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2022年04月08日 18:00

这款芯片发布在即 到底何为“车规芯片”?

编者荐语:近几年,汽车智能化、网联化、电动化迅速发展,汽车对于芯片的需求无论在数量上还是性能上都快速增长。当下,搭载好的芯片,汽车才会更有竞争力,整车厂对汽车芯片的关注也达到了空前的高度。面对日益上涨的需求,国际芯片供应却危机四伏,英飞凌、恩智浦和意法半导体等国际主要汽车芯片大厂在财报电话会议交流时,一方面强调了汽车芯片产业的强劲前景,但同时也指出了2022年车规芯片的产能瓶颈仍然非常严峻。


高性能MCU即将发布,“车规时代”到来

“缺芯潮”中,MCU控制芯片是对车厂挑战最大的产品,尤其高性能、高可靠、高安全的车规控制芯片,而这块市场此前一直是国际大厂的天下,国内创新企业尚是空白。


不过车规半导体企业芯驰科技近期透露了令人振奋的消息:即将发布一款高可靠、高安全、高性能、广覆盖的车控MCU E3、其功能安全等级达到了ISO 26262 ASIL D级;这款控制芯片据称可覆盖汽车车身、底盘、动力、BMS、网关、T-Box等各项应用,目前已有近20家车厂和Tier1开展了基于它的应用开发。发布时间临近,具体情况如何,还需等待芯驰更详细的官方信息。


随着MCU E3的发布,芯驰科技智能座舱、智能驾驶、智能网关、安全控制全系列产品也将形成独特的平台化、全场景优势。


除了性能方面的突破,是否符合车规也是车厂非常关心的领域。据悉,芯驰是目前国内首个拿到“四证”的车规级芯片企业,早在2019年就成为中国首个取得ISO 26262-2018 ASIL D流程认证的企业,而X9智能座舱/G9智能网关/V9智能驾驶三款芯片则率先拿下AEC-Q100 Grade-2产品可靠性认证和ISO 26262 ASIL B功能安全产品认证,G9网关芯片是国内首批获得国密认证的车规SoC芯片。


到底何为车规级芯片?

“车规”的关注度,正变得越来越高,但何为真正意义上的车规级芯片?市场声音仍有些嘈杂,有的厂商通过AEC-Q100认证就声称达到车规级,有的认为还需要通过ISO 26262认证。还有厂商宣称自己通过了相关认证,但实际测试过程中,表现却不达标,又是什么原因?为何“车规”如此重要?车厂如此看重?对于以上问题,下文会逐一介绍。


相对于其他消费级工业电子元件,汽车电子元件需要面对更苛刻的外部工作环境,使用寿命要求更长,可靠性和安全性要求更高。


“车规认证”即是针对这些使用场景特点,对汽车芯片的生产流程和产品设定了相关认证要求,满足所有要求,才能通过“车规认证”。而车规级芯片,是指完全满足所有“车规认证”要求,并通过第三方认证机构认证的汽车芯片。


那么,真正的车规级芯片到底要经过哪些相应的认证?具体的指标和维度有哪些?目前,业界较为通用的芯片车规认证标准主要有可靠性标准AEC-Q系列、功能安全标准ISO 26262。一般通过这两项标准的认定,才能称为“车规级芯片”。


• AEC-Q100:芯片前装上车的“基本门槛”

AEC-Q系列是主要针对可靠性评估的规范,详细规定了一系列的汽车电子可靠性测试标准。其中,业内普遍熟知的AEC-Q100是基于失效机理的集成电路应力测试鉴定,是适用于车用芯片的综合可靠性测试,汽车行业零部件供应商生产的重要指南。通过AEC-Q100测试,能够保障芯片长期可靠能用,即不损坏。


通过AEC-Q100可靠性认证试验条件,需要多轮验证且过程中更多侧重多方协作(晶圆厂、封测厂等产业链企业的配合),周期一般比较长。芯片设计厂商需要从产品设计阶段就将可靠性要求放在非常高的优先级,以确保产品满足环境应力加速验证、寿命加速模拟验证、封装验证等方面的严格要求,这也要求芯片厂商要有足够丰富的成功生产车规芯片的经验,才能在前期每个环节中做到位,保障在认证时满足所有标准和要求。


• ISO 26262:汽车供应链的“准入门票”

仅仅保障“能用”、“不损坏”显然是不够的,真正的“车规级芯片”需满足对功能安全机制的考量和认证,随着智能驾驶/无人驾驶的逐步落地,越来越多的汽车零部件加强了对功能安全的需求,而ISO 26262则是全面规范汽车零部件以及芯片功能安全的基本规则。功能安全强调的是保障功能正常,不会出现突发问题,能够正常报警、安全执行,是能力层面的保障。业内对于功能安全的认证较多使用ISO 26262《道路车辆功能安全》国际标准。所以通过这一标准的认证,也已成为时下汽车供应链厂商们的准入规则。


ISO 26262除了关注控制随机硬件失效外,还关注避免系统性失效的发生,系统性失效其实占到了“失效”的大部分,很多问题都是由系统性失效造成的,其背后原因各有不同,可能是没有遵照最佳实践的一些准则,或者没有及时的进行同行评审等。


ISO 26262第二版内容



ISO 26262功能安全认证分为功能安全流程认证和功能安全产品认证,在汽车行业的开发流程中,需要先有流程做支撑,才能根据流程做出能达到流程标准的产品。因此,要想开发出能通过ISO 26262认证的产品,先得通过ISO 26262功能安全流程认证。而只有通过这两方面的认证,才算是完全通过了ISO 26262功能安全认证。


