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Testo |. Industria dei semiconduttori verticale e orizzontale

Il 27 luglio, in occasione della Giornata dell'innovazione e della tecnologia NIO 2024, il presidente della NIO Li Bin ha annunciato che il primo chip di guida intelligente da 5 nm di livello automobilistico al mondo, Shenji NX9031, è stato registrato con successo e che sia il chip che il software sottostante sono stati progettati in modo indipendente.

Secondo i rapporti, questo chip utilizza un'architettura CPU a 32 core, LPDDR5x integrato, RAM con velocità di 8533 Mbps, ha una capacità di elaborazione pixel di 6,5 GPixel/s e un ritardo di elaborazione inferiore a 5 ms.

Li Bin ha affermato che Shenji NX9031 ha più di 50 miliardi di transistor In termini di capacità complete ed efficienza di esecuzione, un chip autosviluppato può raggiungere le prestazioni di quattro chip di punta del settore.

Questa volta, il discorso di Li Bin ha causato alcune polemiche nell'industria dei semiconduttori perché ha affermato che Shenji NX9031 è il primo chip di guida intelligente da 5 nm per auto al mondo. Tuttavia, prima di questo, sono stati lanciati chip da 5 nm che possono essere utilizzati per sistemi di guida intelligenti. , rappresentanti tipici sono il processore S32N55 di NXP e i controller di dominio della serie CV3 di Ambarella.

01Dov'è la controversia?

Li Bin ha affermato che Shenji NX9031 è il primo chip di guida intelligente da 5 nm al mondo, il che è degno di discussione.

Innanzitutto, dai un'occhiata ai chip automobilistici da 5 nm lanciati da NXP e Ambarella.

Si può dire che NXP è la prima azienda del settore ad annunciare l'utilizzo della tecnologia di processo a 5 nm per produrre chip automobilistici Già nel giugno 2020, l'azienda ha annunciato questa notizia. Il partner della fonderia è TSMC.

Il processore S32N55, che utilizza un processo a 5 nm, integra 16 core del processore in tempo reale Arm Cortex-R52 e funziona a una frequenza di 1,2 GHz, in grado di soddisfare gli elevati requisiti di potenza di calcolo delle auto definite dal software. Il core Cortex-R52 dell'S32N55 può funzionare in modalità separata o lockstep e può supportare i livelli di sicurezza funzionale ASIL ISO 26262. Due coppie di core Cortex-M7 secondari supportano il sistema e la gestione delle comunicazioni.

Come soluzione di controllo centrale del veicolo per la piattaforma S32 CoreRide, il processore S32N55 integra una tecnologia di rete avanzata con un'interfaccia switch Ethernet Time Sensitive Network (TSN) da 2,5 Gbit/s, CAN per un efficiente instradamento interno di 24 bus CAN FD L'hub, 4 CAN Le interfacce XL e un'interfaccia PCI Express Gen 4 consentono una comunicazione efficiente e un lavoro collaborativo tra i vari sistemi dell'auto. Inoltre, la tecnologia di isolamento e virtualizzazione hardware "core-to-pin" dell'S32N55 consente di partizionare dinamicamente le sue risorse per adattarsi ai mutevoli requisiti funzionali del veicolo.

All'inizio del 2022, Ambarella ha rilasciato la serie di chip CV3 con un processo a 5 nm, che può supportare lo sviluppo di sistemi ADAS e L2+ ~ L4. Questa serie di chip si basa sull’architettura CVflow scalabile e ad alta efficienza energetica e può raggiungere una potenza di calcolo di 500 eTOPS, che è 42 volte superiore rispetto alla serie CV2 di livello automobilistico della generazione precedente di Ambarella.

La e in eTOPS si riferisce all'equivalente. Poiché CVflow non è equivalente a nessuna GPU, ciò fa sì che l'unità di conteggio della potenza di calcolo AI del chip CV3 sia diversa dai TOPS delle GPU comunemente utilizzate. La e viene aggiunta qui per indicare che può raggiungere prestazioni equivalenti rispetto al chip generale architettura. Il chip NVIDIA Orin ha una potenza di calcolo di 254 TOPS e NIO ET7 raggiunge una potenza di calcolo di 1016 TOPS attraverso 4 cascate Orin. Se si collegano in cascata quattro chip CV3, è possibile ottenere una potenza di calcolo di 2000 eTOPS.

Nel febbraio 2023, Ambarella ha annunciato che avrebbe utilizzato la tecnologia di processo a 5 nm di Samsung per produrre CV3-AD685.

