notícias

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Texto | Indústria de semicondutores vertical e horizontal

Em 27 de julho, no Dia de Inovação e Tecnologia da NIO de 2024, o presidente da NIO, Li Bin, anunciou que o primeiro chip de direção inteligente de 5 nm de nível automotivo do mundo, Shenji NX9031, foi removido com sucesso, e tanto o chip quanto o software subjacente foram projetados de forma independente.

Segundo relatos, este chip usa uma arquitetura de CPU de 32 núcleos, LPDDR5x integrado, RAM com taxa de 8533 Mbps, capacidade de processamento de pixel de 6,5 GPixel/s e atraso de processamento de menos de 5 ms.

Li Bin disse que Shenji NX9031 tem mais de 50 bilhões de transistores. Em termos de recursos abrangentes e eficiência de execução, um chip desenvolvido por ele mesmo pode atingir o desempenho de quatro chips emblemáticos da indústria.

Desta vez, o discurso de Li Bin causou alguma controvérsia na indústria de semicondutores porque ele afirmou que Shenji NX9031 é o primeiro chip de direção inteligente de 5 nm para automóveis do mundo. No entanto, antes disso, foram lançados chips de 5 nm que podem ser usados ​​​​para sistemas de direção inteligentes. , os representantes típicos são o processador S32N55 da NXP e os controladores de domínio da série CV3 da Ambarella.

01Onde está a disputa?

Li Bin disse que Shenji NX9031 é o primeiro chip de condução inteligente de 5 nm do mundo, o que vale a pena discutir.

Primeiro, dê uma olhada nos chips automotivos de 5 nm lançados pela NXP e Ambarella.

Pode-se dizer que a NXP é a primeira empresa do setor a anunciar o uso da tecnologia de processo de 5 nm para produzir chips automotivos. Já em junho de 2020, a empresa anunciou esta notícia.

O processador S32N55, que usa um processo de 5 nm, integra 16 núcleos de processador Arm Cortex-R52 em tempo real e opera a uma frequência de 1,2 GHz, o que pode atender aos altos requisitos de poder de computação dos carros definidos por software. O núcleo Cortex-R52 do S32N55 pode operar em modos separados ou sincronizados e pode suportar níveis de segurança funcional ASIL ISO 26262. Dois pares de núcleos Cortex-M7 secundários em bloqueio suportam o gerenciamento do sistema e das comunicações.

Como solução de controlador central de veículo para a plataforma S32 CoreRide, o processador S32N55 integra tecnologia de rede avançada com uma interface de switch Ethernet de rede sensível ao tempo (TSN) de 2,5 Gbit/s, CAN para roteamento interno eficiente de 24 barramentos CAN FD O hub, 4 CAN As interfaces XL e uma interface PCI Express Gen 4 permitem comunicação eficiente e trabalho colaborativo entre vários sistemas no carro. Além disso, a tecnologia de isolamento e virtualização de hardware “core-to-pin” do S32N55 permite que seus recursos sejam particionados dinamicamente para se adaptarem às mudanças nos requisitos funcionais do veículo.

No início de 2022, Ambarella lançou a série CV3 de chips com processo de 5 nm, que pode suportar o desenvolvimento de sistemas ADAS e L2+ ~ L4. Esta série de chips é baseada na arquitetura CVflow escalonável e de alta eficiência energética e pode atingir 500 eTOPS de potência de computação, o que é 42 vezes maior do que a série CV2 para automóveis da geração anterior da Ambarella.

O e em eTOPS refere-se a equivalente. Como o CVflow não é equivalente a nenhuma GPU, isso faz com que a unidade de contagem do poder de computação de IA do chip CV3 seja diferente dos TOPS das GPUs comumente usadas. O e é adicionado aqui para indicar que ele pode atingir desempenho equivalente em comparação com o chip geral. arquitetura. O chip NVIDIA Orin tem um poder de computação de 254TOPS e o NIO ET7 atinge um poder de computação de 1016 TOPS por meio de 4 cascatas Orin. Se quatro chips CV3 estiverem em cascata, o poder de computação de 2.000 eTOPS pode ser alcançado.

Em fevereiro de 2023, Ambarella anunciou que usaria a tecnologia de processo de 5 nm da Samsung para produzir CV3-AD685.

