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Texto | Industria de semiconductores vertical y horizontal

El 27 de julio, en el Día de Innovación y Tecnología de NIO de 2024, el presidente de NIO, Li Bin, anunció que el primer chip de conducción inteligente de 5 nm de grado automotriz del mundo, Shenji NX9031, se grabó con éxito y que tanto el chip como el software subyacente se diseñaron de forma independiente.

Según los informes, este chip utiliza una arquitectura de CPU de 32 núcleos, LPDDR5x incorporado, RAM de velocidad de 8533 Mbps, tiene una capacidad de procesamiento de píxeles de 6,5 GPixel/s y un retraso de procesamiento de menos de 5 ms.

Li Bin dijo que Shenji NX9031 tiene más de 50 mil millones de transistores. En términos de capacidades integrales y eficiencia de ejecución, un chip de desarrollo propio puede alcanzar el rendimiento de cuatro chips emblemáticos de la industria.

Esta vez, el discurso de Li Bin causó cierta controversia en la industria de los semiconductores porque afirmó que Shenji NX9031 es el primer chip de conducción inteligente de 5 nm para automóviles del mundo. Sin embargo, antes de esto, se lanzaron chips de 5 nm que se pueden utilizar para sistemas de conducción inteligentes. , los representantes típicos son el procesador S32N55 de NXP y los controladores de dominio de la serie CV3 de Ambarella.

01¿Dónde está la disputa?

Li Bin dijo que Shenji NX9031 es el primer chip de conducción inteligente de 5 nm del mundo, lo cual es digno de discusión.

Primero, eche un vistazo a los chips automotrices de 5 nm lanzados por NXP y Ambarella.

Se puede decir que NXP es la primera empresa de la industria en anunciar el uso de tecnología de proceso de 5 nm para producir chips para automóviles. Ya en junio de 2020, la empresa anunció esta noticia. El socio de fundición es TSMC.

El procesador S32N55, que utiliza un proceso de 5 nm, integra 16 núcleos de procesador en tiempo real Arm Cortex-R52 y opera a una frecuencia de 1,2 GHz, lo que puede satisfacer los altos requisitos de potencia informática de los automóviles definidos por software. El núcleo Cortex-R52 del S32N55 puede funcionar en modos separados o sincronizados y puede admitir los niveles de seguridad funcional ASIL ISO 26262. Dos pares de núcleos secundarios Cortex-M7 compatibles con la gestión del sistema y las comunicaciones.

Como solución de controlador central de vehículos para la plataforma S32 CoreRide, el procesador S32N55 integra tecnología de red avanzada con una interfaz de conmutador Ethernet de 2,5 Gbit/s de red sensible al tiempo (TSN) para un enrutamiento interno eficiente de 24 buses CAN FD El concentrador, 4 CAN Las interfaces XL y una interfaz PCI Express Gen 4 permiten una comunicación eficiente y un trabajo colaborativo entre varios sistemas del automóvil. Además, la tecnología de virtualización y aislamiento de hardware "núcleo a pin" del S32N55 permite que sus recursos se dividan dinámicamente para adaptarse a los requisitos funcionales cambiantes del vehículo.

A principios de 2022, Ambarella lanzó la serie CV3 de chips con un proceso de 5 nm, que puede respaldar el desarrollo de sistemas ADAS y L2+ ~ L4. Esta serie de chips se basa en la arquitectura CVflow escalable y de alta eficiencia energética y puede alcanzar una potencia informática de 500 eTOPS, que es 42 veces mayor que la serie CV2 de la generación anterior de Ambarella para automóviles.

La e en eTOPS se refiere a equivalente. Debido a que CVflow no es equivalente a ninguna GPU, esto hace que la unidad de conteo de la potencia informática de IA del chip CV3 sea diferente de los TOPS de las GPU de uso común. Aquí se agrega la e para indicar que puede lograr un rendimiento equivalente en comparación con el chip general. arquitectura. El chip NVIDIA Orin tiene una potencia informática de 254 TOPS y NIO ET7 alcanza una potencia informática de 1016 TOPS a través de 4 cascadas Orin. Si se conectan en cascada cuatro chips CV3, se puede lograr una potencia informática de 2000 eTOPS.

En febrero de 2023, Ambarella anunció que utilizaría la tecnología de proceso de 5 nm de Samsung para producir CV3-AD685.

