7月27日，在2024蔚來創(chuàng)新科技日上,，蔚來汽車董事長李斌宣布,，全球首款車規(guī)級5nm智能駕駛芯片神璣NX9031流片成功，芯片和底層軟件均實現(xiàn)自主設(shè)計。
據(jù)介紹，這款芯片采用32核CPU架構(gòu)，內(nèi)置LPDDR5x,、8533Mbps速率RAM，擁有6.5GPixel/s像素處理能力,，處理延時小于5ms,。
李斌表示，神璣NX9031擁有超過500億個晶體管,，不論是綜合能力還是執(zhí)行效率,，一個自研芯片能實現(xiàn)4個業(yè)界旗艦芯片的性能。
此次,，李斌的發(fā)言在半導體界引起了一些爭議,，原因在于他聲稱神璣NX9031是全球首款車規(guī)級5nm智能駕駛芯片，但是,，在這之前,，已經(jīng)有可用于智能駕駛系統(tǒng)的5nm芯片推出，典型代表是恩智浦的S32N55處理器,，以及安霸（Ambarella）的CV3系列域控制器,。
01
爭議點在哪里？
李斌說神璣NX9031是全球首款5nm智能駕駛芯片,，是值得商榷的,。
首先，看一下恩智浦和安霸推出的5nm汽車芯片,。
可以說，恩智浦是業(yè)界第一家宣布采用5nm制程工藝生產(chǎn)汽車芯片的公司,，早在2020年6月,，該公司就發(fā)布了這一消息，晶圓代工合作伙伴是臺積電,。
采用5nm制程的S32N55處理器,，集成了16個Arm Cortex -R52實時處理器內(nèi)核，運行頻率為1.2 GHz,，能夠滿足軟件定義汽車對計算能力的高要求,。S32N55的Cortex-R52內(nèi)核可以在分離或鎖步模式下運行,，可以支持ASIL ISO 26262功能安全級別。兩對輔助鎖步Cortex-M7內(nèi)核支持系統(tǒng)和通信管理,。
作為S32 CoreRide平臺的中央車輛控制器解決方案,，S32N55處理器集成了先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，擁有時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）2.5 Gbit/s以太網(wǎng)交換機接口,、用于24條CAN FD總線高效內(nèi)部路由的CAN集線器,、4個CAN XL接口和一個PCI Express Gen 4接口，能夠?qū)崿F(xiàn)車內(nèi)各個系統(tǒng)之間的高效通信和協(xié)同工作,。另外,，S32N55的“內(nèi)核到引腳”硬件隔離和虛擬化技術(shù)，使其資源可以動態(tài)分區(qū),，以適應(yīng)不斷變化的車輛功能需求,。
2022年初，安霸發(fā)布了5nm制程的CV3系列芯片,，能夠支持ADAS和 L2+ ~ L4系統(tǒng)的研發(fā),。該系列芯片基于可擴展、高能效比的 CVflow架構(gòu),，可實現(xiàn)500 eTOPS算力,，比安霸上一代車規(guī)級CV2系列提高了42倍。
eTOPS中的e指的是equivalent,。因為CVflow不等同于任何GPU,，這導致CV3芯片AI算力的計數(shù)單位與常用的GPU的TOPS有所不同，這里加了e,，表示與通用芯片架構(gòu)相比,，可以跑到等效的性能。英偉達Orin芯片,，算力是254TOPS,，蔚來ET7通過4個Orin級聯(lián)實現(xiàn)了1016 TOPS算力。如果采用4個CV3芯片級聯(lián),，可以實現(xiàn)2000 eTOPS算力,。
2023年2月，安霸宣布,，采用三星的5nm制程工藝生產(chǎn)CV3-AD685,。
繼恩智浦和安霸之后，高通的車用芯片也開始采用5nm制程,。此時,，不得不說英偉達和英特爾旗下的Mobileye，這兩家公司的智能駕駛芯片多采用7nm制程，而特斯拉的HardWare 3芯片采用的是三星14nm制程,，前不久,，供應(yīng)鏈傳出消息，特斯拉新款HW4.0芯片將轉(zhuǎn)投臺積電的4nm/5nm制程,。
可見,，在蔚來之前，恩智浦,、安霸,，以及高通都流片了5nm制程汽車芯片。不過,，這幾家公司的芯片類型和應(yīng)用還是有些區(qū)別的,，從上文的介紹可以看出，恩智浦的S32N55屬于控制類芯片,，而安霸,、英偉達、特斯拉和蔚來的是計算類芯片,，高通的是智能座艙芯片,，偏控制類。
這里要簡單介紹一下汽車芯片類型,，可分為計算類,，控制類，模擬類,、電源類,，通信類，傳感器類,，功率類,，存儲類。其中,，計算和控制類屬于數(shù)字芯片,，對制程要求最高，而隨著智能駕駛的興起,，對芯片算力的要求與日俱增,，此時，計算類芯片的算力也就成為非常關(guān)鍵的指標,，控制類次之,。
