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텍스트 | 반도체 산업 수직 및 수평

7월 27일, 2024 NIO 혁신 및 기술의 날에서 NIO 회장 Li Bin은 세계 최초의 자동차 등급 5nm 지능형 구동 칩 Shenji NX9031이 성공적으로 테이프아웃되었으며 칩과 기본 소프트웨어가 모두 독립적으로 설계되었다고 발표했습니다.

보고서에 따르면 이 칩은 32코어 CPU 아키텍처, 내장형 LPDDR5x, 8533Mbps 속도 RAM을 사용하고 6.5GPixel/s 픽셀 처리 기능과 5ms 미만의 처리 지연을 제공합니다.

Li Bin은 Shenji NX9031이 500억 개가 넘는 트랜지스터를 보유하고 있으며 자체 개발한 칩 하나가 업계 주력 칩 4개의 성능을 달성할 수 있다고 말했습니다.

이번에 Li Bin의 연설은 Shenji NX9031이 세계 최초의 자동차급 5nm 스마트 드라이빙 칩이라고 주장하여 반도체 업계에서 논란을 일으켰습니다. 그러나 이에 앞서 스마트 드라이빙 시스템에 사용할 수 있는 5nm 칩이 출시되었습니다. , 대표적인 대표로는 NXP의 S32N55 프로세서와 Ambarella의 CV3 시리즈 도메인 컨트롤러가 있습니다.

01분쟁은 어디에 있나요?

Li Bin은 Shenji NX9031이 세계 최초의 5nm 스마트 구동 칩이며 이는 논의할 가치가 있다고 말했습니다.

먼저 NXP와 Ambarella가 출시한 5nm 자동차 칩을 살펴보세요.

NXP는 업계 최초로 자동차 칩 생산에 5nm 공정 기술을 사용한다고 발표한 회사라고 할 수 있습니다. 이 소식을 전한 회사는 파운드리 파트너입니다.

5nm 공정을 사용하는 S32N55 프로세서는 16개의 Arm Cortex-R52 실시간 프로세서 코어를 통합하고 1.2GHz의 주파수에서 작동하므로 소프트웨어 정의 자동차의 높은 컴퓨팅 성능 요구 사항을 충족할 수 있습니다. S32N55의 Cortex-R52 코어는 개별 모드 또는 잠금 단계 모드로 작동할 수 있으며 ASIL ISO 26262 기능 안전 수준을 지원할 수 있습니다. 두 쌍의 보조 록스텝 Cortex-M7 코어가 시스템 및 통신 관리를 지원합니다.

S32 CoreRide 플랫폼을 위한 중앙 차량 컨트롤러 솔루션인 S32N55 프로세서는 24개 CAN FD 버스의 효율적인 내부 라우팅을 위해 TSN(Time Sensitive Network) 2.5Gbit/s 이더넷 스위치 인터페이스, CAN과 고급 네트워크 기술을 통합합니다. 허브, 4개 CAN XL 인터페이스와 PCI Express Gen 4 인터페이스를 통해 자동차 내 다양한 ​​시스템 간의 효율적인 통신 및 협업이 가능합니다. 또한 S32N55의 "코어-핀" 하드웨어 격리 및 가상화 기술을 통해 리소스를 동적으로 분할하여 변화하는 차량 기능 요구 사항에 적응할 수 있습니다.

2022년 초 Ambarella는 ADAS 및 L2+ ~ L4 시스템 개발을 지원할 수 있는 5nm 공정의 CV3 시리즈 칩을 출시했습니다. 이 칩 시리즈는 확장 가능하고 에너지 효율이 높은 CVflow 아키텍처를 기반으로 하며 Ambarella의 이전 세대 자동차 등급 CV2 시리즈보다 42배 더 높은 500 eTOPS 컴퓨팅 성능을 달성할 수 있습니다.

