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Texte | Industrie des semi-conducteurs verticale et horizontale

Le 27 juillet, lors de la Journée de l'innovation et de la technologie de NIO 2024, le président de NIO, Li Bin, a annoncé que la première puce de conduite intelligente 5 nm de qualité automobile au monde, Shenji NX9031, avait été déployée avec succès, et que la puce et le logiciel sous-jacent avaient été conçus indépendamment.

Selon les rapports, cette puce utilise une architecture CPU à 32 cœurs, un LPDDR5x intégré, une RAM à un débit de 8 533 Mbps, une capacité de traitement de pixels de 6,5 GPixels/s et un délai de traitement inférieur à 5 ms.

Li Bin a déclaré que le Shenji NX9031 possède plus de 50 milliards de transistors. En termes de capacités complètes et d'efficacité d'exécution, une puce auto-développée peut atteindre les performances de quatre puces phares de l'industrie.

Cette fois, le discours de Li Bin a suscité une certaine controverse dans l'industrie des semi-conducteurs car il a affirmé que Shenji NX9031 est la première puce de conduite intelligente de 5 nm de qualité automobile au monde. Cependant, avant cela, des puces de 5 nm pouvant être utilisées pour les systèmes de conduite intelligents ont été lancées. , les représentants typiques sont le processeur S32N55 de NXP et les contrôleurs de domaine de la série CV3 d'Ambarella.

01Où est le différend ?

Li Bin a déclaré que Shenji NX9031 est la première puce de conduite intelligente de 5 nm au monde, ce qui mérite d'être discuté.

Tout d’abord, jetez un œil aux puces automobiles 5 nm lancées par NXP et Ambarella.

On peut dire que NXP est la première entreprise du secteur à annoncer l'utilisation de la technologie de processus 5 nm pour produire des puces automobiles. Dès juin 2020, la société a annoncé cette nouvelle. Le partenaire fondeur est TSMC.

Le processeur S32N55, qui utilise un processus de 5 nm, intègre 16 cœurs de processeur en temps réel Arm Cortex-R52 et fonctionne à une fréquence de 1,2 GHz, ce qui peut répondre aux exigences élevées de puissance de calcul des voitures définies par logiciel. Le cœur Cortex-R52 du S32N55 peut fonctionner en modes séparé ou verrouillé et peut prendre en charge les niveaux de sécurité fonctionnelle ASIL ISO 26262. Deux paires de cœurs secondaires Lockstep Cortex-M7 prennent en charge la gestion du système et des communications.

En tant que solution de contrôleur central de véhicule pour la plate-forme S32 CoreRide, le processeur S32N55 intègre une technologie réseau avancée avec une interface de commutation Ethernet Time Sensitive Network (TSN) 2,5 Gbit/s, CAN pour un routage interne efficace de 24 bus CAN FD. Le hub, 4 CAN Les interfaces XL et une interface PCI Express Gen 4 permettent une communication efficace et un travail collaboratif entre les différents systèmes de la voiture. De plus, la technologie d'isolation matérielle et de virtualisation « cœur à broche » du S32N55 permet à ses ressources d'être partitionnées dynamiquement pour s'adapter aux exigences fonctionnelles changeantes du véhicule.

Début 2022, Ambarella a lancé la série de puces CV3 avec un processus de 5 nm, qui peut prendre en charge le développement de systèmes ADAS et L2+ ~ L4. Cette série de puces est basée sur l'architecture CVflow évolutive et à haute efficacité énergétique et peut atteindre une puissance de calcul de 500 eTOPS, soit 42 fois supérieure à celle de la série CV2 de qualité automobile d'Ambarella de la génération précédente.

Le e dans eTOPS fait référence à l’équivalent. Étant donné que CVflow n'est équivalent à aucun GPU, l'unité de comptage de la puissance de calcul IA de la puce CV3 est différente des TOPS des GPU couramment utilisés. Le e est ajouté ici pour indiquer qu'elle peut atteindre des performances équivalentes par rapport à la puce générale. architecture. La puce NVIDIA Orin a une puissance de calcul de 254TOPS et NIO ET7 atteint une puissance de calcul de 1016 TOPS grâce à 4 cascades Orin. Si quatre puces CV3 sont mises en cascade, une puissance de calcul de 2 000 eTOPS peut être obtenue.

En février 2023, Ambarella a annoncé qu'elle utiliserait la technologie de processus 5 nm de Samsung pour produire le CV3-AD685.