Dopo NXP e Ambarella, anche i chip automobilistici di Qualcomm hanno iniziato a utilizzare il processo a 5 nm. In questo momento dobbiamo dire che Nvidia e Mobileye, una filiale di Intel, utilizzano principalmente il processo a 7 nm per i loro chip di guida intelligente, mentre il chip HardWare 3 di Tesla utilizza il processo a 14 nm di Samsung. Non molto tempo fa sono arrivate novità dalla catena di fornitura Il nuovo chip HW4.0 di Tesla passerà al processo a 4 nm/5 nm di TSMC.

Si può vedere che prima che NIO, NXP, Ambarella e Qualcomm realizzassero chip automobilistici con processo a 5 nm. Tuttavia, ci sono alcune differenze nei tipi di chip e nelle applicazioni di queste aziende. Come si può vedere dall'introduzione di cui sopra, S32N55 di NXP è un chip di controllo, mentre Ambarella, NVIDIA, Tesla e NIO sono chip di elaborazione, quello di Qualcomm è un chip intelligente chip della cabina di pilotaggio, che è più orientato al controllo.

Ecco una breve introduzione ai tipi di chip automobilistici, che possono essere suddivisi in elaborazione, controllo, simulazione, alimentazione, comunicazione, sensore, alimentazione e archiviazione. Tra questi, le categorie di calcolo e controllo sono chip digitali e hanno i requisiti di processo più elevati. Con l'aumento della guida intelligente, i requisiti per la potenza di calcolo dei chip aumentano di giorno in giorno indicatore molto critico e la categoria di controllo è la seconda.

Per riassumere, il primo nel settore a utilizzare la tecnologia di processo a 5 nm per produrre chip di guida intelligente dovrebbe essere NXP o Ambarella. NIO è la prima azienda in Cina a utilizzare il processo a 5 nm per produrre chip di guida intelligenti.

Allora perché Weilai sviluppa da sola chip di fascia alta? Cominciamo con NVIDIA.

Attualmente, il chip di guida intelligente di punta più utilizzato del settore è Orin-x di NVIDIA, che ha una potenza di calcolo a chip singolo di 508TOPS. Inoltre, Nvidia ha rilasciato anche un chip DRIVE Thor con una potenza di calcolo a chip singolo di 2000TOPS e non sarà prodotto in serie fino al 2025.

Nel 2023, NIO ha acquistato molti chip NVIDIA per la guida intelligente, che rappresentano il 46% delle spedizioni di NVIDIA, per un importo totale di 300 milioni di dollari. Si tratta di una spesa enorme. Per Weilai, che ha perso denaro in ricerca e sviluppo, la riduzione dei costi e il miglioramento dell'efficienza sono necessari nella crescente involuzione del mercato automobilistico cinese. Sulla base di ciò, è logico sviluppare chip di guida intelligenti sviluppati internamente. One Shenji NX9031 equivale a quattro NVIDIA Orin X, che possono far risparmiare molte spese per i chip.

02 Il valore dell'utilizzo del processo a 5 nm per produrre chip di guida intelligenti

Tradizionalmente, i chip automobilistici non hanno requisiti elevati per la tecnologia di processo (principalmente processi superiori a 20 nm), ma hanno requisiti elevati per la stabilità e l'affidabilità dei chip. In altre parole, le auto devono utilizzare Automotive Grade Chips.

I chip di livello automobilistico si riferiscono a quei chip progettati e realizzati specificatamente per applicazioni automobilistiche e che soddisfano i rigorosi standard dell'industria automobilistica. Tali chip devono mantenere prestazioni stabili e affidabili in ambienti difficili come intervalli di temperature estreme, vibrazioni elevate, alta pressione, elevata umidità, EMI, ecc. e sono generalmente ispezionati secondo gli standard di qualità dell'industria automobilistica come la certificazione della serie AEC-Q.

In base ai requisiti estremamente elevati di sicurezza e affidabilità delle automobili, qualsiasi guasto dei chip può portare a gravi incidenti di sicurezza. Pertanto, rispetto ai chip di livello consumer o industriale, i chip di classe automobilistica hanno requisiti di qualità più elevati sottosistemi del veicolo come controllo del motore, sistemi di frenatura, sistemi di sicurezza, sistemi di informazione per l'intrattenimento del veicolo e ADAS.

Sebbene i processi avanzati (16 nm e inferiori) possano migliorare le prestazioni dei chip e ridurre il consumo energetico, comportano anche alcune sfide. Ad esempio, più piccolo è il nodo del processo, maggiore è il costo di produzione del chip. Inoltre, i chip di piccole dimensioni richiedono di più produzione precisa, attrezzature e tecnologia, che aumenteranno anche i costi.

Pertanto, i produttori di chip automobilistici, così come le case automobilistiche, devono trovare un equilibrio tra prestazioni, costi e affidabilità del chip. Devono scegliere la tecnologia di processo appropriata in base allo scopo del veicolo, ai requisiti prestazionali e al budget di costo. Per alcuni modelli di fascia alta, i produttori possono utilizzare processi più avanzati per migliorare le prestazioni del veicolo. Per alcuni modelli economici, i produttori sceglieranno processi più economici per ridurre i costi di produzione.

