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5nm汽車芯片背后的“廝殺”

  • 時間:2020年06月17日
  • 資料來源:程力專用汽車股份有限公司
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就在臺積電宣布推出首個7nm制程汽車級芯片的同時,NXP打算在2021年推出基于5nm制程的下一代高性能汽車計算平臺。
5nm汽車芯片背后的“廝殺”

【編者按】對于任何一家企業來說,想要繼續在汽車行業生存下去,必須能夠比競爭對手更快地前進,努力跟上快速變化的行業形勢,在成本和性能上進行規;,在技術上不斷引領行業。

本文首發于高工智能汽車;由億歐汽車編輯整理,僅供行業人士參考。


一場圍繞汽車級芯片制程工藝的“搶灘登陸戰”正在打響。
就在臺積電宣布推出首個7nm制程汽車級芯片的同時,NXP打算在2021年推出基于5nm制程的下一代高性能汽車計算平臺。

NXP與臺積電在未來5nm制程的合作,與目前NXP量產的16nm制程芯片相比,對汽車行業來說是一個重要的飛躍。要知道,傳統汽車芯片與消費類電子相比要落后幾代。

更高的密度和功率效率的5nm工藝是針對高級別駕駛輔助和自動駕駛應用。上個月,恩智浦宣布,它正在與法國多核處理器制造商Kalray合作開發下一代芯片,這將需要先進工藝支持。

臺積電花了三年時間實現7nm工藝適用于通用汽車芯片設計,與之相比,5nm將比其性能提高20%,功耗降低40%。然而,早期成本要高出三分之一,但對于需要更多功能安全設計的5nm制程來說,其潛在意義甚至更大。

“NXP的目標是提供基于臺積電5nm工藝的一流汽車處理平臺,跨領域的一致性架構,在性能、功耗和安全性方面塑造差異化。”NXP執行副總裁兼汽車業務線總裁Henri Ardevol表示。

有業內人士表示,臺積電與恩智浦的最新合作,證明了汽車半導體將在短短數年時間從簡單的微控制器發展到與其他行業應用相當的復雜高性能處理器階段。

按照計劃,NXP的5nm汽車級芯片的首批樣品預計將于2021年開始向主要客戶提供。這也是全球首家宣布5nm汽車級芯片歷史性時間點的企業。

從一場世紀收購戰說起

兩年前,一場汽車芯片行業的世紀收購戰以戲劇性的失敗告終。主角分別是高通(Qualcomm)和NXP,彼時,后者仍是全球汽車芯片行業的老大。

如果這項440億美元的交易獲得批準,全球最大的移動芯片制造商高通將成為全球最大的汽車芯片制造商。
此舉將使高通的芯片業務擺脫已經步入下行周期的智能手機市場,并加強高通的無線專利授權業務在汽車行業的占有率。

更重要的是,高通和NXP的組合,將給已經白熱化競爭的汽車芯片市場帶來更多不確定性因素。但,現實從來都是比理想更骨感。

一年之后,英飛凌宣布以每股23.85美元現金收購賽普拉斯半導體公司,借此搶走了NXP保持數年的全球汽車芯片老大寶座。

當然,因為收購失敗,高通向NXP支付了20億美元的分手費,這相當于后者全年收入的21%。然而,NXP卻因此耽誤了寶貴的兩年光陰。

在高通提出收購之前,2017年第三季度,NXP的總收入為22.8億美元,其中41%來自汽車芯片,同比增長11%。
2018年,排名全球半導體企業營收規模第十名的NXP收入90億美元,增速僅有3.6%。到了2019年第二季度,NXP實現收入22.2億美元,與上年同期相比下降了3%。