Después de NXP y Ambarella, los chips automotrices de Qualcomm también han comenzado a utilizar el proceso de 5 nm. En este momento, tenemos que decir que Nvidia y Mobileye, una subsidiaria de Intel, utilizan principalmente el proceso de 7 nm para sus chips de conducción inteligentes, mientras que el chip HardWare 3 de Tesla utiliza el proceso de 14 nm de Samsung. No hace mucho, surgieron noticias de la cadena de suministro. El nuevo chip HW4.0 de Tesla cambiará al proceso de 4 nm/5 nm de TSMC.

Se puede ver que antes de que NIO, NXP, Ambarella y Qualcomm grabaran chips automotrices con proceso de 5 nm. Sin embargo, existen algunas diferencias en los tipos de chips y las aplicaciones de estas empresas. Como se puede ver en la introducción anterior, el S32N55 de NXP es un chip de control, mientras que Ambarella, NVIDIA, Tesla y NIO son chips informáticos, y el de Qualcomm es un chip inteligente. chip de cabina, que está más orientado al control.

A continuación se ofrece una breve introducción a los tipos de chips automotrices, que se pueden dividir en informática, control, simulación, energía, comunicación, sensores, energía y almacenamiento. Entre ellos, las categorías de informática y control son chips digitales y tienen los requisitos de proceso más altos. Con el aumento de la conducción inteligente, los requisitos de potencia informática de los chips aumentan día a día. En este momento, la potencia informática de los chips informáticos se ha convertido en un. indicador muy crítico, y la categoría de control es la segunda.

En resumen, los primeros en la industria en utilizar tecnología de proceso de 5 nm para fabricar chips de conducción inteligentes deberían ser NXP o Ambarella. NIO es la primera empresa en China que utiliza el proceso de 5 nm para fabricar chips de conducción inteligentes.

Entonces, ¿por qué Weilai desarrolla por sí solo chips de tan alta gama? Empecemos con NVIDIA.

Actualmente, el chip de conducción inteligente insignia más utilizado en la industria es Orin-x de NVIDIA, que tiene una potencia informática de un solo chip de 508 TOPS. Además, Nvidia también lanzó un chip DRIVE Thor con una potencia informática de un solo chip de 2000 TOPS y no se producirá en masa hasta 2025.

En 2023, NIO compró muchos chips de conducción inteligente de NVIDIA, lo que representó el 46% de los envíos de NVIDIA, por un monto total de 300 millones de dólares. Este es un gasto enorme para Weilai, que ha estado perdiendo dinero en investigación y desarrollo, la reducción de costos y la mejora de la eficiencia son necesarias en la creciente involución del mercado automovilístico chino. En base a esto, es lógico desarrollar chips de conducción inteligentes de desarrollo propio. Un Shenji NX9031 equivale a cuatro NVIDIA Orin X, lo que puede ahorrar muchos gastos en chips.

02 El valor de utilizar el proceso de 5 nm para fabricar chips de conducción inteligentes

Tradicionalmente, los chips para automóviles no tienen altos requisitos de tecnología de proceso (principalmente procesos por encima de 20 nm), pero tienen altos requisitos de estabilidad y confiabilidad de los chips. En otras palabras, los automóviles deben utilizar chips de grado automotriz.

Los chips de calidad automotriz se refieren a aquellos chips que están diseñados y fabricados específicamente para aplicaciones automotrices y cumplen con estrictos estándares de la industria automotriz. Dichos chips deben mantener un rendimiento estable y confiable en entornos hostiles, como rangos de temperatura extremos, alta vibración, alta presión, alta humedad, EMI, etc., y generalmente son inspeccionados según estándares de calidad de la industria automotriz, como la certificación de la serie AEC-Q.

Debido a los requisitos de seguridad y confiabilidad extremadamente altos de los automóviles, cualquier falla del chip puede provocar accidentes de seguridad graves. Por lo tanto, en comparación con los chips de grado de consumo o industrial, los chips de grado automotriz tienen requisitos de calidad más altos y se utilizan ampliamente. subsistemas del vehículo como control del motor, sistemas de frenado, sistemas de seguridad, sistemas de información de entretenimiento del vehículo y ADAS.

Aunque los procesos avanzados (16 nm y menos) pueden mejorar el rendimiento del chip y reducir el consumo de energía, también plantean algunos desafíos. Por ejemplo, cuanto más pequeño es el nodo de proceso, mayor es el costo de producción del chip. Además, los chips de tamaño pequeño requieren más. producción precisa y tecnología, lo que también aumentará los costos.