綜上，業(yè)界最先采用5nm制程工藝制造智能駕駛芯片的應(yīng)該是恩智浦或安霸,。蔚來是中國首家采用5nm制程制造智能駕駛芯片的企業(yè)。
那么，蔚來為什么要自研如此高端的芯片呢,？還要從英偉達說起,。
目前，業(yè)界用量最大的旗艦智能駕駛芯片是英偉達的Orin-x,，它的單片算力為508TOPS,。此外，英偉達還發(fā)布了一款DRIVE Thor芯片,，單片算力2000TOPS,，要2025年才能量產(chǎn)。
2023年,，蔚來采購了許多英偉達智能駕駛芯片,，占到英偉達出貨量的46%，總金額達3億美元,。這是一筆很大的開支,，對于一直虧損搞研發(fā)的蔚來而言，在越來越內(nèi)卷的中國汽車市場,，降本增效是必須的,。基于此,，自研智能駕駛芯片就順理成章了,，一個神璣NX9031頂4個英偉達Orin X，可以節(jié)省不少芯片開支,。
02
用5nm制程造智能駕駛芯片的價值
傳統(tǒng)上,，汽車芯片對制程工藝的要求不高（多為20nm以上制程），而對芯片的穩(wěn)定性和可靠性的要求很高,。也就是說,，汽車要用車規(guī)級芯片（Automotive Grade Chip）。
車規(guī)級芯片是指那些專為汽車應(yīng)用設(shè)計和制造,，且滿足嚴苛的汽車行業(yè)標準規(guī)定的芯片,。這類芯片需要在極端溫度范圍、高振動,、高壓,、高濕、EMI等惡劣環(huán)境中保持穩(wěn)定可靠的性能,，且通常要通過諸如AEC-Q系列認證的汽車行業(yè)質(zhì)量標準的檢驗,。
基于汽車安全性和可靠性要求極高的應(yīng)用需求，任何芯片故障都可能導致嚴重的安全事故,，為此,，相比于消費級或工業(yè)級芯片,，車規(guī)級芯片具有更高的品質(zhì)要求，這類芯片被廣泛應(yīng)用于發(fā)動機控制,、剎車系統(tǒng),、安全系統(tǒng)、車載娛樂信息系統(tǒng),、ADAS等車載子系統(tǒng),。
雖然先進制程（16nm及以下）可以提高芯片性能并降低功耗，但也會帶來一些挑戰(zhàn),，例如,，制程節(jié)點越小，芯片的生產(chǎn)成本越高,，此外,，小特征尺寸芯片需要更精密的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，這也會增加成本,。
因此,，汽車芯片廠商，以及汽車制造商需要在芯片的性能,、成本和可靠性之間尋找平衡點,。他們需要根據(jù)車輛的用途、性能要求和成本預算來選擇合適的制程工藝,。對于一些高端車型,，制造商可能會采用更先進的制程，以提高車輛性能,。而對于一些經(jīng)濟車型,，制造商會更多地選擇經(jīng)濟實惠的制程工藝，以降低生產(chǎn)成本,。
總的來說,，汽車芯片的主流制程在40nm~16nm之間。
然而,，隨著智能駕駛的普及,，傳統(tǒng)汽車芯片的制造框架被打破了，因為算力開始主導汽車應(yīng)用,。
其實,，從業(yè)人員清楚，算力堆砌勢必會出現(xiàn)浪費的現(xiàn)象,，然而,，相較于看不見的軟件算法，實實在在的算力指標是可以輕而易舉判斷出來的,。用戶對于硬件能力的追求在移動電子產(chǎn)品中被體現(xiàn)的淋漓盡致,，如今,，同樣的情況又延續(xù)到了智能汽車上。
基于此,，市場上出現(xiàn)了各種營銷話術(shù),，例如，有媒體將芯片的算力水平比喻成“得房率”,，利用稠密算力和稀疏算力的不同，計算出完全不一樣的算力結(jié)論,。如今,，卷算力已經(jīng)成為車廠和相關(guān)芯片企業(yè)邁不過去的一道坎，越來越多新亮相的智能駕駛芯片證明,，增加算力是提升市場評價水平最有效的方式,。
目前，很多30萬以上的新勢力SUV算力都已經(jīng)破百TOPS,，甚至有部分品牌汽車的算力已經(jīng)破千TOPS,。即便是有很大冗余，似乎也沒有人會拒絕更高的算力,。
隨著芯片算力動輒突破500 TOPS,，甚至1000 TOPS，芯片的其它指標勢必會引起大眾的注意,，例如制程工藝,。雖然對于車規(guī)級芯片而言，并沒有對制程的極致追求,，但在智能駕駛和智能座艙領(lǐng)域,，芯片制程顯然已經(jīng)開始向5nm，甚至更小制程節(jié)點挺進,。與7nm相比,，臺積電的5nm工藝的處理速度提高了20%，功耗降低了40%,，遷移到5nm將有助于汽車制造商通過增強功能為自己的汽車帶來差異化優(yōu)勢,，簡化汽車日益復雜的架構(gòu)挑戰(zhàn)，并輕松地部署強大的計算系統(tǒng),。