Seguindo NXP e Ambarella, os chips automotivos da Qualcomm também começaram a usar o processo de 5 nm. Neste momento, devemos dizer que Nvidia e Mobileye, uma subsidiária da Intel, usam principalmente o processo de 7nm para seus chips de condução inteligente, enquanto o chip HardWare 3 da Tesla usa o processo de 14nm da Samsung. Não faz muito tempo, surgiram notícias da cadeia de suprimentos. O novo chip HW4.0 da Tesla mudará para o processo 4nm/5nm da TSMC.

Pode-se ver que antes da NIO, NXP, Ambarella e Qualcomm gravarem chips automotivos de processo de 5 nm. No entanto, ainda existem algumas diferenças nos tipos de chips e aplicações dessas empresas. Como pode ser visto na introdução acima, o S32N55 da NXP é um chip de controle, enquanto os da Ambarella, Nvidia, Tesla e NIO são chips de computação, da Qualcomm. é um chip de cockpit inteligente, mais orientado para o controle.

Aqui está uma breve introdução aos tipos de chips automotivos, que podem ser divididos em computação, controle, simulação, energia, comunicação, sensor, energia e armazenamento. Entre eles, as categorias de computação e controle são chips digitais e possuem os mais altos requisitos de processo. Com o surgimento da direção inteligente, os requisitos de poder de computação do chip estão aumentando a cada dia. indicador muito crítico, e a categoria de controle é a segunda.

Resumindo, o primeiro na indústria a usar a tecnologia de processo de 5 nm para fabricar chips de condução inteligentes deve ser o NXP ou o Ambarella. A NIO é a primeira empresa na China a usar o processo de 5 nm para fabricar chips de condução inteligentes.

Então, por que a Weilai desenvolve sozinha esses chips de última geração? Vamos começar com NVIDIA.

Atualmente, o principal chip de condução inteligente mais usado da indústria é o Orin-x da NVIDIA, que possui um poder de computação de chip único de 508TOPS. Além disso, a NVIDIA também lançou um chip DRIVE Thor com capacidade de computação de chip único de 2.000TOPS e não será produzido em massa até 2025.

Em 2023, a NIO comprou muitos chips de condução inteligente da NVIDIA, representando 46% das remessas da NVIDIA, com um valor total de US$ 300 milhões. Trata-se de uma despesa enorme Para Weilai, que tem vindo a perder dinheiro em investigação e desenvolvimento, a redução de custos e a melhoria da eficiência são necessárias na crescente involução do mercado automóvel chinês. Com base nisso, é lógico desenvolver chips de condução inteligentes autodesenvolvidos. Um Shenji NX9031 é equivalente a quatro Nvidia Orin Xs, o que pode economizar muitas despesas com chips.

02 O valor do uso do processo de 5 nm para fabricar chips de condução inteligentes

Tradicionalmente, os chips automotivos não possuem altos requisitos de tecnologia de processo (principalmente processos acima de 20nm), mas possuem altos requisitos de estabilidade e confiabilidade dos chips. Em outras palavras, os carros devem usar Chips de Grau Automotivo.

Chips de nível automotivo referem-se aos chips projetados e fabricados especificamente para aplicações automotivas e que atendem aos rigorosos padrões da indústria automotiva. Esses chips precisam manter um desempenho estável e confiável em ambientes agressivos, como faixas extremas de temperatura, alta vibração, alta pressão, alta umidade, EMI, etc., e geralmente são inspecionados pelos padrões de qualidade da indústria automotiva, como a certificação da série AEC-Q.

Com base nos requisitos extremamente elevados de segurança e confiabilidade dos automóveis, qualquer falha de chip pode levar a graves acidentes de segurança. Portanto, em comparação com os chips de consumo ou de nível industrial, os chips de classe automotiva têm requisitos de qualidade mais elevados. subsistemas de veículos, como controle de motor, sistemas de freios, sistemas de segurança, sistemas de informações de entretenimento de veículos e ADAS.

Embora os processos avançados (16 nm e abaixo) possam melhorar o desempenho do chip e reduzir o consumo de energia, eles também trazem alguns desafios. Por exemplo, quanto menor o nó do processo, maior o custo de produção do chip. produção precisa de equipamentos e tecnologia, o que também aumentará os custos.

