Новости

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Текст | Полупроводниковая промышленность вертикальная и горизонтальная

27 июля, на Дне инноваций и технологий NIO 2024 года, председатель NIO Ли Бинь объявил, что первый в мире 5-нм интеллектуальный чип автомобильного уровня Shenji NX9031 был успешно выведен на пленку, а чип и лежащее в его основе программное обеспечение были разработаны независимо.

По имеющимся данным, этот чип использует 32-ядерную архитектуру ЦП, встроенную ОЗУ LPDDR5x, скорость 8533 Мбит/с, скорость обработки пикселей 6,5 Гпикселей/с и задержку обработки менее 5 мс.

Ли Бинь сказал, что Shenji NX9031 имеет более 50 миллиардов транзисторов. С точки зрения комплексных возможностей и эффективности исполнения один чип собственной разработки может достичь производительности четырех флагманских чипов отрасли.

На этот раз выступление Ли Биня вызвало некоторую полемику в полупроводниковой промышленности, поскольку он заявил, что Shenji NX9031 — это первый в мире 5-нм чип для интеллектуального вождения автомобиля. Однако до этого были выпущены 5-нм чипы, которые можно использовать для интеллектуальных систем вождения. Типичными представителями являются процессор S32N55 компании NXP и контроллеры домена серии CV3 компании Ambarella.

01Где спор?

Ли Бинь сказал, что Shenji NX9031 — это первый в мире 5-нм чип для интеллектуального вождения, который заслуживает обсуждения.

Во-первых, взгляните на 5-нм автомобильные чипы, выпущенные компаниями NXP и Ambarella.

Можно сказать, что NXP — первая компания в отрасли, объявившая об использовании 5-нм техпроцесса для производства автомобильных чипов. Еще в июне 2020 года компания объявила об этой новости. Партнером-литейщиком является TSMC.

Процессор S32N55, изготовленный по 5-нм техпроцессу, объединяет 16 ядер процессора реального времени Arm Cortex-R52 и работает на частоте 1,2 ГГц, что может удовлетворить высокие требования к вычислительной мощности программно-определяемых автомобилей. Ядро Cortex-R52 процессора S32N55 может работать в раздельном или пошаговом режимах и поддерживать уровни функциональной безопасности ASIL ISO 26262. Две пары вторичных ядер Cortex-M7 поддерживают систему и управление связью.

В качестве решения центрального контроллера автомобиля для платформы S32 CoreRide процессор S32N55 объединяет передовые сетевые технологии с интерфейсом Ethernet-коммутатора Time Sensitive Network (TSN) 2,5 Гбит/с, CAN для эффективной внутренней маршрутизации 24 шин CAN FD. Концентратор, 4 CAN. Интерфейсы XL и интерфейс PCI Express Gen 4 обеспечивают эффективную связь и совместную работу между различными системами автомобиля. Кроме того, технология аппаратной изоляции и виртуализации S32N55 позволяет динамически разделять его ресурсы для адаптации к меняющимся функциональным требованиям автомобиля.

В начале 2022 года Ambarella выпустила серию чипов CV3 с 5-нм техпроцессом, которые могут поддерживать разработку систем ADAS и L2+ ~ L4. Эта серия чипов основана на масштабируемой, высокоэффективной архитектуре CVflow и может достигать вычислительной мощности 500 eTOPS, что в 42 раза выше, чем у серии CV2 автомобильного класса Ambarella предыдущего поколения.

Буква e в eTOPS означает эквивалент. Поскольку CVflow не эквивалентен никакому графическому процессору, это приводит к тому, что вычислительная мощность искусственного интеллекта чипа CV3 будет отличаться от TOPS обычно используемых графических процессоров. Здесь добавлена ​​буква e, чтобы указать, что он может достичь эквивалентной производительности по сравнению с обычным чипом. архитектура. Чип NVIDIA Orin имеет вычислительную мощность 254 TOPS, а NIO ET7 достигает вычислительной мощности 1016 TOPS за счет 4 каскадов Orin. При каскадном соединении четырех чипов CV3 можно достичь вычислительной мощности 2000 eTOPS.

В феврале 2023 года Ambarella объявила, что будет использовать 5-нм техпроцесс Samsung для производства CV3-AD685.

