7月27日，在2024蔚來(lái)創(chuàng)新科技日上，蔚來(lái)汽車(chē)董事長(zhǎng)李斌宣布，全球首款車(chē)規(guī)級(jí)5nm智能駕駛芯片神璣NX9031流片成功，芯片和底層軟件均實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)。
據(jù)介紹，這款芯片采用32核CPU架構(gòu)，內(nèi)置LPDDR5x、8533Mbps速率RAM，擁有6.5GPixel/s像素處理能力，處理延時(shí)小于5ms。
李斌表示，神璣NX9031擁有超過(guò)500億個(gè)晶體管，不論是綜合能力還是執(zhí)行效率，一個(gè)自研芯片能實(shí)現(xiàn)4個(gè)業(yè)界旗艦芯片的性能。
此次，李斌的發(fā)言在半導(dǎo)體界引起了一些爭(zhēng)議，原因在于他聲稱(chēng)神璣NX9031是全球首款車(chē)規(guī)級(jí)5nm智能駕駛芯片，但是，在這之前，已經(jīng)有可用于智能駕駛系統(tǒng)的5nm芯片推出，典型代表是恩智浦的S32N55處理器，以及安霸（Ambarella）的CV3系列域控制器。
01
爭(zhēng)議點(diǎn)在哪里？
李斌說(shuō)神璣NX9031是全球首款5nm智能駕駛芯片，是值得商榷的。
首先，看一下恩智浦和安霸推出的5nm汽車(chē)芯片。
可以說(shuō)，恩智浦是業(yè)界第一家宣布采用5nm制程工藝生產(chǎn)汽車(chē)芯片的公司，早在2020年6月，該公司就發(fā)布了這一消息，晶圓代工合作伙伴是臺(tái)積電。
采用5nm制程的S32N55處理器，集成了16個(gè)Arm Cortex -R52實(shí)時(shí)處理器內(nèi)核，運(yùn)行頻率為1.2 GHz，能夠滿足軟件定義汽車(chē)對(duì)計(jì)算能力的高要求。S32N55的Cortex-R52內(nèi)核可以在分離或鎖步模式下運(yùn)行，可以支持ASIL ISO 26262功能安全級(jí)別。兩對(duì)輔助鎖步Cortex-M7內(nèi)核支持系統(tǒng)和通信管理。
作為S32 CoreRide平臺(tái)的中央車(chē)輛控制器解決方案，S32N55處理器集成了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，擁有時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）2.5 Gbit/s以太網(wǎng)交換機(jī)接口、用于24條CAN FD總線高效內(nèi)部路由的CAN集線器、4個(gè)CAN XL接口和一個(gè)PCI Express Gen 4接口，能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)之間的高效通信和協(xié)同工作。另外，S32N55的“內(nèi)核到引腳”硬件隔離和虛擬化技術(shù)，使其資源可以動(dòng)態(tài)分區(qū)，以適應(yīng)不斷變化的車(chē)輛功能需求。
2022年初，安霸發(fā)布了5nm制程的CV3系列芯片，能夠支持ADAS和 L2+ ~ L4系統(tǒng)的研發(fā)。該系列芯片基于可擴(kuò)展、高能效比的 CVflow架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)500 eTOPS算力，比安霸上一代車(chē)規(guī)級(jí)CV2系列提高了42倍。
eTOPS中的e指的是equivalent。因?yàn)镃Vflow不等同于任何GPU，這導(dǎo)致CV3芯片AI算力的計(jì)數(shù)單位與常用的GPU的TOPS有所不同，這里加了e，表示與通用芯片架構(gòu)相比，可以跑到等效的性能。英偉達(dá)Orin芯片，算力是254TOPS，蔚來(lái)ET7通過(guò)4個(gè)Orin級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)了1016 TOPS算力。如果采用4個(gè)CV3芯片級(jí)聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)2000 eTOPS算力。
2023年2月，安霸宣布，采用三星的5nm制程工藝生產(chǎn)CV3-AD685。
繼恩智浦和安霸之后，高通的車(chē)用芯片也開(kāi)始采用5nm制程。此時(shí)，不得不說(shuō)英偉達(dá)和英特爾旗下的Mobileye，這兩家公司的智能駕駛芯片多采用7nm制程，而特斯拉的HardWare 3芯片采用的是三星14nm制程，前不久，供應(yīng)鏈傳出消息，特斯拉新款HW4.0芯片將轉(zhuǎn)投臺(tái)積電的4nm/5nm制程。
可見(jiàn)，在蔚來(lái)之前，恩智浦、安霸，以及高通都流片了5nm制程汽車(chē)芯片。不過(guò)，這幾家公司的芯片類(lèi)型和應(yīng)用還是有些區(qū)別的，從上文的介紹可以看出，恩智浦的S32N55屬于控制類(lèi)芯片，而安霸、英偉達(dá)、特斯拉和蔚來(lái)的是計(jì)算類(lèi)芯片，高通的是智能座艙芯片，偏控制類(lèi)。
這里要簡(jiǎn)單介紹一下汽車(chē)芯片類(lèi)型，可分為計(jì)算類(lèi)，控制類(lèi)，模擬類(lèi)、電源類(lèi)，通信類(lèi)，傳感器類(lèi)，功率類(lèi)，存儲(chǔ)類(lèi)。其中，計(jì)算和控制類(lèi)屬于數(shù)字芯片，對(duì)制程要求最高，而隨著智能駕駛的興起，對(duì)芯片算力的要求與日俱增，此時(shí)，計(jì)算類(lèi)芯片的算力也就成為非常關(guān)鍵的指標(biāo)，控制類(lèi)次之。