Après NXP et Ambarella, les puces automobiles de Qualcomm ont également commencé à utiliser le procédé 5 nm. À l'heure actuelle, nous devons dire que Nvidia et Mobileye, une filiale d'Intel, utilisent principalement le processus 7 nm pour leurs puces de conduite intelligente, tandis que la puce HardWare 3 de Tesla utilise le processus 14 nm de Samsung. Il n'y a pas si longtemps, des nouvelles sont sorties de la chaîne d'approvisionnement. La nouvelle puce HW4.0 de Tesla passera au processus 4 nm/5 nm de TSMC.

On peut voir qu'avant, NIO, NXP, Ambarella et Qualcomm avaient tous enregistré des puces automobiles de procédé 5 nm. Cependant, il existe encore quelques différences dans les types de puces et les applications de ces sociétés. Comme le montre l'introduction ci-dessus, la S32N55 de NXP est une puce de contrôle, tandis que celles d'Ambarella, de Nvidia, de Tesla et de NIO sont des puces informatiques de Qualcomm. est une puce de cockpit intelligente, plus orientée contrôle.

Voici une brève introduction aux types de puces automobiles, qui peuvent être divisées en informatique, contrôle, simulation, alimentation, communication, capteur, alimentation et stockage. Parmi elles, les catégories de calcul et de contrôle sont les puces numériques et ont les exigences de processus les plus élevées. Avec l'essor de la conduite intelligente, les exigences en matière de puissance de calcul des puces augmentent de jour en jour, la puissance de calcul des puces informatiques est devenue une priorité. indicateur très critique, et la catégorie de contrôle est la deuxième.

En résumé, le premier du secteur à utiliser la technologie de processus 5 nm pour fabriquer des puces de conduite intelligente devrait être NXP ou Ambarella. NIO est la première entreprise en Chine à utiliser le procédé 5 nm pour fabriquer des puces de conduite intelligente.

Alors, pourquoi Weilai développe-t-il lui-même des puces aussi haut de gamme ? Commençons par NVIDIA.

Actuellement, la puce de conduite intelligente phare la plus utilisée du secteur est l’Orin-x de NVIDIA, qui dispose d’une puissance de calcul monopuce de 508TOPS. En outre, NVIDIA a également lancé une puce DRIVE Thor avec une puissance de calcul monopuce de 2 000 TOPS et ne sera produite en série qu'en 2025.

En 2023, NIO a acheté de nombreuses puces de conduite intelligente NVIDIA, représentant 46 % des expéditions de NVIDIA, pour un montant total de 300 millions de dollars américains. Il s'agit d'une dépense énorme pour Weilai, qui a perdu de l'argent en recherche et développement, la réduction des coûts et l'amélioration de l'efficacité sont nécessaires dans le cadre de l'involution croissante du marché automobile chinois. Sur cette base, il est logique de développer des puces de conduite intelligentes auto-développées. Un Shenji NX9031 équivaut à quatre Nvidia Orin X, ce qui peut permettre d'économiser beaucoup de dépenses en matière de puces.

02 L'intérêt de l'utilisation du processus 5 nm pour fabriquer des puces de conduite intelligentes

Traditionnellement, les puces automobiles n'ont pas d'exigences élevées en matière de technologie de traitement (principalement des processus supérieurs à 20 nm), mais ont des exigences élevées en matière de stabilité et de fiabilité des puces. En d’autres termes, les voitures doivent utiliser des puces de qualité automobile.

Les puces de qualité automobile font référence aux puces conçues et fabriquées spécifiquement pour les applications automobiles et qui répondent aux normes strictes de l'industrie automobile. Ces puces doivent maintenir des performances stables et fiables dans des environnements difficiles tels que des plages de températures extrêmes, des vibrations élevées, des pressions élevées, une humidité élevée, des interférences électromagnétiques, etc., et sont généralement inspectées par les normes de qualité de l'industrie automobile telles que la certification de la série AEC-Q.

Compte tenu des exigences extrêmement élevées en matière de sécurité et de fiabilité des automobiles, toute défaillance d'une puce peut entraîner de graves accidents de sécurité. Par conséquent, par rapport aux puces de qualité grand public ou industrielle, les puces de qualité automobile ont des exigences de qualité plus élevées. les sous-systèmes du véhicule tels que le contrôle du moteur, les systèmes de freinage, les systèmes de sécurité, les systèmes d'information de divertissement du véhicule et l'ADAS.

Bien que les processus avancés (16 nm et moins) puissent améliorer les performances de la puce et réduire la consommation d'énergie, ils posent également certains défis. Par exemple, plus le nœud de processus est petit, plus le coût de production de la puce est élevé. une production et une technologie précises, ce qui augmentera également les coûts.