Вслед за NXP и Ambarella автомобильные чипы Qualcomm также начали использовать 5-нм техпроцесс. В настоящее время мы должны сказать, что Nvidia и Mobileye, дочерняя компания Intel, в основном используют 7-нм процесс для своих чипов интеллектуального вождения, в то время как чип Tesla HardWare 3 использует 14-нм процесс Samsung. Не так давно из цепочки поставок появились новости. Новый чип Tesla HW4.0 перейдет на 4-нм/5-нм техпроцесс TSMC.

Видно, что до того, как NIO, NXP, Ambarella и Qualcomm начали выпускать автомобильные чипы по 5-нм техпроцессу. Тем не менее, существуют некоторые различия в типах чипов и приложениях этих компаний. Как видно из приведенного выше введения, чип S32N55 от NXP является управляющим чипом, а чипы Ambarella, Nvidia, Tesla и NIO — вычислительными чипами Qualcomm. это интеллектуальный чип кабины, который больше ориентирован на управление.

Вот краткое введение в типы автомобильных чипов, которые можно разделить на вычислительные, управляющие, симуляционные, силовые, коммуникационные, сенсорные, силовые и запоминающие. Среди них категории вычислений и управления представляют собой цифровые чипы, к которым предъявляются самые высокие технологические требования. С развитием интеллектуального вождения требования к вычислительной мощности чипов растут с каждым днем. очень критичный показатель, а категория контроля вторая.

Подводя итог, можно сказать, что первыми в отрасли, использующими 5-нм техпроцесс для производства чипов для интеллектуального вождения, должны стать NXP или Ambarella. NIO — первая компания в Китае, которая использует 5-нм техпроцесс для производства чипов для интеллектуального вождения.

Так почему же Weilai сама разрабатывает такие высококлассные чипы? Начнем с NVIDIA.

В настоящее время наиболее часто используемым флагманским чипом для интеллектуального вождения в отрасли является Orin-x от NVIDIA, вычислительная мощность которого составляет 508TOPS. Кроме того, NVIDIA также выпустила чип DRIVE Thor с однокристальной вычислительной мощностью 2000TOPS, который не будет производиться серийно до 2025 года.

В 2023 году NIO приобрела множество чипов NVIDIA для интеллектуального вождения, что составило 46% поставок NVIDIA на общую сумму 300 миллионов долларов США. Это огромные затраты. Для Weilai, которая теряет деньги на исследованиях и разработках, снижение затрат и повышение эффективности необходимы в условиях растущей инволюции китайского автомобильного рынка. Исходя из этого, логично разработать собственные интеллектуальные чипы вождения. Один Shenji NX9031 эквивалентен четырем Nvidia Orin X, что может сэкономить много затрат на чипы.

02 Ценность использования 5-нм процесса для производства интеллектуальных чипов управления

Традиционно автомобильные чипы не предъявляют высоких требований к техпроцессу (в основном процессы выше 20 нм), но предъявляют высокие требования к стабильности и надежности чипов. Другими словами, автомобили должны использовать чипы автомобильного класса.

Чипы автомобильного класса — это чипы, которые разработаны и изготовлены специально для автомобильной промышленности и соответствуют строгим стандартам автомобильной промышленности. Такие чипы должны поддерживать стабильную и надежную работу в суровых условиях, таких как экстремальные температуры, высокая вибрация, высокое давление, высокая влажность, электромагнитные помехи и т. д., и обычно проверяются стандартами качества автомобильной промышленности, такими как сертификация серии AEC-Q.

Учитывая чрезвычайно высокие требования к безопасности и надежности автомобилей, любой отказ чипа может привести к серьезным авариям в сфере безопасности. Поэтому по сравнению с чипами потребительского или промышленного класса чипы автомобильного класса предъявляют более высокие требования к качеству. подсистемы транспортных средств, такие как управление двигателем, тормозные системы, системы безопасности, информационные системы автомобильных развлечений и ADAS.

Хотя передовые процессы (16 нм и ниже) могут улучшить производительность чипа и снизить энергопотребление, они также создают некоторые проблемы. Например, чем меньше технологический узел, тем выше стоимость производства чипа. Кроме того, для микросхем небольшого размера требуется больше. точное производство оборудования и технологий, что также приведет к увеличению затрат.

