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5nm汽車芯片背后的“廝殺”

2020-06-15 09:11 高工智能汽車

導(dǎo)讀: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。

對于任何一家企業(yè)來說,想要繼續(xù)在汽車行業(yè)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(yè)形勢,在成本和性能上進行規(guī)?;?,在技術(shù)上不斷引領(lǐng)行業(yè)。

本文首發(fā)于高工智能汽車;由億歐汽車編輯整理,僅供行業(yè)人士參考。

一場圍繞汽車級芯片制程工藝的“搶灘登陸戰(zhàn)”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(chǎn)的16nm制程芯片相比,對汽車行業(yè)來說是一個重要的飛躍。要知道,傳統(tǒng)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(yīng)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(fā)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(xiàn)7nm工藝適用于通用汽車芯片設(shè)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(shè)計的5nm制程來說,其潛在意義甚至更大。

“NXP的目標(biāo)是提供基于臺積電5nm工藝的一流汽車處理平臺,跨領(lǐng)域的一致性架構(gòu),在性能、功耗和安全性方面塑造差異化?!盢XP執(zhí)行副總裁兼汽車業(yè)務(wù)線總裁Henri Ardevol表示。

有業(yè)內(nèi)人士表示,臺積電與恩智浦的最新合作,證明了汽車半導(dǎo)體將在短短數(shù)年時間從簡單的微控制器發(fā)展到與其他行業(yè)應(yīng)用相當(dāng)?shù)膹?fù)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(yù)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(yè)。

從一場世紀(jì)收購戰(zhàn)說起

兩年前,一場汽車芯片行業(yè)的世紀(jì)收購戰(zhàn)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(yè)的老大。

如果這項440億美元的交易獲得批準(zhǔn),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(yè)務(wù)擺脫已經(jīng)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(quán)業(yè)務(wù)在汽車行業(yè)的占有率。

更重要的是,高通和NXP的組合,將給已經(jīng)白熱化競爭的汽車芯片市場帶來更多不確定性因素。但,現(xiàn)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(xiàn)金收購賽普拉斯半導(dǎo)體公司,借此搶走了NXP保持數(shù)年的全球汽車芯片老大寶座。

當(dāng)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(dāng)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(dǎo)體企業(yè)營收規(guī)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(xiàn)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(shù)據(jù)背后,是汽車芯片行業(yè)幾乎隔幾個月就會發(fā)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(yè)加速進入智能化時代,塵封數(shù)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(jīng)宣告結(jié)束。

AI芯片的本地化研發(fā)創(chuàng)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(tǒng)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(jīng)的行業(yè)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(fā)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(chǎn)品線劃分為適應(yīng)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(tài),高通稱這個新平臺是“汽車行業(yè)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?!痹诟咄磥?,自己可以為不同的汽車制造商的不同層次的產(chǎn)品開發(fā)提供支持。這讓曾經(jīng)在汽車中控臺叱咤風(fēng)云的NXP,情何以堪。

更要命的是,高通還首次對外發(fā)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(tǒng)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(zé)人在接受采訪時表示,NXP在汽車市場上以產(chǎn)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(jīng)在7nm汽車SoC上占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢。第三代驍龍汽車系列芯片中,SA8155就是主打7nm,預(yù)計今年達到量產(chǎn)水平。相比目前主流的16nm汽車芯片,領(lǐng)先優(yōu)勢將不只是一代差距。

B計劃,開始顯現(xiàn)成效

市場環(huán)境的劇烈變化,對于所有身處其中的企業(yè)都是公平的,但如何應(yīng)對,卻體現(xiàn)出了各自的當(dāng)家本領(lǐng)。

據(jù)一些NXP的員工透露,當(dāng)前的經(jīng)濟狀況已經(jīng)讓管理團隊感到恐慌,內(nèi)部也已經(jīng)開始彌漫裁員的氣氛(尤其是高通收購交易失敗后,內(nèi)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(yè)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(yè)風(fēng)格,對于市場變化的應(yīng)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(tǒng)業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)搞得一團糟,以至于未來的機會都被競爭對手搶走了?!币恍﹩T工表示,尤其是從iMX6到iMX8,中間正好經(jīng)歷高通的收購,使得產(chǎn)品研發(fā)進度出現(xiàn)變數(shù)。

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(shù)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(xù)增長的良方。

不過,一項B計劃也就此開始進入正式執(zhí)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(wù)航空航天領(lǐng)域的并行計算芯片廠商)合作開發(fā)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(yè)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(guī)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(biāo)檢測和其他人工智能技術(shù)對汽車周圍環(huán)境進行建模。