Par conséquent, les fabricants de puces automobiles, ainsi que les constructeurs automobiles, doivent trouver un équilibre entre les performances, le coût et la fiabilité de la puce. Ils doivent choisir la technologie de processus appropriée en fonction de l'objectif du véhicule, des exigences de performances et du budget. Pour certains modèles haut de gamme, les constructeurs peuvent recourir à des procédés plus avancés pour améliorer les performances du véhicule. Pour certains modèles économiques, les fabricants choisiront des procédés plus économiques afin de réduire les coûts de production.

De manière générale, le processus de fabrication courant des puces automobiles se situe entre 40 nm et 16 nm.

Cependant, avec la popularité de la conduite intelligente, le cadre de fabrication des puces automobiles traditionnelles a été brisé, la puissance de calcul commençant à dominer les applications automobiles.

En fait, les praticiens savent que l'empilement de la puissance de calcul entraînera inévitablement un gaspillage. Cependant, par rapport aux algorithmes logiciels invisibles, les indicateurs réels de puissance de calcul peuvent être facilement déterminés. La recherche des capacités matérielles par les utilisateurs se reflète de manière plus frappante dans les produits électroniques mobiles. Aujourd'hui, la même situation s'étend aux voitures intelligentes.

Sur cette base, diverses rhétoriques marketing sont apparues sur le marché.Par exemple, certains médias ont comparé le niveau de puissance de calcul de la puce au « taux d'acquisition de la maison », en utilisant la différence entre une puissance de calcul dense et une puissance de calcul clairsemée pour calculer un calcul complètement différent. pouvoir en conclusion. De nos jours, la puissance de calcul est devenue un obstacle que les constructeurs automobiles et les fabricants de puces associés ne peuvent pas surmonter. De plus en plus de puces de conduite intelligente récemment dévoilées prouvent qu'augmenter la puissance de calcul est le moyen le plus efficace d'améliorer les niveaux d'évaluation du marché.

À l'heure actuelle, la puissance de calcul de nombreux nouveaux SUV puissants avec plus de 300 000 TOPS a dépassé 100 TOPS, et la puissance de calcul de certaines voitures de marque a même dépassé 1 000 TOPS. Même s’il y a beaucoup de redondance, personne ne semble refuser une puissance de calcul plus élevée.

Comme la puissance de calcul des puces dépasse fréquemment 500 TOPS, voire 1 000 TOPS, d'autres indicateurs de la puce attireront forcément l'attention du public, comme la technologie des procédés. Bien qu'il n'y ait pas de processus ultime pour les puces de qualité automobile, dans le domaine de la conduite intelligente et du cockpit intelligent, le processus de fabrication des puces a évidemment commencé à progresser vers des nœuds de processus de 5 nm ou même plus petits. Par rapport au 7 nm, le processus 5 nm de TSMC présente une augmentation de 20 % de la vitesse de traitement et une réduction de 40 % de la consommation d'énergie. Le passage au 5 nm aidera les constructeurs automobiles à apporter des avantages différenciés à leurs voitures grâce à des fonctionnalités améliorées, à simplifier les défis architecturaux de plus en plus complexes et à déployer une informatique puissante. systèmes en toute simplicité.

Par conséquent, la valeur du processus 5 nm pour les puces automobiles est soulignée.

Face à une telle demande du marché, TSMC a également commencé à se lancer dans le « marketing de la faim ». En juillet 2023, Paul de Bot, directeur général de TSMC Europe, a déclaré lors de la « 27e Conférence sur l'électronique automobile » organisée en Allemagne que l'industrie automobile a longtemps été considérée comme un retard technologique et se concentre uniquement sur des processus matures, mais en fait, elle a Certains fournisseurs de puces automobiles commenceront à utiliser la technologie de traitement 5 nm en 2022, soit seulement deux ans après que le 5 nm ait été officiellement mis en production de masse. En raison du taux de rendement moyen du procédé 5 nm de Samsung, TSMC est actuellement presque la seule fonderie de plaquettes capable de produire en masse des puces de procédé 5 nm. Par conséquent, la capacité de production de l'entreprise est limitée. TSMC a déclaré qu'il est impossible de réserver une capacité de production inutilisée pour l'industrie automobile et que les puces automobiles doivent accélérer leur transition vers des processus avancés. Paul de Bot estime qu'il est absolument nécessaire que les constructeurs automobiles procèdent à une planification prospective et à un contrôle des quantités de commandes, et que le passage de certaines puces automobiles des nœuds de processus matures d'origine à des processus avancés est également un moyen important d'assurer l'approvisionnement.

Comparé à l'électronique grand public et aux applications de serveur, le marché de la fonderie de plaquettes de puces automobiles représente une part plus faible (moins de 10 %), mais le prix unitaire est plus élevé. Il s'agit d'un marché extrêmement rentable. Du point de vue de TSMC, pendant l'épidémie de COVID-19, son activité annuelle de puces automobiles a augmenté d'environ 40 %. Le leader de la fonderie de plaquettes espère conserver et élargir cette clientèle à l'avenir, en particulier pour les processus avancés.

