一輛汽車到底需要多少個芯片?
在過去的幾十年中,半導體產品在汽車中的應用迅速擴大,汽車電子成為增速最快的細分市場之一。根據中國汽車工業協會提供的數據顯示,傳統燃油車所需汽車芯片數量為600-700顆,電動車所需的汽車芯片數量將提升至1600顆/輛,而更高級的智能汽車對芯片的需求量將有望提升至3000顆/輛。
汽車芯片包含哪些大類?
汽車芯片就像人類的大腦,按功能可以分為控制、感知、執行三大類。再細分點,可以分為控制芯片、計算芯片、傳感芯片、通信芯片、存儲芯片、安全芯片、功率芯片、驅動芯片、電源管理芯片九大類。
1、控制芯片:MCU、SOC
控制芯片(MCU)也稱為“微控制單元”,負責算力和處理,用于發動機/底盤/車身控制等,比如用于自動駕駛感知和融合的AI芯片。目在汽車上搭載的芯片越來越多,從動力系統,到車機系統,再到安全系統,都能看到芯片的大量應用。一輛汽車中所使用的半導體器件數量中,MCU占比約30%。
2、計算芯片;CPU、GPU、FPGA等
中央處理單元(CPU)芯片:在汽車中,CPU芯片主要應用于汽車的信息娛樂系統,如車載導航、音樂播放等。這種芯片能夠處理復雜的計算任務,對接多媒體接口,提供強大的處理能力。圖形處理單元(GPU)芯片:主要應用在高級輔助駕駛系統(ADAS)和自動駕駛系統中,用于處理大量的視頻和圖像數據,進行物體識別、行人識別、行駛路線規劃等。
3、功率芯片:IGBT、碳化硅、功率MOSFET
功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心,主要用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等。在新能源汽車中,中高壓MOSFET單車平均用量提升至200個以上。
4、通信芯片:蜂窩、WLAN、CAN/LIN、衛星定位、NFC、藍牙、ETC、以太網等
無線通信芯片能夠實現汽車與互聯網的連接,提供數據傳輸功能,支持車載信息服務、遠程控制、實時導航等功能。
CAN控制器芯片主要用于汽車的內部通信,例如,發動機控制模塊與剎車控制模塊之間的信息傳遞。CAN控制器能有效地組織和管理車輛各個系統之間的數據流,確保信息的準確傳遞,提高汽車的整體運行效率。
5、存儲芯片:DRAM、NOR FLASH、EEPROM、SRAM、NAND FLASH
汽車的信息娛樂系統、導航系統、安全系統等都需要大量的存儲空間,因此存儲芯片在汽車中也扮演著重要的角色。常見的存儲芯片有閃存芯片、固態硬盤芯片等。它們能夠存儲大量的數據,并提供快速的讀寫速度,保證系統的流暢運行。
6、電源/模擬芯片:SBC、模擬前端、DC/DC、數字隔離、DC/AC
在汽車中,電源管理芯片主要負責車載電子設備的電源供應,包括啟動電源、車燈電源、儀表板電源等。它能有效地管理和分配電源,保證車載電子設備的正常運行。據Oppenheimer統計,模擬電路在汽車芯片中占比29%,其中53%為信號鏈芯片,47%為電源管理芯片。
7、驅動芯片:高邊驅動、低邊驅動、LED/顯示、門級驅動、橋接、其他驅動等
對于電動汽車而言,電機控制芯片起著至關重要的作用。它能夠控制電機的轉速和轉向,保證汽車的穩定駕駛。同時,電機控制芯片也能有效地管理電池的電量,提高電池的使用效率,延長電池的使用壽命。
8、安全芯片:T-Box/V2X安全芯片、eSIM/eSAM安全芯片
汽車的信息安全和駕駛安全是消費者關注的重點,因此汽車中也廣泛應用了各種安全芯片。這類芯片包括身份認證芯片、數據加密芯片等,能夠保護汽車的數據安全,防止非法訪問和攻擊。