NXP的芯片則負責(zé)處理自動駕駛的另一個主要環(huán)節(jié):路徑規(guī)劃。這意味著根據(jù)周圍的環(huán)境繪制車輛應(yīng)該走的路線,然后告訴車輛應(yīng)該在哪里以及如何駕駛。

一年后,NXP宣布對Kalray戰(zhàn)略投資800萬歐元(約合900萬美元),加速開發(fā)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(guān)鍵。

隨后,NXP宣布與嵌入式安全領(lǐng)域公司Green Hills建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系,專注于量產(chǎn)級ADAS和自動駕駛應(yīng)用。

合作的目的是搭載Green Hills的INTEGRITY實時操作系統(tǒng)(RTOS),擴展圍繞NXP現(xiàn)有S32系列的ADAS和中央計算系統(tǒng)的生態(tài)伙伴。

Green Hills將其完整的RTOS技術(shù)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(yè)中認證最高的RTOS之一,其已經(jīng)通過ASIL D和SIL 4認證。

此外,早前NXP還收購了汽車以太網(wǎng)子系統(tǒng)技術(shù)提供商OmniPHY。后者的接口IP和通信技術(shù)與NXP的汽車產(chǎn)品組合將構(gòu)成汽車以太網(wǎng)的一站式解決方案。

而NXP的另一大優(yōu)勢就是安全網(wǎng)關(guān)芯片。

此前,NXP推出的S32G芯片,性能是NXP當(dāng)前類似芯片的15倍,同時降低了功耗。S32G將被用于所有新網(wǎng)關(guān)不僅在汽車傳輸數(shù)據(jù),而且利用數(shù)據(jù)支持的高級駕駛員輔助系統(tǒng)以及服務(wù)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(biāo)準(zhǔn),還配備了專用的網(wǎng)絡(luò)加速器和加密核心,可以在車內(nèi)通過CAN、以太網(wǎng)和其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和保護數(shù)據(jù)。

該芯片集成了20個CAN接口,而當(dāng)前這一代汽車網(wǎng)絡(luò)芯片只有8個。該芯片還具有4個千兆以太網(wǎng)接口,在當(dāng)前的網(wǎng)關(guān)處理器范圍內(nèi)從100兆以太網(wǎng)增加到4千兆以太網(wǎng)。

它還支持嵌入式電子產(chǎn)品的最高功能安全標(biāo)準(zhǔn)ASIL-D,高于上一代的ASIL-C。NXP表示,已開始向包括奧迪在內(nèi)的早期客戶供應(yīng)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(gòu),因此客戶可以將軟件從上一代轉(zhuǎn)移到下一代平臺,并重用高達90%的軟件開發(fā)工作。

面子、里子都很重要

但,這些還不夠“性感”。

芯片技術(shù)的發(fā)展,一直遵循著摩爾定律,即當(dāng)價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數(shù)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(xù)兩年迭代發(fā)展。

然而,這還不是終點。

“汽車應(yīng)用一直要求最高水平的質(zhì)量,隨著ADAS和自動駕駛技術(shù)的逐步成熟,現(xiàn)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?!迸_積電研發(fā)與技術(shù)開發(fā)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(fù)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(guī)級導(dǎo)入。

隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的進步,40nm、16nm技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)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(fā)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(chǎn)的汽車級7nm制程。

英偉達發(fā)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(yù)計將于2022年在三星的8nm LPP工藝上開始大規(guī)模生產(chǎn)。

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(yè)“制高點”的絕佳機會。

目前,汽車業(yè)務(wù)不僅占NXP全部業(yè)務(wù)的一半以上,而且是“一個絕對增長領(lǐng)域”。NXP的高管在過去一年時間曾多次強調(diào)對開發(fā)下一代雷達、電池管理和駕駛安全系統(tǒng)的興趣。

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

自2018年9月以來,Sievers一直負責(zé)管理NXP的所有業(yè)務(wù)線。他于1995年加入NXP(當(dāng)時還是飛利浦半導(dǎo)體),先后在多個市場部門擔(dān)任市場營銷、產(chǎn)品定義和開發(fā)、戰(zhàn)略和綜合管理職位。

2015年,他在NXP和飛思卡爾的合并中發(fā)揮了重要作用,使公司在汽車半導(dǎo)體和安全邊緣處理領(lǐng)域發(fā)揮了突出作用。在盈利的細分市場保持領(lǐng)先、繼續(xù)開發(fā)高度差異化的業(yè)務(wù)是Sievers帶領(lǐng)NXP進入下一個篇章的雙軌路徑。

當(dāng)然,這是一步險招。

對于任何一家企業(yè)來說,想要繼續(xù)在汽車行業(yè)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(yè)形勢,在成本和性能上進行規(guī)?;?,在技術(shù)上不斷引領(lǐng)行業(yè)。