03 Les puces de cockpit intelligent nécessitent également 5 nm

Les introductions ci-dessus sont toutes des puces de conduite intelligente, davantage axées sur l'informatique. L'autre grande catégorie est celle des puces de cockpit intelligentes, davantage axées sur le contrôle, et la demande de processus de fabrication avancés devient de plus en plus urgente.

Le cockpit intelligent dispose de plusieurs blocs fonctionnels, notamment un affichage haute définition, des instruments, une alarme de sécurité active, une navigation en temps réel, un infodivertissement en ligne, un sauvetage d'urgence, l'Internet des véhicules et un système d'interaction homme-machine (reconnaissance vocale, reconnaissance gestuelle), etc. Ses principales fonctions sont d'améliorer l'expérience du conducteur et des passagers en modifiant la façon dont se produit l'interaction homme-machine. À l’heure actuelle, l’importance de la technologie de l’intelligence artificielle (IA) est mise en évidence et les exigences de performances des puces associées ont également augmenté.

Les représentants typiques des puces de cockpit intelligent sont le Qualcomm Snapdragon 8155 et la puce 8295 mise à jour dont nous entendons souvent parler.

Fin 2021, Qualcomm a lancé le Snapdragon 8295 utilisant le processus 5 nm. Par rapport à la puissance de calcul 8TOPS de la génération précédente 8155 (processus 7 nm), le 8255 a une puissance de calcul de 30TOPS, une capacité de rendu 3D augmentée de 3 fois. et une vue arrière électronique intégrée Avec des fonctions telles que les rétroviseurs, l'apprentissage automatique, la surveillance des passagers et la sécurité des informations, une puce peut piloter 11 écrans.

En plus de la puce du cockpit, le SoC central de la plate-forme de conduite intelligente Qualcomm Snapdragon Ride est également construit sur le processus 5 nm et intègre des composants de base tels qu'un processeur haute performance, un GPU et un moteur IA, avec une puissance de calcul maximale de 700TOPS. Cependant, comparées à d'autres grands fabricants de puces de conduite intelligente (Nvidia, Mobileye d'Intel, Tesla), les puces de conduite intelligente de Qualcomm ont une présence relativement faible.

Outre les principaux acteurs de l'industrie tels que Qualcomm, les sociétés chinoises de SoC s'orientent également vers des puces de cockpit intelligentes à processus avancés, qui ont désormais progressé jusqu'à 7 nm. S'il n'y avait pas autant de restrictions commerciales internationales, il y aurait certainement des processus à 5 nm. Actuellement, Horizon, Heiyima Intelligence, Xinchi Technology et Xinjing Technology ont tous lancé des produits connexes, parmi lesquels le « Longying No. 1 » auto-développé par Xinqing Technology, en tant que première puce 7 nm de qualité automobile nationale, a été installé sur la voiture. . Black Sesame Intelligence a lancé la première puce 7 nm auto-développée. Les puces de la série Journey 6 de Wudang Horizon utilisent également la technologie de processus 7 nm. La puce phare a une puissance de calcul unique de 560TOPS et sera produite en série en 2024. ou Journey 8 sont produits en série, devrait améliorer encore le processus de fabrication.

04 Les puces automobiles invitent au processus 3 nm

À mesure que le niveau d’intelligence automobile augmente, les puces associées évoluent également vers des processus de fabrication plus avancés.

La dernière puce de pilotage intelligente de NVIDIA, DRIVE Thor, dispose d'une puissance de calcul de 2 000 TOPS et d'une architecture Hopper, elle utilisera une technologie de processus 4 nm et sera mise en production en 2025. Nvidia a déclaré que les marques de voitures chinoises telles que BYD, Aian, Xpeng, Ideal et Ji Krypton utiliseraient DRIVE Thor.

Tesla est plus radical et se prépare à lancer un projet de fonderie de puces de procédé 3 nm. Il continuera d'améliorer les performances en matière de vitesse et de consommation d'énergie sur la base du TSMC N3E et prévoit de le mettre en production en 2024. Cependant, des questions subsistent quant à savoir si cela sera possible. obtenir une capacité de production.

Après avoir constaté le succès de Qualcomm dans le domaine des applications de cockpit intelligent, MediaTek n'a pas pu rester les bras croisés et a commencé à entrer sur le marché des puces automobiles, en particulier dans le domaine des cockpits intelligents. Il prévoit de lancer la « plateforme de véhicule Dimensity », qui sera construite à l'aide du processus 3 nm. .