Portanto, os fabricantes de chips automotivos, bem como os fabricantes de automóveis, precisam encontrar um equilíbrio entre desempenho, custo e confiabilidade do chip. Eles precisam escolher a tecnologia de processo apropriada com base na finalidade do veículo, nos requisitos de desempenho e no orçamento de custos. Para alguns modelos topo de gama, os fabricantes podem utilizar processos mais avançados para melhorar o desempenho do veículo. Para alguns modelos económicos, os fabricantes escolherão processos mais económicos para reduzir os custos de produção.

De modo geral, o principal processo de fabricação de chips automotivos está entre 40nm e 16nm.

No entanto, com a popularidade da condução inteligente, a estrutura de produção dos chips automotivos tradicionais foi quebrada, à medida que o poder da computação começou a dominar as aplicações automotivas.

Na verdade, os profissionais sabem que o empilhamento do poder de computação levará inevitavelmente ao desperdício. No entanto, em comparação com algoritmos de software invisíveis, os indicadores reais de poder de computação podem ser facilmente determinados. A busca dos usuários por recursos de hardware se reflete mais claramente nos produtos eletrônicos móveis. Agora, a mesma situação se estende aos carros inteligentes.

Com base nisso, várias retóricas de marketing surgiram no mercado. Por exemplo, alguns meios de comunicação compararam o nível de poder de computação do chip à "taxa de aquisição de casas", usando a diferença entre o poder de computação denso e o poder de computação escasso para calcular uma computação completamente diferente. poder em conclusão. Hoje em dia, o poder da computação tornou-se um obstáculo que os fabricantes de automóveis e empresas de chips relacionadas não conseguem superar. Cada vez mais chips de condução inteligentes recentemente revelados provam que aumentar o poder da computação é a maneira mais eficaz de melhorar os níveis de avaliação do mercado.

Atualmente, o poder de computação de muitos novos SUVs potentes com mais de 300.000 TOPS ultrapassou 100 TOPS, e o poder de computação de alguns carros de marca ultrapassou até 1.000 TOPS. Mesmo que haja muita redundância, ninguém parece recusar maior poder computacional.

Como o poder de computação do chip frequentemente excede 500 TOPS ou mesmo 1.000 TOPS, outros indicadores do chip certamente atrairão a atenção do público, como a tecnologia de processo. Embora não haja uma busca definitiva por processos para chips para automóveis, no campo da direção inteligente e do cockpit inteligente, o processo de fabricação de chips obviamente começou a avançar em direção a 5 nm ou nós de processo ainda menores. Comparado com 7nm, o processo de 5nm da TSMC tem um aumento de 20% na velocidade de processamento e uma redução de 40% no consumo de energia. A mudança para 5nm ajudará as montadoras a trazer vantagens diferenciadas para seus carros por meio de recursos aprimorados e simplificar os desafios arquitetônicos cada vez mais complexos e implantar computação poderosa. sistemas com facilidade.

Portanto, ganha destaque o valor do processo de 5nm para chips automotivos.

Sob essa demanda do mercado, a TSMC também começou a se envolver no “marketing da fome”. Em julho de 2023, Paul de Bot, gerente geral da TSMC Europe, disse na "27ª Conferência de Eletrônica Automotiva" realizada na Alemanha que a indústria automotiva há muito é considerada retardatária tecnológica e se concentra apenas em processos maduros, mas na verdade, tem Alguns fornecedores de chips automotivos começarão a usar a tecnologia de processo de 5 nm em 2022, apenas dois anos após o 5 nm ter sido oficialmente colocado em produção em massa. Devido à taxa média de rendimento do processo de 5 nm da Samsung, a TSMC é atualmente quase a única fundição de wafer capaz de produzir chips de processo de 5 nm em massa. Portanto, a capacidade de produção da empresa é escassa. A TSMC afirmou que é impossível reservar capacidade de produção ociosa para a indústria automotiva e que os chips automotivos precisam acelerar sua mudança para processos avançados. Paul de Bot acredita que é absolutamente necessário que os fabricantes de automóveis realizem um planejamento e controle prospectivos das quantidades de pedidos, e que a mudança de alguns chips automotivos de nós de processos originais maduros para processos avançados também é um meio importante de garantir o fornecimento.

Comparado com eletrônicos de consumo e aplicações de servidor, o mercado de fundição de wafer de chips automotivos representa uma participação menor (menos de 10%), mas o preço unitário é mais alto. Do ponto de vista da TSMC, durante a epidemia de COVID-19, o negócio anual de chips automotivos da TSMC aumentou cerca de 40%. O líder da fundição de wafer espera reter e expandir esta base de clientes no futuro, especialmente para processos avançados.