Por lo tanto, los fabricantes de chips para automóviles, así como los fabricantes de automóviles, deben encontrar un equilibrio entre el rendimiento, el costo y la confiabilidad del chip. Deben elegir la tecnología de proceso adecuada en función del propósito del vehículo, los requisitos de rendimiento y el presupuesto de costos. Para algunos modelos de alta gama, los fabricantes pueden utilizar procesos más avanzados para mejorar el rendimiento del vehículo. Para algunos modelos económicos, los fabricantes elegirán procesos más económicos para reducir los costos de producción.

En términos generales, el proceso de fabricación principal de chips para automóviles oscila entre 40 nm y 16 nm.

Sin embargo, con la popularidad de la conducción inteligente, el marco de fabricación de los chips automotrices tradicionales se ha roto, ya que la potencia informática ha comenzado a dominar las aplicaciones automotrices.

De hecho, los profesionales saben que acumular potencia informática conducirá inevitablemente a un desperdicio. Sin embargo, en comparación con los algoritmos de software invisibles, los indicadores reales de potencia informática se pueden determinar fácilmente. La búsqueda de capacidades de hardware por parte de los usuarios se refleja más vívidamente en los productos electrónicos móviles. Ahora, la misma situación se ha extendido a los automóviles inteligentes.

En base a esto, han aparecido en el mercado diversas retóricas de marketing. Por ejemplo, algunos medios compararon el nivel de potencia informática del chip con la "tasa de adquisición de viviendas", utilizando la diferencia entre potencia informática densa y potencia informática escasa para calcular una informática completamente diferente. poder en conclusión. Hoy en día, la potencia informática se ha convertido en un obstáculo que los fabricantes de automóviles y las empresas de chips relacionadas no pueden superar. Cada vez más chips de conducción inteligentes presentados recientemente demuestran que aumentar la potencia informática es la forma más eficaz de mejorar los niveles de evaluación del mercado.

En la actualidad, la potencia informática de muchos SUV nuevos con más de 300.000 TOPS ha superado los 100 TOPS, y la potencia informática de algunos coches de marca incluso ha superado los 1.000 TOPS. Aunque hay mucha redundancia, nadie parece rechazar una mayor potencia informática.

Dado que la potencia de cálculo del chip suele superar los 500 TOPS o incluso los 1.000 TOPS, otros indicadores del chip seguramente atraerán la atención del público, como la tecnología de proceso. Aunque no existe una búsqueda definitiva de procesos para chips aptos para automóviles, en el campo de la conducción inteligente y la cabina inteligente, el proceso de fabricación de chips obviamente ha comenzado a avanzar hacia nodos de proceso de 5 nm o incluso más pequeños. En comparación con los 7 nm, el proceso de 5 nm de TSMC tiene un aumento del 20 % en la velocidad de procesamiento y una reducción del 40 % en el consumo de energía. Pasar a los 5 nm ayudará a los fabricantes de automóviles a brindar ventajas diferenciadas a sus automóviles a través de características mejoradas y simplificar los desafíos arquitectónicos cada vez más complejos e implementar una informática potente. sistemas con facilidad.

Por tanto, se destaca el valor del proceso de 5 nm para chips de automoción.

Ante tal demanda del mercado, TSMC también ha comenzado a participar en el "marketing del hambre". En julio de 2023, el director general de TSMC Europa, Paul de Bot, dijo en la "27ª Conferencia de Electrónica Automotriz" celebrada en Alemania que la industria automotriz ha sido considerada durante mucho tiempo un rezagado tecnológico y solo se centra en procesos maduros, pero de hecho, tiene algunos chips automotrices. Los proveedores comenzarán a utilizar la tecnología de proceso de 5 nm en 2022, solo dos años después de que los 5 nm se pusieran oficialmente en producción en masa. Debido a la tasa de rendimiento promedio del proceso de 5 nm de Samsung, TSMC es actualmente casi la única fundición de obleas capaz de producir en masa chips de proceso de 5 nm. Por lo tanto, la capacidad de producción de la empresa es escasa, TSMC afirmó que es imposible reservar capacidad de producción inactiva para la industria automotriz y que los chips para automóviles deben acelerar su transición a procesos avanzados. Paul de Bot cree que es absolutamente necesario que los fabricantes de automóviles lleven a cabo una planificación y un control de las cantidades de los pedidos con visión de futuro, y que cambiar algunos chips de automóviles de nodos de proceso maduros originales a procesos avanzados también es un medio importante para garantizar el suministro.

En comparación con la electrónica de consumo y las aplicaciones de servidor, el mercado de fundición de obleas de chips para automóviles representa una participación menor (menos del 10%), pero el precio unitario es más alto. Desde la perspectiva de TSMC, durante la epidemia de COVID-19, el negocio anual de chips para automóviles de TSMC ha aumentado aproximadamente un 40%. El líder en fundición de obleas espera retener y ampliar esta base de clientes en el futuro, especialmente para procesos avanzados.