9、傳感芯片:超聲波、圖像、語音、激光、毫米波、指紋、紅外、電壓、溫度、電流、濕度、位置、壓力等;
傳感器芯片在汽車中扮演著非常重要的角色,包括速度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、雷達傳感器等。這些傳感器能夠實時監控汽車的運行狀態,為駕駛員提供重要的信息,也能為汽車的安全系統提供必要的數據支持。
汽車芯片必須通過的車規級AEC-Q100認證
① AEC-Q認證是國際汽車電子領域的準入門檻
AEC即Automotive Electronics Council,是美國汽車電子委員會的簡稱。AEC由克萊斯勒,福特和通用汽車發起并創立于1994年,目前會員遍及全球各大汽車廠、汽車電子和半導體廠商,符合AEC規范的零部件均可被上述三家車廠同時采用,促進了零部件制造商交換其產品特性數據的意愿,并推動了汽車零件通用性的實施,為汽車零部件市場的快速成長打下基礎。AEC-Q為AEC組織所制訂的車用可靠性測試標準,是零件廠商進入汽車電子領域,打入一級車廠供應鏈的重要門票。
AEC-Q100是AEC的第一個標準,主要是針對車載應用的集成電路產品所設計出的一套應力測試標準,此規范對于提升產品信賴性品質保證相當重要。AEC-Q100是預防可能發生各種狀況或潛在的故障狀態,對每一個芯片進行嚴格的質量與可靠度確認,特別對產品功能與性能進行標準規范測試。
② 要求通過AEC-Q100標準的車用集成電路IC
控制類芯片、驅動類芯片、計算類芯片、存儲類芯片、傳感類芯片、通信類芯片、功率類芯片、電源類芯片、安全類芯片、模擬類芯片等。
③ AEC-Q100:集成電路試驗方法零件工作溫度等級定義
?等級0:環境工作溫度范圍-40℃~150℃;
?等級1:環境工作溫度范圍-40℃~125℃;
?等級2:環境工作溫度范圍-40℃~105℃;
?等級3:環境工作溫度范圍-40℃~85℃。
④AEC-Q100車用IC產品驗證流程
⑤ AEC-Q100測試項目分組
群組A--加速環境應力測試(PC、THB/HAST、AC or UHAST or TH、TC、PTC、HTSL)共6項測試
群組B--加速生命周期模擬測試(HTOL、ELFR、EDR)--共3項測試
群組C--封裝組裝完整性測試(WBS、WBP、SD、PD、SBS、LI、BST)--共7項測試
群組D--芯片制造可靠性測試(EM、TDDB、HCI、BTI、SM)--共5項測試
群組E--電性驗證測試(TEST、HBM、CDM、LU、ED、FG、CHAR、EMC、SC、SER、LF)--共11項測試
群組F--缺陷篩選測試(PAT、SBA)--共2項測試
群組G--腔體封裝完整性測試(MS、VFV、CA、GFL、DROP、LT、DS、IWV)--共8項測試
⑥ 北測芯片測試能力及AEC-Q100技術要求
關于北測
北測集團(以下簡稱"NTEK")成立于2009年,總部位于深圳,主要從事智能網聯汽車、電子通信、新能源的研發驗證、檢驗檢測、失效分析、仿真模擬和市場準入等質量研究技術服務。
北測擁有豐富的車規級電子認證經驗,已成功幫助100多家企業順利通過AEC-Q系列認證,通過AEC-Q100對每一個芯片個案進行嚴格的質量與可靠度確認。
北測集團以車企車規芯片國產化需求為牽引,依托國產半導體產業基礎,提供完善的檢測認證服務,通過AEC-Q100車用標準嚴格把控汽車芯片安全質量,助力國產車規級芯片大力發展,為打造智能汽車安全體系再添新動力。