eTOPS의 e는 동등한 것을 의미합니다. CVflow는 어떤 GPU와도 동일하지 않기 때문에 CV3 칩의 AI 컴퓨팅 성능 계산 단위가 일반적으로 사용되는 GPU의 TOPS와 다르기 때문에 여기에 e를 추가하여 일반 칩과 비교하여 동등한 성능을 달성할 수 있음을 나타냅니다. 건축학. NVIDIA Orin 칩은 254TOPS의 컴퓨팅 파워를 가지고 있으며, NIO ET7은 4개의 Orin 캐스케이드를 통해 1016 TOPS의 컴퓨팅 파워를 달성합니다. 4개의 CV3 칩을 캐스케이드하면 2000 eTOPS 컴퓨팅 성능을 얻을 수 있습니다.

2023년 2월 Ambarella는 삼성의 5nm 공정 기술을 사용하여 CV3-AD685를 생산할 것이라고 발표했습니다.

NXP와 Ambarella에 이어 Qualcomm의 자동차 칩도 5nm 공정을 사용하기 시작했습니다. 이때 인텔의 자회사인 엔비디아와 모빌아이는 대부분 스마트 드라이빙 칩에 7나노 공정을 사용하고, 테슬라의 하드웨어3 칩은 삼성의 14나노 공정을 사용한다는 소식이 얼마 전 공급망에서 나왔다. Tesla의 새로운 HW4.0 칩은 TSMC의 4nm/5nm 공정으로 전환됩니다.

NIO, NXP, Ambarella 및 Qualcomm이 모두 5nm 공정 자동차 칩을 녹화하기 전에는 볼 수 있습니다. 그러나 위의 소개에서 볼 수 있듯이 NXP의 S32N55는 제어 칩인 반면 Ambarella, Nvidia, Tesla 및 NIO의 칩은 Qualcomm의 컴퓨팅 칩입니다. 보다 제어 지향적인 스마트 조종석 칩입니다.

컴퓨팅, 제어, 시뮬레이션, 전력, 통신, 센서, 전력, 스토리지로 나눌 수 있는 자동차 칩의 종류에 대해 간략하게 소개합니다. 그 중 컴퓨팅 및 제어 카테고리는 디지털 칩으로 가장 높은 프로세스 요구 사항을 가지고 있으며, 지능형 주행이 증가함에 따라 칩 컴퓨팅 성능에 대한 요구 사항이 날로 증가하고 있습니다. 매우 중요한 지표이며 제어 범주는 두 번째입니다.

요약하자면, 업계 최초로 5nm 공정 기술을 사용해 스마트 드라이빙 칩을 제조하는 것은 NXP나 Ambarella가 되어야 합니다. NIO는 중국에서 5nm 공정을 사용해 스마트 드라이빙 칩을 제조한 최초의 회사입니다.

그렇다면 왜 Weilai는 이러한 고급 칩을 자체적으로 개발합니까? NVIDIA부터 시작해 보겠습니다.

현재 업계에서 가장 많이 사용되는 플래그십 스마트 드라이빙 칩은 엔비디아의 오린엑스(Orin-x)로 단일칩 컴퓨팅 성능이 508TOPS다. 또한 NVIDIA는 단일 칩 컴퓨팅 성능이 2000TOPS인 DRIVE Thor 칩도 출시했으며 2025년까지 양산되지 않을 예정입니다.

2023년 NIO는 NVIDIA 스마트 드라이빙 칩을 많이 구매했는데, 이는 NVIDIA 출하량의 46%를 차지하며 총 금액은 3억 달러에 달합니다. 이는 막대한 비용이다. 연구개발에 적자를 내고 있는 웨이라이로서는 점점 더 커지는 중국 자동차 시장의 혁신에 맞춰 비용 절감과 효율성 향상이 필요하다. 이를 바탕으로 자체 개발한 지능형 구동 칩을 개발하는 것이 논리적이다. Shenji NX9031 1대는 Nvidia Orin X 4대와 맞먹으므로 칩 비용을 많이 절약할 수 있다.