03 Chips de cockpit inteligentes também requerem 5 nm

As introduções acima são todos chips de direção inteligentes, mais focados na computação. A outra categoria principal são os chips de cockpit inteligentes, mais focados no controle, e a demanda por processos de fabricação avançados está se tornando cada vez mais urgente.

O cockpit inteligente possui vários blocos funcionais, incluindo principalmente display de alta definição, instrumentos, alarme de segurança ativo, navegação em tempo real, infoentretenimento online, resgate de emergência, Internet de veículos e sistema de interação humano-computador (reconhecimento de voz, reconhecimento de gestos), etc. Suas principais funções são Melhorar a experiência do motorista e do passageiro, alterando a forma como ocorre a interação humano-computador. Neste momento, a importância da tecnologia de inteligência artificial (IA) ganhou destaque e os requisitos de desempenho para chips relacionados também aumentaram.

Representantes típicos de chips de cockpit inteligentes são o Qualcomm Snapdragon 8155 e o chip 8295 atualizado, dos quais ouvimos falar com frequência.

No final de 2021, a Qualcomm lançou o Snapdragon 8295 usando o processo de 5 nm. Comparado com o poder de computação 8TOPS da geração anterior 8155 (processo de 7 nm), o 8255 tem um poder de computação de 30TOPS, uma capacidade de renderização 3D aumentada em 3 vezes. e retrovisor eletrônico integrado Com funções como espelhos, aprendizado de máquina, monitoramento de passageiros e segurança da informação, um chip pode acionar 11 telas.

Além do chip do cockpit, o núcleo SoC da plataforma de direção inteligente Qualcomm Snapdragon Ride também é construído no processo de 5 nm e integra componentes principais como CPU de alto desempenho, GPU e mecanismo de IA, com potência máxima de computação de 700TOPS. No entanto, em comparação com outros grandes fabricantes de chips de condução inteligente (Nvidia, Mobileye da Intel, Tesla), os chips de condução inteligente da Qualcomm têm uma presença relativamente fraca.

Além dos principais players da indústria, como a Qualcomm, as empresas locais de SoC da China também estão migrando para chips de cockpit inteligentes de processo avançado, que agora progrediram para 7 nm. Se não houvesse tantas restrições ao comércio internacional, definitivamente haveria processos de 5 nm. Atualmente, Horizon, Heiyima Intelligence, Xinchi Technology e Xinjing Technology lançaram produtos relacionados. Entre eles, o "Longying No. 1" desenvolvido pela própria Xinqing Technology, como o primeiro chip doméstico de 7 nm para automóveis, foi colocado no carro. .Black Sesame Intelligence lançou o primeiro chip de 7nm autodesenvolvido Wudang C1200 Os chips da série Journey 6 da Horizon também usam a tecnologia de processo de 7nm. O chip principal tem um único poder de computação de 560TOPS e será produzido em massa em 2024. ou Journey 8 são produzidos em massa, espera-se que melhorem ainda mais o processo de fabricação.

04 Chips automotivos acenam para o processo de 3 nm

À medida que o nível de inteligência automóvel aumenta, os chips relacionados também estão a evoluir para processos de fabrico mais avançados.

O mais recente chip de condução inteligente da NVIDIA, DRIVE Thor, tem um poder de computação de 2.000 TOPS e uma arquitetura Hopper; usará uma tecnologia de processo de 4 nm e será colocado em produção em 2025. A Nvidia disse que marcas de automóveis chinesas como BYD, Aian, Xpeng, Ideal e Ji Krypton usarão o DRIVE Thor.

Tesla é mais radical e está se preparando para lançar um plano de fundição de chips de processo de 3nm. Ele continuará a melhorar a velocidade e o desempenho do consumo de energia com base no TSMC N3E e planeja colocá-lo em produção em 2024. No entanto, ainda há dúvidas sobre se isso será possível. obter capacidade de produção.

Depois de ver o sucesso da Qualcomm no campo de aplicações de cockpits inteligentes, a MediaTek não aguentou e começou a entrar no mercado de chips automotivos, especialmente em cockpits inteligentes. Ela planeja lançar a "Plataforma de Veículos Dimensity", que será construída usando o processo de 3nm. .