這些看起來不太理想的數據背后,是汽車芯片行業幾乎隔幾個月就會發生一些明顯變化的“異象”,這在過去幾十年都很少見。

隨著汽車行業加速進入智能化時代,塵封數十年的汽車芯片市場格局被打破。Mobileye、英偉達、地平線等等新進入者搶占新周期先機。

過去,一顆芯片吃遍全球汽車市場的時代也已經宣告結束。

AI芯片的本地化研發創新、汽車制造商對芯片的重視、市場需求的多元化等等因素,讓NXP、TI、瑞薩等傳統汽車芯片巨頭有些“吃力”。

而被高通耽誤幾年時間的NXP,或許也清楚,對于曾經的行業老大,未來的市場打擊還會更為猛烈。

就在今年初的CES展上,高通發布了第三代驍龍汽車駕駛艙平臺,建立在驍龍602A和820A之上,并將產品線劃分為適應高中低端三層市場需求。

這是要“通吃”未來汽車智能座艙市場的姿態,高通稱這個新平臺是“汽車行業首次宣布的可伸縮的基于人工智能的平臺”。

“這是NXP無法提供的。”在高通看來,自己可以為不同的汽車制造商的不同層次的產品開發提供支持。這讓曾經在汽車中控臺叱咤風云的NXP,情何以堪。

更要命的是,高通還首次對外發布了全新Snapdragon Ride平臺,提供可擴展的開放自動駕駛解決方案,包括安全系統級芯片、安全加速器和自動駕駛軟件棧。

正如此前高通汽車芯片負責人在接受采訪時表示,NXP在汽車市場上以產品的多樣性而聞名。但說到車載信息娛樂市場,我們從沒想過NXP會是我們的競爭對手。

如今高通已經在7nm汽車SoC上占據領先優勢。第三代驍龍汽車系列芯片中,SA8155就是主打7nm,預計今年達到量產水平。相比目前主流的16nm汽車芯片,領先優勢將不只是一代差距。

B計劃,開始顯現成效
市場環境的劇烈變化,對于所有身處其中的企業都是公平的,但如何應對,卻體現出了各自的當家本領。
據一些NXP的員工透露,當前的經濟狀況已經讓管理團隊感到恐慌,內部也已經開始彌漫裁員的氣氛(尤其是高通收購交易失敗后,內部士氣低落)。

此外,由于公司薪酬競爭力不高,對于能否跟得上汽車行業新的強大競爭對手存在很大的不確定性。同時,典型的歐洲企業風格,對于市場變化的應對太慢。

甚至有一些人表示,整個公司的管理層更像是一個“好老男孩俱樂部”。尤其是對于信息娛樂系統業務板塊(此前收購的飛思卡爾)的下滑,一些NXP美國公司的員工甚至開始懷念2012-2015年前任CEO Gregg Lowe的時代。

“最重要的是,NXP把業務搞得一團糟,以至于未來的機會都被競爭對手搶走了。”一些員工表示,尤其是從iMX6到iMX8,中間正好經歷高通的收購,使得產品研發進度出現變數。

更要命的是,上述員工表示,那段時間一些管理層的唯一動機就是讓財報數字看起來不錯,然后賣掉公司,拿到獎金,這不是一家公司長期持續增長的良方。

不過,一項B計劃也就此開始進入正式執行階段。對于NXP來說,這是挽救自己的唯一機會,再晚一點,恐很難想象后果。

去年,NXP宣布和Kalray(一家成立于2008年,早期服務航空航天領域的并行計算芯片廠商)合作開發下一代自動駕駛計算平臺。

雙方合作的目的正是彌補NXP的軟肋,為客戶提供從目前L2級(不過,行業普遍認為NXP的S32在處理L2級時也只能勉強夠用)到L3、L4甚至L5級的計算平臺。

按照NXP的計劃,未來將Kalray的大規模并行處理器陣列集成到自己的BlueBox中央域控制器。Kalray的MPPA處理器將處理自動駕駛的感知和建模階段,使用傳感器融合、目標檢測和其他人工智能技術對汽車周圍環境進行建模。

NXP的芯片則負責處理自動駕駛的另一個主要環節:路徑規劃。這意味著根據周圍的環境繪制車輛應該走的路線,然后告訴車輛應該在哪里以及如何駕駛。

一年后,NXP宣布對Kalray戰略投資800萬歐元(約合900萬美元),加速開發安全、可靠和可伸縮的智能計算處理解決方案。

而新一代的NXP BlueBox自動駕駛參考平臺與NXP的S32系列安全汽車處理器和汽車級Layerscape®處理器將整合Kalray的MPPA©智能處理器。

同時,未來芯片的競爭將不再只是硬件,軟件也很關鍵。

隨后,NXP宣布與嵌入式安全領域公司Green Hills建立戰略合作伙伴關系,專注于量產級ADAS和自動駕駛應用。
合作的目的是搭載Green Hills的INTEGRITY實時操作系統(RTOS),擴展圍繞NXP現有S32系列的ADAS和中央計算系統的生態伙伴。