Поэтому производителям автомобильных чипов, а также производителям автомобилей необходимо найти баланс между производительностью, стоимостью и надежностью чипа. Им необходимо выбрать подходящую технологию процесса, исходя из назначения автомобиля, требований к производительности и бюджета затрат. Для некоторых моделей высокого класса производители могут использовать более совершенные процессы для улучшения характеристик автомобиля. Для некоторых экономичных моделей производители будут выбирать более экономичные процессы, чтобы снизить производственные затраты.

Вообще говоря, основной процесс производства автомобильных чипов составляет от 40 до 16 нм.

Однако с ростом популярности умного вождения рамки производства традиционных автомобильных чипов были нарушены, поскольку вычислительная мощность начала доминировать в автомобильных приложениях.

Фактически, практики знают, что накопление вычислительной мощности неизбежно приведет к потерям. Однако по сравнению с невидимыми программными алгоритмами реальные показатели вычислительной мощности можно легко определить. Стремление пользователей к возможностям аппаратного обеспечения наиболее ярко отражается на мобильных электронных продуктах. Теперь та же ситуация распространилась и на умные автомобили.

На основании этого на рынке появилась различная маркетинговая риторика. Например, некоторые средства массовой информации сравнивали уровень вычислительной мощности чипа с «скоростью приобретения дома», используя разницу между плотной вычислительной мощностью и разреженной вычислительной мощностью для расчета совершенно разных вычислений. власть в заключение. В настоящее время вычислительная мощность стала препятствием, которое не могут преодолеть производители автомобилей и связанные с ними производители микросхем. Все больше и больше недавно представленных интеллектуальных чипов для вождения доказывают, что увеличение вычислительной мощности является наиболее эффективным способом повышения уровня рыночной оценки.

В настоящее время вычислительная мощность многих новых внедорожников с мощностью более 300 000 TOPS превысила 100 TOPS, а вычислительная мощность некоторых автомобилей марки даже превысила 1000 TOPS. Даже при наличии большой избыточности, похоже, никто не отказывается от более высокой вычислительной мощности.

Поскольку вычислительная мощность чипа часто превышает 500 TOPS или даже 1000 TOPS, другие показатели чипа обязательно привлекут внимание общественности, например, технологический процесс. Хотя не существует окончательного стремления к созданию чипов автомобильного уровня, в области умного вождения и умной кабины процесс производства чипов, очевидно, начал продвигаться в сторону 5-нм или даже меньших технологических узлов. По сравнению с 7-нм техпроцессом TSMC обеспечивает увеличение скорости обработки на 20 % и снижение энергопотребления на 40 %. Переход на 5-нм техпроцесс поможет автопроизводителям получить дополнительные преимущества для своих автомобилей за счет расширенных функций, упрощения все более сложных архитектурных задач и развертывания мощных вычислений. системы с легкостью.

Таким образом, подчеркивается ценность 5-нм процесса для автомобильных чипов.

В условиях такого рыночного спроса TSMC также начала заниматься «голодным маркетингом». В июле 2023 года Поль де Бот, генеральный директор TSMC Europe, заявил на «27-й конференции по автомобильной электронике», проходившей в Германии, что автомобильная промышленность долгое время считалась технологически отстающей и фокусируется только на зрелых процессах, но на самом деле она Некоторые поставщики автомобильных чипов начнут использовать 5-нм техпроцесс в 2022 году, то есть всего через два года после того, как 5-нм техпроцесс был официально запущен в массовое производство. Благодаря средней производительности 5-нм техпроцесса Samsung, TSMC в настоящее время является почти единственным производителем пластин, способным массово производить чипы 5-нм техпроцесса. Поэтому производственные мощности компании в дефиците. В TSMC заявили, что резервировать простаивающие производственные мощности для автомобильной промышленности невозможно, а автомобильным чипам необходимо ускорить переход на передовые процессы. Поль де Бот считает, что производителям автомобилей абсолютно необходимо осуществлять дальновидное планирование и контроль объемов заказов, и что перевод некоторых автомобильных чипов с исходных зрелых технологических узлов на передовые процессы также является важным средством обеспечения поставок.

По сравнению с потребительской электроникой и серверными приложениями рынок литья автомобильных чипов занимает меньшую долю (менее 10%), но цена за единицу продукции выше. Это чрезвычайно прибыльный рынок. С точки зрения TSMC, во время эпидемии COVID-19 годовой объем продаж автомобильных чипов TSMC увеличился примерно на 40%. Руководитель производства полупроводниковых пластин надеется сохранить и расширить эту клиентскую базу в будущем, особенно в отношении передовых процессов.