In generale, il processo di produzione tradizionale dei chip automobilistici è compreso tra 40 nm e 16 nm.

Tuttavia, con la popolarità della guida intelligente, il quadro produttivo dei tradizionali chip automobilistici è stato interrotto, poiché la potenza di calcolo ha iniziato a dominare le applicazioni automobilistiche.

In effetti, i professionisti sanno che l’accumulo della potenza di calcolo porterà inevitabilmente allo spreco. Tuttavia, rispetto agli algoritmi software invisibili, gli indicatori della potenza di calcolo reale possono essere facilmente determinati. La ricerca delle funzionalità hardware da parte degli utenti si riflette in modo più vivido nei prodotti elettronici mobili. Ora, la stessa situazione si è estesa alle auto intelligenti.

Sulla base di ciò, sul mercato sono apparse varie retoriche di marketing. Ad esempio, alcuni media hanno paragonato il livello di potenza di calcolo del chip al "tasso di acquisizione della casa", utilizzando la differenza tra potenza di calcolo densa e potenza di calcolo sparsa per calcolare calcoli completamente diversi. potere. in conclusione. Al giorno d'oggi, la potenza di calcolo è diventata un ostacolo che i produttori di automobili e le relative società di chip non riescono a superare. Sempre più chip per la guida intelligente recentemente presentati dimostrano che aumentare la potenza di calcolo è il modo più efficace per migliorare i livelli di valutazione del mercato.

Attualmente, la potenza di calcolo di molti nuovi SUV potenti con oltre 300.000 TOPS ha superato i 100 TOPS e la potenza di calcolo di alcune auto di marca ha addirittura superato i 1.000 TOPS. Anche se c’è molta ridondanza, nessuno sembra rifiutare una maggiore potenza di calcolo.

Poiché la potenza di calcolo dei chip supera spesso i 500 TOPS o addirittura i 1.000 TOPS, altri indicatori del chip sono destinati ad attirare l'attenzione del pubblico, come la tecnologia di processo. Anche se non esiste un processo definitivo per i chip di livello automobilistico, nel campo della guida intelligente e dell’abitacolo intelligente, il processo di produzione dei chip ha ovviamente iniziato ad avanzare verso nodi di processo a 5 nm o anche più piccoli. Rispetto a 7 nm, il processo a 5 nm di TSMC presenta un aumento del 20% nella velocità di elaborazione e una riduzione del 40% nel consumo energetico. Il passaggio a 5 nm aiuterà le case automobilistiche a portare vantaggi differenziati alle loro auto attraverso funzionalità migliorate, semplificando le sfide architettoniche sempre più complesse e implementando un'elaborazione potente. sistemi con facilità.

Viene quindi evidenziato il valore del processo a 5 nm per i chip automobilistici.

In base a tale domanda di mercato, TSMC ha iniziato anche a impegnarsi nel "marketing della fame". Nel luglio 2023, il direttore generale di TSMC Europe Paul de Bot ha dichiarato alla "27a conferenza sull'elettronica automobilistica" tenutasi in Germania che l'industria automobilistica è stata a lungo considerata un ritardo tecnologico e si concentra solo su processi maturi, ma in realtà ha alcuni chip automobilistici i fornitori inizieranno a utilizzare la tecnologia di processo a 5 nm nel 2022, ovvero solo due anni dopo che la tecnologia di processo a 5 nm è stata ufficialmente messa in produzione di massa. A causa del tasso di rendimento medio del processo a 5 nm di Samsung, TSMC è attualmente quasi l'unica fonderia di wafer in grado di produrre in serie chip con processo a 5 nm. Pertanto, la capacità produttiva dell'azienda scarseggia. TSMC ha affermato che è impossibile riservare capacità produttiva inattiva per l'industria automobilistica e che i chip automobilistici devono accelerare il passaggio a processi avanzati. Paul de Bot ritiene che sia assolutamente necessario che i produttori di automobili effettuino una pianificazione e un controllo lungimiranti delle quantità degli ordini e che anche il passaggio di alcuni chip automobilistici dai nodi di processo originali maturi a processi avanzati sia un mezzo importante per garantire l'approvvigionamento.

Rispetto all'elettronica di consumo e alle applicazioni server, il mercato della fonderia di wafer per chip automobilistici rappresenta una quota inferiore (meno del 10%), ma il prezzo unitario è più elevato. Si tratta di un mercato estremamente redditizio. Dal punto di vista di TSMC, durante l'epidemia di COVID-19, il business annuale dei chip automobilistici di TSMC è aumentato di circa il 40%. Il leader della fonderia di wafer spera di mantenere ed espandere questa base di clienti in futuro, soprattutto per i processi avanzati.