02 5nm 공정을 이용한 지능형 구동칩 제조의 가치

전통적으로 자동차 칩은 공정 기술(대부분 20nm 이상의 공정)에 대한 요구 사항이 높지 않지만 칩의 안정성과 신뢰성에 대한 요구 사항은 높습니다. 즉, 자동차는 자동차 등급 칩을 사용해야 합니다.

자동차 등급 칩은 자동차 애플리케이션용으로 특별히 설계 및 제조되었으며 엄격한 자동차 산업 표준을 충족하는 칩을 의미합니다. 이러한 칩은 극한 온도 범위, 높은 진동, 고압, 높은 습도, EMI 등과 같은 열악한 환경에서 안정적이고 신뢰할 수 있는 성능을 유지해야 하며 일반적으로 AEC-Q 시리즈 인증과 같은 자동차 산업 품질 표준에 의해 검사됩니다.

자동차의 매우 높은 안전성 및 신뢰성 요구 사항을 기반으로 모든 칩 오류는 심각한 안전 사고로 이어질 수 있습니다. 따라서 소비자 등급 또는 산업용 등급 칩과 비교하여 자동차 등급 칩은 더 높은 품질 요구 사항을 갖습니다. 엔진 제어, 제동 시스템, 안전 시스템, 차량 엔터테인먼트 정보 시스템 및 ADAS와 같은 차량 하위 시스템.

고급 프로세스(16nm 이하)는 칩 성능을 향상하고 전력 소비를 줄일 수 있지만, 예를 들어 프로세스 노드가 작을수록 칩 생산 비용이 더 높아집니다. 정확한 생산을 위해서는 장비와 기술이 필요하며 이로 인해 비용도 증가합니다.

따라서 자동차 칩 제조업체는 물론 자동차 제조업체도 칩의 성능, 비용 및 신뢰성 간의 균형을 찾아야 합니다. 차량의 목적, 성능 요구 사항 및 비용 예산에 따라 적절한 공정 기술을 선택해야 합니다. 일부 고급 모델의 경우 제조업체는 차량 성능을 개선하기 위해 보다 발전된 프로세스를 사용할 수 있습니다. 일부 경제적인 모델의 경우 제조업체는 생산 비용을 줄이기 위해 보다 경제적인 프로세스를 선택합니다.

일반적으로 자동차 칩의 주류 제조 공정은 40nm에서 16nm 사이입니다.

그러나 스마트 드라이빙이 대중화되면서 컴퓨팅 파워가 자동차 애플리케이션을 지배하기 시작하면서 전통적인 자동차 칩의 제조 프레임워크가 깨졌습니다.

실제로 실무자들은 컴퓨팅 성능을 쌓으면 필연적으로 낭비가 발생한다는 것을 알고 있습니다. 그러나 눈에 보이지 않는 소프트웨어 알고리즘에 비해 실제 컴퓨팅 성능 지표는 쉽게 확인할 수 있습니다. 사용자의 하드웨어 성능 추구는 모바일 전자 제품에서 가장 생생하게 반영됩니다. 이제 동일한 상황이 스마트 자동차에도 확장되었습니다.

이를 바탕으로 시장에서는 다양한 마케팅 수사가 등장했다. 예를 들어 일부 언론에서는 칩의 컴퓨팅 파워 수준을 '집 획득률'에 비유하며 밀도 높은 컴퓨팅 파워와 희박한 컴퓨팅 파워의 차이를 이용해 완전히 다른 컴퓨팅 파워를 계산했다. 결론적으로. 최근 컴퓨팅 파워는 자동차 제조사와 관련 칩 업체들이 극복할 수 없는 장애물이 됐다. 점점 더 새로 공개되는 스마트 드라이빙 칩은 컴퓨팅 파워를 높이는 것이 시장 평가 수준을 높이는 가장 효과적인 방법이라는 것을 입증하고 있다.