03 Чипы «умной кабины» также требуют 5-нм техпроцесса

Все вышеперечисленные новинки представляют собой интеллектуальные чипы для вождения, которые в большей степени ориентированы на вычисления. Другая основная категория — это интеллектуальные чипы для кабины, которые больше ориентированы на управление, и спрос на передовые производственные процессы становится все более актуальным.

Интеллектуальная кабина имеет несколько функциональных блоков, в основном включая дисплей высокой четкости, приборы, активную сигнализацию безопасности, навигацию в реальном времени, онлайн-информационно-развлекательную систему, экстренное спасение, Интернет транспортных средств и систему взаимодействия человека с компьютером (распознавание голоса, распознавание жестов), и т. д. Его основными функциями являются улучшение качества обслуживания водителя и пассажира за счет изменения способа взаимодействия человека с компьютером. В это время стала подчеркиваться важность технологии искусственного интеллекта (ИИ), а также возросли требования к производительности соответствующих чипов.

Типичными представителями чипов «умной кабины» являются Qualcomm Snapdragon 8155 и обновленный чип 8295, о котором мы часто слышим.

В конце 2021 года Qualcomm выпустила Snapdragon 8295 с использованием 5-нм процесса. По сравнению с вычислительной мощностью 8TOPS предыдущего поколения 8155 (7-нм техпроцесс), процессор 8255 имеет вычислительную мощность 30TOPS, возможности 3D-рендеринга увеличены в 3 раза. и интегрированная электронная система заднего вида. Благодаря таким функциям, как зеркала, машинное обучение, мониторинг пассажиров и информационная безопасность, один чип может управлять 11 экранами.

В дополнение к чипу кабины, основная SoC интеллектуальной платформы вождения Qualcomm Snapdragon Ride также построена по 5-нм техпроцессу и объединяет основные компоненты, такие как высокопроизводительный процессор, графический процессор и механизм искусственного интеллекта, с максимальной вычислительной мощностью 700TOPS. Однако по сравнению с другими крупными производителями чипов для интеллектуального вождения (Nvidia, Intel Mobileye, Tesla), чипы для интеллектуального вождения Qualcomm имеют относительно слабое присутствие.

В дополнение к крупным игрокам отрасли, таким как Qualcomm, местные китайские компании SoC также переходят на передовые чипы для интеллектуальных кабин, которые сейчас перешли на 7-нм техпроцесс. Если бы не было так много международных торговых ограничений, определенно были бы 5-нм процессы. В настоящее время Horizon, Heiyima Intelligence, Xinchi Technology и Xinjing Technology выпустили сопутствующие продукты, в том числе разработанный компанией Xinqing Technology «Longying No. 1» — первый отечественный 7-нм чип автомобильного класса, установленный на автомобиле. Компания Black Sesame Intelligence выпустила первый 7-нм чип собственной разработки Wudang C1200. Чипы серии Horizon Journey 6 также используют 7-нм техпроцесс. Флагманский чип имеет единую вычислительную мощность 560TOPS и будет серийно производиться в 2024 году. Когда Journey 7. или Journey 8 производятся серийно, ожидается, что это позволит еще больше улучшить производственный процесс.

04 Автомобильные чипы переходят на 3-нм техпроцесс

По мере повышения уровня автомобильного интеллекта соответствующие чипы также переходят на более совершенные производственные процессы.

Новейший чип умного вождения NVIDIA DRIVE Thor имеет вычислительную мощность 2000 TOPS и архитектуру Hopper. Он будет использовать 4-нм техпроцесс и будет запущен в производство в 2025 году. Nvidia заявила, что такие китайские автомобильные бренды, как BYD, Aian, Xpeng, Ideal и Ji Krypton, будут использовать DRIVE Thor.

Tesla настроена более радикально и готовится запустить план производства чипов по 3-нм техпроцессу. Она продолжит повышать скорость и показатели энергопотребления на основе TSMC N3E и планирует запустить его в производство в 2024 году. Однако до сих пор остаются вопросы о том, сможет ли она это сделать. получить производственную мощность.

Увидев успех Qualcomm в области приложений для интеллектуальных кабин, MediaTek не смогла сидеть сложа руки и начала выходить на рынок автомобильных чипов, особенно интеллектуальных кабин. Компания планирует запустить «Dimensity Vehicle Platform», которая будет построена с использованием 3-нм процесса. .