中國半導體產業在過去多年里實現了快速發展,特別是在汽車芯片領域表現突出。MCU芯片作為其中的重要組成部分,經歷了從8位到16位再到32位的發展,并且在不同位數架構中,32位應用逐漸成為主流,而16位和8位產品面臨市場份額縮減的壓力。
在國際市場上,盡管仍然由少數幾家企業主導,但中國的MCU芯片制造商正逐步進入中高端市場,顯示出國產芯片在品質和性能方面的提升。
2023年全球車規級MCU芯片主要廠商分別有,英飛凌(28.5%),瑞薩(22.5%),恩智浦(21.5%),ST(10.6%),微芯科技(7.6%)。部分國產車規級MCU廠商們也在汽車領域應用上積極投入,比如芯馳科技在車身、座艙、域控、動力、底盤、智駕上都有所涉及,還有旗芯微、云途半導體、杰發科技、兆易創新、蘇州國芯、紫光芯能等。
同時,計算芯片領域也在經歷行業寡頭化的同時,本土品牌憑借技術創新和產能擴張,正在快速崛起,在智能駕駛和座艙控制等細分市場表現活躍。在智能駕駛域控芯片供應商來看,除特斯拉自研外,英偉達成為主流選擇,地平線、愛芯元智、華為、黑芝麻等也開始起量;在智能座艙域控芯片供應商來看,高通斷層式領先,國內芯擎科技和華為率先量產搭載。面向智能座艙與自動駕駛快速發展,其所需的SoC芯片性能要求不斷提高,促使產業加速推出新一代SoC。
此外,功率半導體由于其在新能源汽車等領域的廣泛應用,市場需求旺盛,國內多家企業已經在IGBT等關鍵元件上取得進展,并開始向高電壓、高性能方向發展。目前,IGBT仍是逆變器搭載的主流,但隨著800V的發展,SiC也快速上量。比亞迪半導體在2023年國內功率半導體在逆變器的搭載中正在快速增長。
目前,碳化硅功率半導體仍面臨成本高、高壓絕緣、軸電流腐蝕、EMI、高可靠性等挑戰,從SiC功率器件制造到應用全鏈路降本成為通行做法,另外,結構創新+封裝工藝創新成為性能優化的重要發展方向。
智能網聯汽車產生的海量數據將對存儲的帶寬和容量提出更高的要求,未來汽車存儲將由GB級走向TB級別。據美光科技預測,到2025年,每輛汽車將配備平均16GB的 DRAM 和204GB 的NAND,較2021年至少翻了三倍,核心增量主要來源于IVI車載信息娛樂系統、ADAS系統等領域。未來隨著大模型以及更高等級智能駕駛的逐步上車,預計到2030年單車將需要TB級的存儲空間。
隨著整車電子電氣架構升級,車內通訊整體朝著高帶寬、高可靠、低時延技術方向發展,加速了SerDes、UWB數字鑰匙、星閃等新技術在車上的應用。
芯片集成也是車規級高性能芯片產業發展的關鍵。后摩爾時代,集成電路芯片技術將通過器件、工藝和架構的協同優化創新,逐漸從傳統的馮•諾依曼范式向高算力、高密度、低成本、低功耗、多功能集成的新型芯片方向發展。
Chiplet芯片成為汽車高性能SoC開發新突破口,作為搭積木芯片設計的技術代表,Chiplet具有成本低、周期短等優點,目前行業入局者正在變多,但其要想實現規模化量產,仍需攻克接口標準、功耗和散熱以及可靠性等難題。
Intel、AMD、ARM、高通、三星、臺積電、日月光、Google Cloud、Meta和微軟等公司聯合推出的Die-to-Die互連標準,其主要目的是統一Chiplet(芯粒)之間的互連接口標準,打造一個開放性的Chiplet生態系統。
2023年12月,日本12家企業(5家車企+5家半導體公司+2家電子元件制造商)組成“汽車先進SoC研究(ASRA)” 聯盟,旨在研究通過Chiplet(小芯片)技術。不同廠商不同芯片之間的通信接口存在差異,隨著芯片集成度的提高,芯片之間的通信和數據傳輸量也會增加,從而導致功耗的增加和散熱難題的加劇,以及數據傳輸安全也面臨更高要求。不過降本增效,是解決高性能芯片需求的創新型方案。
存算一體有望成為AI大模型時代的新需求。存算一體芯片能很好解決傳統馮•諾依曼架構下的“存儲墻”和“功耗墻”問題,從而使得其具備較高的上限以及穩定的底線,將是解決AI時代下對算力和存儲雙向需求提升的優勢方案,有望成為后續的發展方向。
RISC-V也是當前繼ARM架構之后的新選擇,相較于ARM架構,RISC-V具有開源免費、商業模式靈活的優勢,已獲得了多家頭部汽車芯片企業的青睞。從中長期來看,隨著RISC-V軟件生態逐漸完善,其有望在智駕、座艙、動力和安全等車規場景得到應用。2023年6月,谷歌、三星、高通、SiFive、平頭哥、英特爾等13家企業發起了全球RISC-V軟件生態計劃“RISE”,推動RISC-V在移動通信、數據中心、邊緣計算及自動駕駛等領城落地。2023年8月,英飛凌、高通、博世、Nordic半導體、恩智浦等公司宣布,將組建一家專注RISC-V技術新公司,新公司初期專注于為車用芯片,未來將擴大至手機及物聯網領域。
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