현재 300,000TOPS가 넘는 많은 신형 파워 SUV의 컴퓨팅 성능이 100TOPS를 초과했으며 일부 브랜드 자동차의 컴퓨팅 성능도 1,000TOPS를 초과했습니다. 중복성이 많아도 더 높은 컴퓨팅 성능을 거부하는 사람은 없을 것 같습니다.

칩 컴퓨팅 성능이 500TOPS, 심지어 1,000TOPS를 초과하는 경우가 많기 때문에 프로세스 기술과 같은 칩의 다른 지표가 대중의 관심을 끌 수밖에 없습니다. 자동차 등급 칩에 대한 궁극적인 프로세스 추구는 없지만 스마트 운전 및 스마트 조종석 분야에서 칩 제조 프로세스는 분명히 5nm 또는 더 작은 프로세스 노드로 발전하기 시작했습니다. 7nm에 비해 TSMC의 5nm 공정은 처리 속도가 20% 향상되고 전력 소비가 40% 감소합니다. 5nm로 전환하면 자동차 제조업체는 향상된 기능을 통해 자동차에 차별화된 이점을 제공하고 점점 복잡해지는 아키텍처 문제를 단순화하고 강력한 컴퓨팅을 배포하는 데 도움이 됩니다. 시스템을 쉽게 사용할 수 있습니다.

이에 자동차 칩용 5나노 공정의 가치가 부각되고 있다.

이러한 시장 요구에 따라 TSMC도 '헝거 마케팅'에 나섰다. 2023년 7월 TSMC 유럽 총괄 폴 드 보트(Paul de Bot)는 독일에서 열린 '제27차 자동차 전자 컨퍼런스'에서 자동차 산업은 오랫동안 기술 후발주자로 여겨져 성숙한 공정에만 집중했지만 실제로는 그렇지 못했다고 말했다. 일부 자동차 칩 공급업체는 5nm가 공식적으로 대량 생산된 지 불과 2년만인 2022년부터 5nm 공정 기술을 사용하기 시작할 예정입니다. 삼성 5나노 공정 평균 수율로 인해 현재 5나노 공정 칩을 양산할 수 있는 웨이퍼 파운드리는 TSMC가 거의 유일하다. 따라서 회사의 생산 능력은 공급이 부족하며 자동차 산업을 위한 유휴 생산 능력을 확보하는 것은 불가능하며 자동차 칩은 첨단 공정으로의 전환을 가속화해야 한다고 밝혔습니다. Paul de Bot은 자동차 제조업체가 미래 지향적인 계획을 수행하고 주문 수량을 제어하는 ​​것이 절대적으로 필요하며 일부 자동차 칩을 원래의 성숙한 프로세스 노드에서 고급 프로세스로 전환하는 것도 공급을 보장하는 중요한 수단이라고 믿습니다.

가전제품과 서버 애플리케이션에 비해 자동차 칩 웨이퍼 파운드리 시장은 점유율이 더 작지만(10% 미만) 단가는 매우 높은 수익성이 있는 시장입니다. TSMC의 관점에서 볼 때, 코로나19 전염병 동안 TSMC의 연간 자동차 칩 사업은 약 40% 증가했습니다. 웨이퍼 파운드리 선두업체는 특히 고급 공정에 대해 앞으로도 이 고객 기반을 유지하고 확장하기를 희망합니다.

03 스마트 콕핏 칩에도 5nm 필요

위의 소개는 모두 컴퓨팅에 더 초점을 맞춘 스마트 드라이빙 칩입니다. 또 다른 주요 범주는 제어에 더 초점을 맞춘 스마트 콕핏 칩이며, 고급 제조 프로세스에 대한 수요가 점점 더 시급해지고 있습니다.

스마트 조종석에는 주로 고화질 디스플레이, 계기판, 능동 안전 경보, 실시간 내비게이션, 온라인 인포테인먼트, 긴급 구조, 차량 인터넷 및 인간-컴퓨터 상호 작용 시스템(음성 인식, 동작 인식)을 포함한 여러 기능 블록이 있습니다. 등. 주요 기능은 인간과 컴퓨터의 상호 작용 방식을 변경하여 운전자와 승객의 경험을 향상시키는 것입니다. 이때 인공지능(AI) 기술의 중요성이 부각되면서 관련 칩에 대한 성능 요구사항도 높아졌다.

