为什么造一颗车规级芯片这么难？

作者｜董楠

邮箱｜dongnan@pingwest.com

车规级芯片，顾名思义，就是要符合一定的技术上车标准。也是“车规”这两个字，从根本上限制了一个芯片从生产到检测的长周期流程。

一辆智能汽车会搭载上千个芯片，包括功能芯片，主控芯片（智能座舱、自动驾驶等SoC芯片）、传感器芯片等等，满足车规级，意味着芯片质量和寿命更高，技术门槛更高。

车规级难度最大的就是自动驾驶芯片。除了生产流程要符合车规，被开发出的芯片通常还要经过3-5年的验证周期。

通过车规验证的芯片才能上车，这个周期是无法跳过的。

以黑芝麻智能旗下已经量产上车的华山二号A1000系列芯片为例，从确定产品定义到量产上车经过了三年多的时间。

在漫长的周期里，芯片企业还要紧跟高端化制程的脚步，如果等到友商的先进制程芯片发布了才投入研发，那意味着在通过车规的漫长时间里，将会远远落后于竞争对手了。

所以说，对于自动驾驶芯片企业来说，既要耐得住寂寞，又要加速研发的脚步。

量产芯片出来了，更高算力的芯片也必须提上日程。

为了适应高端化制程和大算力需求，黑芝麻智能在A1000的基础上，今年年底将会推出新一代A2000芯片，此外，下一代A3000芯片也已经开始启动，按照规划，A3000芯片会采用5nm制程、算力将超过1000T。

除了与友商拼速度，对于中国本土自动驾驶芯片企业来说，在2025年之前进入主机厂供应链体系，也是决定生存的关键时间节点。黑芝麻智能CMO杨宇欣说，2025年之前如果能上车，进入汽车厂商供应链体系，未来的机会很多，如果2025上不了车，跟你相同领域的其他人上了车，基本上机会就非常小了。

而拿下客户的首要条件当然还是过车规。

因为符合车规级的自动驾驶芯片寥寥，加上如今车企在智能驾驶的开发速度上不断提速，行业中有一种说法：每增加一级自动驾驶等级，算力需求十数倍上升，这也让大算力的自动驾驶芯片成为热门的抢手货。

但是，制程越先进，算力越高，车规越难。

智能汽车发布会上，英伟达Orin、高通8155几乎成为硬通货。而国产芯片的使用率还仅仅只有3%，也就是说，现在量产车里用了国产自动驾驶芯片的企业还非常非常少。

中国芯片企业当然在拼命追赶，并且，我们也看到一批车规级芯片已经通过验证，开始了量产上车阶段。

最近，美国对英伟达提出的芯片禁令虽然没有涉及到汽车芯片，但是它仍然成为悬在中国车企头上的一把刀。

杨宇欣说，最近密集接到车企电话，都在过问大算力芯片的国产化进程。

实现国产化替代正在成为中国车企避免芯片卡脖子的突破口。只不过，这其中还有很长的探索期，还有每年上亿美金的投入。

那么，我们不妨先来看看，国产芯片企业究竟是怎样爬过车规这座大山的？

从产品设计、流片、封测、车规认证和打造算法工具链，到功能安全认证，自动驾驶软件包开发再到完善支持行业生态，这是一个车规级芯片需要经过的完成流程。

在芯片设计阶段，一个车规芯片在设计之初要符合很多相应的流程认证。比如设计阶段就要过设计流程的认证，人员的认证，包括服务器都是有比较严苛的要求。

同时，自动驾驶芯片还包括很多自研的IP（芯片中具有独立功能的电路模块的成熟设计）和外部购买的IP,这些也需要车规认证，这个阶段结束，芯片才可以交给代工厂生产。

生产流程的车规，是绕不开的台积电。

因为生产流程需要符合车规，也就是说，中国芯片企业在短时间内无法通过自建工厂的形式来满足这一条件，尤其是自动驾驶芯片，涉及到的生产工艺非常复杂，这意味着即便具备研发能力，设计出来的芯片也要交由台积电代工。

著名的英伟达Orin，采用的就是台积电的7nm工艺，台积电几乎处于芯片代工的垄断地位。同时，台积电的不同工厂对于车规级芯片的生产能力是不一样的，这意味着车规级芯片在台积电不能转厂，包括生产期间的人员培训等等，都会比消费类芯片更加严格。而台积电的产能，决定了一个车规级芯片的生产效率。

在样片到量产之间，还要经过复杂的认证，包括功能安全专家认证、功能安全流程认证和产品认证，这个周期可能还需要两年的时间。

以黑芝麻智能A1000芯片为例，在其发布之前的2019年6月，黑芝麻智能已经获得了安全团队认证；2020年7月A1000芯片获得了ASIL-B ready功能安全产品认证；去年6月再次获得ASIL-D功能安全流程认证。同时，黑芝麻智能也获得了ISO9001:2015和ASPICE CL2两项认证。

2022年初，A1000 完成了ASIL-B功能安全产品认证和AEC-Q100 Grade 2认证，是行业内首个完成该认证的国产大算力芯片。

AEC-Q100认证是针对芯片本身的功能安全认证，需要通过独立第三方公司做非常严格的测试和认证，比如加速环境应力可靠性，加速寿命模拟可靠性、缺陷筛查等等，目的是保证芯片的安全可靠。

通过车规认证意味着需要投入大量的芯片进行测试。

黑芝麻智能产品经理额日特举了一个例子：

早期失效率测试就需要八百多颗芯片，而整体测试流程大概在半年左右，如果有失效可能需要从头再来，一个认证在顺利的情况下至少需要一年左右的时间，如果中间一些问题可能要重新做测试。

现在汽车行业芯片追求的失效率是零，一百万的芯片失效率是零，这是相当严苛的条件。而消费类或者在工业类芯片的失效率，都是几百上千的指标。

对于芯片来说，车规的难点就在于汽车所经历的使用环境比消费类电子要严苛很多，另外一点车规的供货周期要保证，芯片有十年稳定的供应，并且保证十五年之内芯片不会出任何问题。种种这些严苛的条件决定了汽车芯片在设计、制造、封装等等一系列的环节都需要经过严苛测试，并且需要过很长的认证流程。

比如芯片的老化实验就需要数千小时的测试才能完成，这意味着这一项测试需要的时间就达到半年甚至是一年。

造车企业都不想自己融合了更多技术、算法的智能驾驶方案，因为芯片的可靠性问题被召回。

今年，黑芝麻智能A1000芯片与江淮完成定点，这其中的验证用了一年的时间。

杨宇欣说，抢占市场的首要条件就是先证明自己产品的成熟可靠性，其次是对技术方向的预判，以及与整车企业在未来技术走向上的一同成长。

车规是芯片国产化的重要一步，迈过这一步，我们才能离高端芯片的国产化替代越来越近。