台积电：建议汽车芯片转向先进节点

台积电欧洲总经理Paul de Bot本周在德国路德维希堡举行的第27届汽车电子大会上表示，汽车行业的芯片和采购芯片的方式都变得越来越复杂。

de Bot表示，长期以来，汽车行业一直被认为是技术落后者，只注重落后工艺，但实际上，汽车行业在2022年开始使用5纳米工艺—— 距离5纳米进入量产仅两年。

据All-Electronics报道，de Bot建议汽车制造商尽快开始计划转向先进节点。

de Bot强调：“不可能为汽车行业预留闲置产能”——他指出，IC行业的高资本要求意味着它必须保持较高的产能利用率。因此，如果订单被取消，代工厂必须立即寻找替代品以保持高利用率。

de Bot告诉汽车制造商，制造、封装、测试和交付IC可能需要六个月的时间 ，这会影响灵活性，并使规划订单数量变得非常重要。

汽车行业对芯片行业的重要性还相当低。第一季度，台积电只有7%的收入和全球芯片行业产量的10%来自汽车。

到2030年，预计汽车IC将占半导体行业总产量的15%。

但汽车芯片转向先进工艺也并非易事。

麦肯锡估计，到2030年，90nm及以上汽车芯片仍将占汽车芯片总需求的67%，其全球供应量将在2021-2026年期间达到5%的复合年增长率，这表明此类芯片在未来几年仍将保持供应紧张状态。

汽车供应链参与者正在将先进工艺的芯片整合到新车型中，这涉及全面的新设计、认证和批量生产，从而改善汽车芯片严重短缺的局面。

通常，美国、欧洲、日本和韩国的主流汽车制造商需要3-5年的时间才能为传统车型设计、测试和验证新芯片，并且他们将逐步走上为传统车型和新电动汽车采用新工艺芯片的道路。比如：像特斯拉这样的电动汽车制造商在设计新的电动汽车芯片方面拥有更高的灵活性，并且更愿意采用更先进的工艺节点。

那么，如果汽车制造厂采用先进的工艺节点需要克服哪些困难？

成本飙升。手机采用先进制程是为了更好的性能，在保证功耗、发热在允许范围内的性能表现。但汽车的使用场景相对固定，基本上就是简单地显示车辆信息、设置、地图、音乐、视频等场景，对芯片性能要求相对不高，且汽车内部有着广阔的空间，芯片面积不用太过于限制，芯片发热也不用担心，车辆内部有足够的空间给芯片添加更高规格的散热部件，控制芯片温度；功耗自然也不是问题，芯片那点功耗在汽车本身的耗能面前可以说是微不足道。

采用先进制程的技术需要面临风险和成本压力，除去制造成本之外，5纳米和3纳米都增加了新的可靠性挑战，飙升的成本确实令汽车应用无法承受其重。

车规级认证时间长且困难。在汽车这样的热、振动和其他物理效应所致应力不能完全预测的应用中，挑战变得更加复杂。在服务器机架中，如果内部温度过高，个别服务器可以将负载转移到其他服务器。同样，如果一部智能手机被放在高温的车里，超过一定温度它就会关机，直到温度降到预设的极限以下才能重启。汽车内的热量会对从内存延迟到电路老化加速等所有方面产生很大影响，需要对芯片进行车规级认证。

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。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。

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，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。但通过车规验证的芯片才能上车，这个周期是无法跳过的。

当然，这并不是车企不追新的全部，因为有时候车企们也无法追新。

供应商的限制。大部分的汽车芯片并不是车企们自产，而是由供应商提供，这属于车企无法控制的一部分。比如在2020年这个时间节点，英伟达能提供量产的最好的高性能自动驾驶芯片是采用台积电12nm工艺打造的Xavier，而这时候的电脑显卡、手机处理器基本普及7nm工艺。12nm属于相对落后的制程工艺。另外，从供应商交样给车企们做匹配到实际推出也需要一定的时间，而车企开发新车型也需要提前准备。如果开发新车型的时候新工艺芯片没有面世，那也有可能会错过第一批新工艺芯片。

不过，尽管挑战重重，但在缺芯时期，碍于成熟工艺的汽车芯片仍然供不应求，全球一些汽车制造商正在着手使用先进的工艺节点制造芯片，特别是对于新车型和电动汽车。

从结果看，目前的5nm制程芯片处于研发或发布状态，逐渐开始进入量产阶段；不过7nm芯片中，已有Orin、FSD、EyeQ5、8155等芯片实现量产，其他芯片则在未来几年陆续实现量产，这预示着先进制程车用芯片开始进入量产加速期。

与此同时，台积电、三星两家掌握尖端先进晶圆制造工艺的晶圆代工厂将从中受益，特别是台积电，在统计的14款芯片中，有11款已采用或计划由台积电代工，仅安霸和特斯拉等少数企业选择由三星代工。

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