Green Hills將其完整的RTOS技術作為雙方自動駕駛軟件平臺的安全核心,這也是嵌入式行業中認證最高的RTOS之一,其已經通過ASIL D和SIL 4認證。

此外,早前NXP還收購了汽車以太網子系統技術提供商OmniPHY。后者的接口IP和通信技術與NXP的汽車產品組合將構成汽車以太網的一站式解決方案。

而NXP的另一大優勢就是安全網關芯片。

此前,NXP推出的S32G芯片,性能是NXP當前類似芯片的15倍,同時降低了功耗。S32G將被用于所有新網關不僅在汽車傳輸數據,而且利用數據支持的高級駕駛員輔助系統以及服務在線診斷到更新軟件的云。

S32G基于Cortex-M7微控制器和Cortex-A53微處理器的鎖步集群,可以支持ASIL-D標準,還配備了專用的網絡加速器和加密核心,可以在車內通過CAN、以太網和其他網絡發送和保護數據。

該芯片集成了20個CAN接口,而當前這一代汽車網絡芯片只有8個。該芯片還具有4個千兆以太網接口,在當前的網關處理器范圍內從100兆以太網增加到4千兆以太網。

它還支持嵌入式電子產品的最高功能安全標準ASIL-D,高于上一代的ASIL-C。NXP表示,已開始向包括奧迪在內的早期客戶供應這種新型芯片。

更為重要的是,S32G是該公司S32平臺的一部分,該平臺基于一個通用的架構,因此客戶可以將軟件從上一代轉移到下一代平臺,并重用高達90%的軟件開發工作。

面子、里子都很重要

但,這些還不夠“性感”。

芯片技術的發展,一直遵循著摩爾定律,即當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。汽車芯片從90nm-16nm的過程中,一直能夠連續兩年迭代發展。

然而,這還不是終點。

“汽車應用一直要求最高水平的質量,隨著ADAS和自動駕駛技術的逐步成熟,現在也需要強大而高效的計算能力,以使人工智能推理引擎能夠感知道路和交通狀況,幫助實時做出決策。”臺積電研發與技術開發高級副總裁侯凱文博士表示。

隨著智能汽車對性能更高、更復雜的汽車級SoC的需求在未來幾年迅速增長,上游芯片制造商需要加快更先進制程工藝的車規級導入。

隨著半導體制造技術的進步,40nm、16nm技術已經應用于生產匹配L1、L2需求的汽車芯片。為了滿足2級及以上的需求,主流的汽車芯片也在向7nm及以下挺進,這也將帶來成本和性能的提高。

比如,Mobileye在2018年發布的第五代SoC EyeQ5,用于全自動駕駛。該芯片就是基于將在2021年開始量產的汽車級7nm制程。

英偉達發布的下一代自動駕駛汽車平臺DRIVE AGX Orin。它提供200個TOPS的性能,是前一代Xavier的7倍。DRIVE AGX Orin預計將于2022年在三星的8nm LPP工藝上開始大規模生產。

對于NXP來說,2021年推出基于5nm工藝的下一代汽車級芯片,將是一次重新站到汽車芯片行業“制高點”的絕佳機會。

目前,汽車業務不僅占NXP全部業務的一半以上,而且是“一個絕對增長領域”。NXP的高管在過去一年時間曾多次強調對開發下一代雷達、電池管理和駕駛安全系統的興趣。

即使面臨很多不確定性因素,NXP追求汽車創新的戰略似乎也是明智的。這或許得益于新上任的公司首席執行官庫爾特·西弗斯(Kurt Sievers)。

自2018年9月以來,Sievers一直負責管理NXP的所有業務線。他于1995年加入NXP(當時還是飛利浦半導體),先后在多個市場部門擔任市場營銷、產品定義和開發、戰略和綜合管理職位。

2015年,他在NXP和飛思卡爾的合并中發揮了重要作用,使公司在汽車半導體和安全邊緣處理領域發揮了突出作用。在盈利的細分市場保持領先、繼續開發高度差異化的業務是Sievers帶領NXP進入下一個篇章的雙軌路徑。

當然,這是一步險招。

對于任何一家企業來說,想要繼續在汽車行業生存下去,必須能夠比競爭對手更快地前進,努力跟上快速變化的行業形勢,在成本和性能上進行規;,在技術上不斷引領行業。


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