因此,，5nm制程對于汽車芯片的價值凸顯出來。
在這樣的市場需求下,，臺積電也開始玩兒起了“饑餓營銷”,。2023年7月，臺積電歐洲總經(jīng)理 Paul de Bot在德國舉行的“第27屆汽車電子大會”上表示,，長期以來,，汽車產(chǎn)業(yè)一直被認為是技術(shù)落后者,，只注重成熟制程，但實際上,，已經(jīng)有汽車芯片供應(yīng)商自2022年開始使用5nm制程工藝,，這個時間點距離5nm正式投入量產(chǎn)僅兩年時間。由于三星的5nm制程良率一般,，使得臺積電幾乎成了目前唯一一家能夠規(guī)模量產(chǎn)5nm制程芯片的晶圓代工廠,。因此，該公司的產(chǎn)能供不應(yīng)求,，臺積電表示,，不可能為汽車行業(yè)保留空閑產(chǎn)能，汽車芯片需加速轉(zhuǎn)向先進制程,。Paul de Bot認為,，汽車制造商對訂單數(shù)量進行前瞻性規(guī)劃和控制是絕對必要的，而一些汽車芯片從原有的成熟制程節(jié)點轉(zhuǎn)向先進制程也是保障供應(yīng)的一個重要手段,。
相對于消費類電子和服務(wù)器應(yīng)用,，汽車芯片晶圓代工市場占比較小（10%以下）,，但單價更高,，這是一個極其有利可圖的市場。從臺積電的角度來看,，在新冠疫情期間,，臺積電每年的汽車芯片業(yè)務(wù)都增長了40%左右，該晶圓代工龍頭希望在未來保留并擴大這個客戶群,，特別是先進制程,。
03
智能座艙芯片也需要5nm
以上介紹的都是智能駕駛芯片，這類芯片偏計算,，另一大類則是智能座艙芯片,，這類更偏控制，對先進制程的需求也越來越迫切,。
智能座艙有多個功能塊,，主要包括高清顯示、儀表,、主動安全報警,、實時導航、在線信息娛樂,、緊急救援,、車聯(lián)網(wǎng)，以及人機交互系統(tǒng)（語音識別,、手勢識別）等,，其主要作用是通過改變?nèi)藱C交互方式,，提升駕駛者和乘員體驗。此時,，人工智能（AI）技術(shù)的重要性就凸顯出來了,，對相關(guān)芯片的性能要求也提高了。
智能座艙芯片的典型代表,，就是我們常聽說的高通驍龍8155,，以及更新?lián)Q代后的8295芯片。
2021年底,，高通發(fā)布了采用5nm制程的驍龍8295,，相比于前一代8155（7nm制程）的8TOPS算力，8255的算力達到30TOPS,，3D渲染能力提升了3倍，增加了集成電子后視鏡,、機器學習,、乘客監(jiān)測和信息安全等功能，一顆芯片可驅(qū)動11塊屏幕,。
除了座艙芯片外,，高通Snapdragon Ride智能駕駛平臺的核心SoC也基于5nm制程打造，并集成了高性能CPU,、GPU和AI引擎等核心組件,，最高算力達到700TOPS。不過,，與其它幾家智能駕駛芯片大廠（英偉達,、英特爾旗下的Mobileye、特斯拉）相比,，高通的智能駕駛芯片存在感比較弱,。
除了高通等行業(yè)大廠，中國本土SoC公司也在向先進制程智能座艙芯片進發(fā),，目前已進展至7nm,，如果沒有那么多的國際貿(mào)易限制，肯定會有采用5nm制程的,。目前,，地平線、黑藝麻智能,、芯馳科技,、芯警科技都發(fā)布了相關(guān)產(chǎn)品，其中,，芯擎科技自研的“龍鷹一號”作為國內(nèi)首款車規(guī)級7nm芯片,，已經(jīng)上車,，黑芝麻智能推出了首款自研的7nm芯片武當C1200，地平線的征程6系列芯片也采用7nm制程工藝,，旗艦芯片單顆算力為560TOPS,，2024年量產(chǎn)，到征程7或征程8量產(chǎn)時,，有望將制程工藝再提升一步,。
04
汽車芯片向3nm制程招手
隨著汽車智能化水平提升，相關(guān)芯片還在向更先進制程工藝進發(fā),。
英偉達最新的智能駕駛芯片DRIVE Thor算力達到2000 TOPS,，Hopper架構(gòu)；將采用4nm制程工藝,，2025年投產(chǎn),。英偉達表示，比亞迪,、埃安,、小鵬、理想,、極氪等中國汽車品牌將采用DRIVE Thor,。
特斯拉更為激進，已經(jīng)準備啟動3nm制程芯片代工計劃,，在臺積電N3E基礎(chǔ)上繼續(xù)強化速度和功耗表現(xiàn),，計劃2024年投產(chǎn)，但是否能拿到產(chǎn)能,，還存在疑問,。
看到高通在智能座艙應(yīng)用領(lǐng)域取得成功后，聯(lián)發(fā)科坐不住了,，也開始進軍汽車芯片市場,，特別是智能座艙，計劃推出“天璣車載平臺”,，將采用3nm制程打造,。