03 Los chips de cabina inteligente también requieren 5 nm

Las presentaciones anteriores son todas chips de conducción inteligentes, que se centran en la informática. La otra categoría importante son los chips de cabina inteligentes, que se centran en el control. La demanda de procesos de fabricación avanzados es cada vez más urgente.

La cabina inteligente tiene múltiples bloques funcionales, que incluyen principalmente pantalla de alta definición, instrumentos, alarma de seguridad activa, navegación en tiempo real, infoentretenimiento en línea, rescate de emergencia, Internet de vehículos y sistema de interacción persona-computadora (reconocimiento de voz, reconocimiento de gestos). etc. Sus funciones principales son Mejorar la experiencia del conductor y del pasajero cambiando la forma en que se produce la interacción persona-computadora. En este momento, se ha destacado la importancia de la tecnología de inteligencia artificial (IA) y también han aumentado los requisitos de rendimiento para los chips relacionados.

Los representantes típicos de los chips de cabina inteligente son el Qualcomm Snapdragon 8155 y el chip 8295 actualizado, del que oímos hablar a menudo.

A finales de 2021, Qualcomm lanzó el Snapdragon 8295 utilizando el proceso de 5 nm. En comparación con la potencia informática 8TOPS de la generación anterior 8155 (proceso de 7 nm), el 8255 tiene una potencia informática de 30 TOPS, una capacidad de renderizado 3D aumentada 3 veces. y una vista trasera electrónica integrada con funciones como espejos, aprendizaje automático, monitoreo de pasajeros y seguridad de la información, un chip puede controlar 11 pantallas.

Además del chip de la cabina, el SoC central de la plataforma de conducción inteligente Qualcomm Snapdragon Ride también se basa en el proceso de 5 nm e integra componentes centrales como CPU de alto rendimiento, GPU y motor de IA, con una potencia informática máxima de 700 TOPS. Sin embargo, en comparación con otros importantes fabricantes de chips de conducción inteligentes (Nvidia, Mobileye de Intel, Tesla), los chips de conducción inteligentes de Qualcomm tienen una presencia relativamente débil.

Además de los principales actores de la industria como Qualcomm, las empresas locales de SoC de China también están avanzando hacia chips de cabina inteligentes de proceso avanzado, que ahora han avanzado a 7 nm. Si no hubiera tantas restricciones al comercio internacional, definitivamente habría procesos de 5 nm. Actualmente, Horizon, Heiyima Intelligence, Xinchi Technology y Xinjing Technology han lanzado productos relacionados. Entre ellos, el "Longying No. 1" desarrollado por Xinqing Technology, como el primer chip nacional de 7 nm para automóviles, se ha instalado en el automóvil. Black Sesame Intelligence ha lanzado Wudang C1200, el primer chip de 7 nm de desarrollo propio. Los chips de la serie Journey 6 de Horizon también utilizan la tecnología de proceso de 7 nm. El chip insignia tiene una potencia informática única de 560 TOPS y se producirá en masa en 2024. 7 o Journey 8 se producen en masa y se espera que mejore aún más el proceso de fabricación.

04 Los chips automotrices invitan al proceso de 3 nm

A medida que aumenta el nivel de inteligencia de los automóviles, los chips relacionados también avanzan hacia procesos de fabricación más avanzados.

El último chip de conducción inteligente de NVIDIA, DRIVE Thor, tiene una potencia informática de 2000 TOPS y una arquitectura Hopper, utilizará una tecnología de proceso de 4 nm y se pondrá en producción en 2025. Nvidia dijo que marcas de automóviles chinas como BYD, Aian, Xpeng, Ideal y Ji Krypton utilizarán DRIVE Thor.

Tesla es más radical y se está preparando para lanzar un plan de fundición de chips de proceso de 3 nm que continuará mejorando la velocidad y el rendimiento del consumo de energía basado en TSMC N3E y planea ponerlo en producción en 2024. Sin embargo, todavía hay dudas sobre si podrá hacerlo. obtener capacidad de producción.

Después de ver el éxito de Qualcomm en el campo de las aplicaciones de cabinas inteligentes, MediaTek no pudo quedarse quieto y comenzó a ingresar al mercado de chips para automóviles, especialmente las cabinas inteligentes. Planea lanzar la "Plataforma Automotriz Dimensity", que se construirá utilizando el proceso de 3 nm. .