스마트 조종석 칩의 대표적인 대표자는 Qualcomm Snapdragon 8155와 우리가 자주 듣는 업데이트된 8295 칩입니다.

2021년 말, 퀄컴은 5nm 공정을 적용한 스냅드래곤 8295를 출시했는데, 이전 세대 8155(7nm 공정)의 8TOPS 컴퓨팅 성능과 비교하면 8255는 30TOPS의 컴퓨팅 성능을 갖췄으며, 3D 렌더링 성능이 3배 향상됐다. 거울, 머신 러닝, 승객 모니터링, 정보 보안 등의 기능을 통합한 전자 후면 보기를 통해 하나의 칩으로 11개의 화면을 구동할 수 있습니다.

콕핏 칩 외에도 퀄컴 스냅드래곤 라이드(Qualcomm Snapdragon Ride) 지능형 구동 플랫폼의 핵심 SoC도 5nm 공정을 기반으로 구축되었으며 고성능 CPU, GPU, AI 엔진 등 핵심 구성 요소를 통합하여 최대 700TOPS의 컴퓨팅 성능을 제공합니다. 하지만 다른 주요 스마트 드라이빙 칩 제조사(엔비디아, 인텔의 모빌아이, 테슬라)에 비해 퀄컴의 스마트 드라이빙 칩의 존재감은 상대적으로 약하다.

Qualcomm과 같은 업계 주요 기업 외에도 중국의 현지 SoC 회사들도 현재 7nm로 발전한 첨단 공정 스마트 콕핏 칩을 향해 나아가고 있습니다. 국제 무역 제한이 그렇게 많지 않았다면 분명히 5nm 공정이 있었을 것입니다. 현재 Horizon, Heiyima Intelligence, Xinchi Technology 및 Xinjing Technology가 모두 관련 제품을 출시했으며 그중 Xinqing Technology가 자체 개발한 국내 최초 자동차 등급 7nm 칩인 "Longying No.1"이 자동차에 탑재되었습니다. Black Sesame Intelligence는 자체 개발한 최초의 7nm 칩 Wudang C1200을 출시했습니다. Horizon의 Journey 6 시리즈 칩도 7nm 공정 기술을 사용하며 560TOPS의 단일 컴퓨팅 성능을 갖추고 있으며 2024년에 대량 생산될 예정입니다. 또는 Journey 8이 대량 생산되면 제조 공정이 더욱 개선될 것으로 예상됩니다.

04 자동차 칩, 3나노 공정으로 손짓

자동차 지능 수준이 높아짐에 따라 관련 칩도 더욱 발전된 제조 공정으로 이동하고 있습니다.

NVIDIA의 최신 스마트 구동 칩 DRIVE Thor는 2000 TOPS의 컴퓨팅 성능과 Hopper 아키텍처를 갖추고 있으며 4nm 공정 기술을 사용하며 2025년에 생산될 예정입니다. 엔비디아는 BYD, Aian, Xpeng, Ideal, Ji Krypton 등 중국 자동차 브랜드가 DRIVE Thor를 사용할 것이라고 밝혔습니다.

Tesla는 더욱 급진적으로 3nm 공정 칩 파운드리 계획을 준비하고 있습니다. TSMC N3E를 기반으로 속도와 전력 소비 성능을 지속적으로 향상하고 2024년에 생산에 투입할 계획입니다. 하지만 여전히 가능할지는 의문입니다. 생산능력을 확보합니다.

스마트 콕핏 애플리케이션 분야에서 퀄컴의 성공을 본 미디어텍은 가만히 있지 못하고 자동차 칩 시장, 특히 스마트 콕핏 시장에 진출하기 시작했다. 이 플랫폼은 3nm 공정으로 구축될 예정이다. .