功能安全流程认证专注于功能安全管理体系,产品必须按照通过认证的流程开发,可有效避免产品的系统性失效,提升产品质量,是针对流程的认证。


功能安全产品认证则更注重考察产品本身的安全架构设计、安全特性及安全覆盖范围,对整个系统进行危害分析和风险评估,并要求安全机制符合相应功能安全等级(ASIL)要求,还需追加自我诊断等功能。


功能安全等级ASIL从低到高可分为A/B/C/D四个等级,等级越高对安全性的要求越高,对开发流程和技术的要求也越严格,每个等级都有相对应的标准,需满足这一等级所有标准要求,才算是通过了该等级的认证。


芯驰科技率先通过了功能安全流程ASIL D级别的认证,随后其X9座舱芯片/G9网关芯片/V9自动驾驶三款芯片经过行业权威认证机构德国莱茵TÜV评估,认定其从避免系统性失效和控制随机硬件失效方面,均完全符合ISO 26262 ASIL B级别的标准要求,即也通过ASIL B功能安全产品认证。芯驰科技也是国内首家达成这一目标的车规处理器企业。


值得注意的是,一般产品认证等级不会高于流程认证等级,例如不太可能功能安全流程认证等级是ASIL B,生产出来的产品等级是ASIL D,如果想生产功能安全通过ASIL D等级认证的产品,那该厂商一定已经通过了功能安全流程ASIL D等级的认证。芯驰科技是完全符合这一顺序的,其很早就通过了ASIL D级别的功能安全流程认证,也为近期即将发布的ASIL D级别MCU打好了基础。


要想通过ISO 26262认证,芯片厂商同样需要从芯片设计之初就以相应标准为目标进行设计,包括芯片全生命周期的功能安全要求,涵盖安全需求的规划、设计、实施、集成、验证、确认和配置等。


虽然该标准并非全球强制性标准,但在一些对功能安全有一定要求的部件上,整车厂和Tier1进行平台化选型时,没有通过ISO 26262认证的产品或厂商,基本很难获得认可,所以该标准已经逐渐成为汽车供应链厂商的“准入门票”。


值得注意的是,汽车上不同区域使用的芯片,对于安全等级的要求也是不同的,一般以该区域中对于功能安全要求最高的功能,来确定整体的需求等级。例如仪表盘需要达到ASIL B等级,因为它有报错功能,如果车辆某个部位出现问题,仪表盘报警灯不提示,那么车辆安全机制将无法工作,会带来巨大安全风险,所以要保证仪表盘的错误报警信息能安全可靠地显示出来。


而即使同是ISO 26262 ASIL某一等级的认证,其实也有不同,有车规“预备”和“完全”通过两种。市场上有不少智能汽车芯片厂商宣传已经通过了ASIL X级别的认证,但其中或是满足了部分ISO 26262标准中的要求,也就是ASIL X Ready认证,这一级别的认证其实更准确的说法叫车规“预备”,一般以满足“控制随机硬件失效”方面的要求为主;又或者是仅拿下了流程认证、还未通过产品功能安全认证。所以会有厂商表示通过了认证,而实际测试中不达标的情况发生。


综合来看,真正的车规级芯片一般需要通过可靠性测试认证+功能安全流程认证+功能安全产品认证,才能算完全满足车规认证中的所有要求,才算是“车规级芯片”。


机会窗口到来,行业迎接创新企业

这两年,国内汽车芯片行业发展迅速,国产半导体厂商纷纷加大车规级产品的推进力度。然而,车规级芯片在开发和认证过程中需要花费较多的时间,一款芯片完成车规级认证,一般需要用2年左右的时间,大量的验证工作使得车规级芯片投入周期长、导入难度大,严苛的要求将众多国产半导体厂商挡在了门外。即使是当前市场上热门的高性能智能座舱芯片高通骁龙8155也只宣传通过了AEC-Q100 Grade-3认证,暂未通过ISO 26262认证。而目前,芯驰科技已冲出藩篱,率先通过可靠性测试认证+功能安全流程认证+功能安全产品认证的创新车规处理器企业,并获得了市场广泛认可。


搜索资料可以发现,芯驰科技是一家相对低调的企业,其全系列的“智能座舱、智能驾驶、安全控制、智能网关”域控算力平台用不到3年时间,完成了流片、ISO 26262和ACE-Q100车规高等级认证,以及量产出货,目前已覆盖中国超过70%的车厂,服务250余家客户。事实上,芯驰科技的实力在业内已比肩国际大厂。


芯片创新企业众多,为什么芯驰能这么快?从其团队背景中可了解到,芯驰的团队平均拥有10-20年量产经验的深厚积累,在半导体行业,丰富的成功量产经验是芯片设计和成功量产的最大保障。据介绍,芯驰目前也已参与到多项车规级芯片标准的制定中。


汽车作为长生命周期的商品,又与人身安全密切相关,在对可靠性、安全性的要求标准上需要极其严格,所以通过车规级认证,既重要,又必要。综合来看,在当前的市场环境和趋势下,中国车规芯片企业正在迎来难得的发展机遇,但想走得更远,唯有在安全、可靠上扎实做好才是正道。


文章来源于半导体行业观察,作者李晨光

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