, jotka keskittyvät tietojenkäsittelyyn. Toinen pääkategoria on älykkäät ohjaamopiirit, jotka keskittyvät ohjaukseen.

Älykkäässä ohjaamossa on useita toiminnallisia lohkoja, jotka sisältävät pääasiassa teräväpiirtonäytön, instrumentit, aktiivisen turvahälytyksen, reaaliaikaisen navigoinnin, online-infotainmentin, hätäpelastusjärjestelmän, ajoneuvojen Internetin ja ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutusjärjestelmän (äänentunnistus, eletunnistus), jne. Sen päätoiminnot ovat Kuljettajan ja matkustajan kokemuksen parantaminen muuttamalla ihmisen ja tietokoneen välistä vuorovaikutusta. Tällä hetkellä tekoälyteknologian (AI) merkitys on korostunut, ja myös siihen liittyvien sirujen suorituskykyvaatimukset ovat lisääntyneet.

Tyypillisiä älykkäiden ohjaamopiirien edustajia ovat Qualcomm Snapdragon 8155 ja päivitetty 8295-siru, joista kuulemme usein.

Vuoden 2021 lopussa Qualcomm julkaisi Snapdragon 8295:n käyttämällä 5 nm:n prosessia. Verrattuna edellisen sukupolven 8155:n 8TOPS-laskentatehoon (7 nm:n prosessi), 8255:n laskentateho on 30TOPS, 3D-renderöintikyky on kolme kertaa suurempi. ja integroitu elektroninen takanäkymä Peilien, koneoppimisen, matkustajien valvonnan ja tietoturvan kaltaisten toimintojen ansiosta yhdellä sirulla voidaan ohjata 11 näyttöä.

Ohjaamopiirin lisäksi Qualcomm Snapdragon Ride älykkään ajoalustan ydin SoC on rakennettu 5nm prosessiin ja integroi ydinkomponentit, kuten korkean suorituskyvyn suorittimen, GPU:n ja AI-moottorin, joiden laskentateho on enintään 700TOPS. Verrattuna muihin suuriin älykkäiden ajosirujen valmistajiin (Nvidia, Intelin Mobileye, Tesla) Qualcommin älykäs ajosirut ovat kuitenkin suhteellisen heikkoja.

Suurten teollisuuden toimijoiden, kuten Qualcommin, lisäksi Kiinan paikalliset SoC-yritykset ovat siirtymässä kohti edistyksellisiä prosessi-älykkäitä ohjaamo-siruja, jotka ovat nyt edenneet 7 nm:iin Jos kansainvälisen kaupan rajoituksia ei olisi niin paljon, 5 nanometrin prosesseja olisi varmasti. Tällä hetkellä Horizon, Heiyima Intelligence, Xinchi Technology ja Xinjing Technology ovat julkaisseet niihin liittyviä tuotteita. Niiden joukossa Xinqing Technologyn itse kehittämä "Longying No. 1" on ensimmäinen kotimainen autoluokan 7 nanometrin siru. Black Sesame Intelligence on tuonut markkinoille Wudang C1200:n, joka on ensimmäinen itse kehitetty 7 nm:n siru, joka käyttää myös 7 nm:n prosessitekniikkaa. 7 tai Journey 8 ovat massatuotettuja , odotetaan edelleen parantavanvalmistusprosessia .

04 Autosirut kutsuvat 3nm:n prosessiin

Autojen älykkyyden tason kasvaessa niihin liittyvät sirut ovat myös siirtymässä kohti edistyneempiä valmistusprosesseja.

NVIDIA:n uusimman älykkään ajopiirin, DRIVE Thorin, laskentateho on 2 000 TOPSia ja Hopper-arkkitehtuuri, se käyttää 4nm:n prosessitekniikkaa ja se otetaan tuotantoon vuonna 2025. Nvidia sanoi, että kiinalaiset automerkit, kuten BYD, Aian, Xpeng, Ideal ja Ji Krypton, käyttävät DRIVE Thoria.

Tesla on radikaalimpi ja valmistautuu lanseeraamaan 3nm:n prosessisirun valimosuunnitelman. Se jatkaa nopeuden ja virrankulutuksen tehostamista TSMC N3E:n pohjalta ja aikoo ottaa sen tuotantoon vuonna 2024. On kuitenkin vielä epäselvää, pystyykö se. saada tuotantokapasiteettia.

Nähtyään Qualcommin menestyksen älykkäiden ohjaamosovellusten alalla, MediaTek ei voinut pysyä paikallaan ja alkoi tulla autoteollisuuden sirumarkkinoille, erityisesti älykkäiden ohjaamoiden markkinoille .