03 Anche i chip Smart Cockpit richiedono 5 nm

Le presentazioni di cui sopra riguardano tutti i chip per la guida intelligente, incentrati sull'informatica. L'altra categoria principale è quella dei chip per la cabina di pilotaggio intelligente, incentrati sul controllo. La domanda di processi di produzione avanzati sta diventando sempre più urgente.

La cabina di pilotaggio intelligente ha più blocchi funzionali, tra cui principalmente display ad alta definizione, strumenti, allarme di sicurezza attiva, navigazione in tempo reale, infotainment online, salvataggio di emergenza, Internet dei veicoli e sistema di interazione uomo-computer (riconoscimento vocale, riconoscimento dei gesti), ecc. Le sue funzioni principali sono migliorare l'esperienza del conducente e del passeggero modificando il modo in cui avviene l'interazione uomo-computer. In questo momento, l’importanza della tecnologia dell’intelligenza artificiale (AI) è stata evidenziata e sono aumentati anche i requisiti prestazionali per i relativi chip.

Tipici rappresentanti dei chip della cabina di pilotaggio intelligente sono il Qualcomm Snapdragon 8155 e il chip aggiornato 8295 di cui sentiamo spesso parlare.

Alla fine del 2021, Qualcomm ha rilasciato lo Snapdragon 8295 utilizzando il processo a 5 nm. Rispetto alla potenza di calcolo di 8TOPS della generazione precedente 8155 (processo a 7 nm), l'8255 ha una potenza di calcolo di 30TOPS, una capacità di rendering 3D aumentata di 3 volte. e una retrovisione elettronica integrata Con funzioni come specchietti, apprendimento automatico, monitoraggio dei passeggeri e sicurezza delle informazioni, un chip può gestire 11 schermi.

Oltre al chip della cabina di pilotaggio, anche il SoC principale della piattaforma di guida intelligente Qualcomm Snapdragon Ride è costruito sul processo a 5 nm e integra componenti principali come CPU ad alte prestazioni, GPU e motore AI, con una potenza di calcolo massima di 700TOPS. Tuttavia, rispetto ad altri importanti produttori di chip per la guida intelligente (Nvidia, Mobileye di Intel, Tesla), i chip per la guida intelligente di Qualcomm hanno una presenza relativamente debole.

Oltre ai principali attori del settore come Qualcomm, anche le aziende SoC locali cinesi si stanno muovendo verso chip di cabina di pilotaggio intelligenti con processi avanzati, che ora sono passati a 7 nm. Se non ci fossero così tante restrizioni al commercio internazionale, ci sarebbero sicuramente processi a 5 nm. Attualmente, Horizon, Heiyima Intelligence, Xinchi Technology e Xinjing Technology hanno tutti rilasciato prodotti correlati, tra cui il "Longying No. 1" autosviluppato da Xinqing Technology, il primo chip da 7 nm per auto domestiche, è stato installato sull'auto. Black Sesame Intelligence ha lanciato Wudang C1200, il primo chip da 7 nm sviluppato internamente. Anche i chip della serie Journey 6 di Horizon utilizzano la tecnologia di processo a 7 nm. Il chip di punta ha una potenza di calcolo singola di 560 TOPS e sarà prodotto in serie nel 2024. 7 o Journey 8 sono prodotti in serie, si prevede di migliorare ulteriormente il processo di produzione.

04 I chip automobilistici invitano al processo a 3 nm

Con l’aumento del livello di intelligenza automobilistica, anche i chip correlati si stanno spostando verso processi di produzione più avanzati.

L'ultimo chip di guida intelligente di NVIDIA DRIVE Thor ha una potenza di calcolo di 2000 TOPS e un'architettura Hopper utilizzerà una tecnologia di processo a 4 nm e sarà messo in produzione nel 2025; Nvidia ha affermato che i marchi automobilistici cinesi come BYD, Aian, Xpeng, Ideal e Ji Krypton utilizzeranno DRIVE Thor.

Tesla è più radicale e si sta preparando a lanciare un piano di fonderia di chip con processo a 3 nm. Continuerà a migliorare la velocità e le prestazioni di consumo energetico basate su TSMC N3E e prevede di metterlo in produzione nel 2024. Tuttavia, ci sono ancora dubbi sulla possibilità di farlo. ottenere capacità produttiva.

Dopo aver visto il successo di Qualcomm nel campo delle applicazioni per abitacoli intelligenti, MediaTek non è riuscita più a stare ferma e ha iniziato ad entrare nel mercato dei chip automobilistici, in particolare degli abitacoli intelligenti. Prevede di lanciare la "Dimensity Automotive Platform", che sarà costruita utilizzando il processo a 3 nm .