綜上，業(yè)界最先采用5nm制程工藝制造智能駕駛芯片的應(yīng)該是恩智浦或安霸。蔚來(lái)是中國(guó)首家采用5nm制程制造智能駕駛芯片的企業(yè)。
那么，蔚來(lái)為什么要自研如此高端的芯片呢？還要從英偉達(dá)說(shuō)起。
目前，業(yè)界用量最大的旗艦智能駕駛芯片是英偉達(dá)的Orin-x，它的單片算力為508TOPS。此外，英偉達(dá)還發(fā)布了一款DRIVE Thor芯片，單片算力2000TOPS，要2025年才能量產(chǎn)。
2023年，蔚來(lái)采購(gòu)了許多英偉達(dá)智能駕駛芯片，占到英偉達(dá)出貨量的46%，總金額達(dá)3億美元。這是一筆很大的開(kāi)支，對(duì)于一直虧損搞研發(fā)的蔚來(lái)而言，在越來(lái)越內(nèi)卷的中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)，降本增效是必須的。基于此，自研智能駕駛芯片就順理成章了，一個(gè)神璣NX9031頂4個(gè)英偉達(dá)Orin X，可以節(jié)省不少芯片開(kāi)支。
02
用5nm制程造智能駕駛芯片的價(jià)值
傳統(tǒng)上，汽車(chē)芯片對(duì)制程工藝的要求不高（多為20nm以上制程），而對(duì)芯片的穩(wěn)定性和可靠性的要求很高。也就是說(shuō)，汽車(chē)要用車(chē)規(guī)級(jí)芯片（Automotive Grade Chip）。
車(chē)規(guī)級(jí)芯片是指那些專(zhuān)為汽車(chē)應(yīng)用設(shè)計(jì)和制造，且滿足嚴(yán)苛的汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的芯片。這類(lèi)芯片需要在極端溫度范圍、高振動(dòng)、高壓、高濕、EMI等惡劣環(huán)境中保持穩(wěn)定可靠的性能，且通常要通過(guò)諸如AEC-Q系列認(rèn)證的汽車(chē)行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)。
基于汽車(chē)安全性和可靠性要求極高的應(yīng)用需求，任何芯片故障都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，為此，相比于消費(fèi)級(jí)或工業(yè)級(jí)芯片，車(chē)規(guī)級(jí)芯片具有更高的品質(zhì)要求，這類(lèi)芯片被廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制、剎車(chē)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、車(chē)載娛樂(lè)信息系統(tǒng)、ADAS等車(chē)載子系統(tǒng)。
雖然先進(jìn)制程（16nm及以下）可以提高芯片性能并降低功耗，但也會(huì)帶來(lái)一些挑戰(zhàn)，例如，制程節(jié)點(diǎn)越小，芯片的生產(chǎn)成本越高，此外，小特征尺寸芯片需要更精密的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，這也會(huì)增加成本。
因此，汽車(chē)芯片廠商，以及汽車(chē)制造商需要在芯片的性能、成本和可靠性之間尋找平衡點(diǎn)。他們需要根據(jù)車(chē)輛的用途、性能要求和成本預(yù)算來(lái)選擇合適的制程工藝。對(duì)于一些高端車(chē)型，制造商可能會(huì)采用更先進(jìn)的制程，以提高車(chē)輛性能。而對(duì)于一些經(jīng)濟(jì)車(chē)型，制造商會(huì)更多地選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的制程工藝，以降低生產(chǎn)成本。
總的來(lái)說(shuō)，汽車(chē)芯片的主流制程在40nm~16nm之間。
然而，隨著智能駕駛的普及，傳統(tǒng)汽車(chē)芯片的制造框架被打破了，因?yàn)樗懔﹂_(kāi)始主導(dǎo)汽車(chē)應(yīng)用。
其實(shí)，從業(yè)人員清楚，算力堆砌勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)浪費(fèi)的現(xiàn)象，然而，相較于看不見(jiàn)的軟件算法，實(shí)實(shí)在在的算力指標(biāo)是可以輕而易舉判斷出來(lái)的。用戶對(duì)于硬件能力的追求在移動(dòng)電子產(chǎn)品中被體現(xiàn)的淋漓盡致，如今，同樣的情況又延續(xù)到了智能汽車(chē)上。
基于此，市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種營(yíng)銷(xiāo)話術(shù)，例如，有媒體將芯片的算力水平比喻成“得房率”，利用稠密算力和稀疏算力的不同，計(jì)算出完全不一樣的算力結(jié)論。如今，卷算力已經(jīng)成為車(chē)廠和相關(guān)芯片企業(yè)邁不過(guò)去的一道坎，越來(lái)越多新亮相的智能駕駛芯片證明，增加算力是提升市場(chǎng)評(píng)價(jià)水平最有效的方式。
目前，很多30萬(wàn)以上的新勢(shì)力SUV算力都已經(jīng)破百TOPS，甚至有部分品牌汽車(chē)的算力已經(jīng)破千TOPS。即便是有很大冗余，似乎也沒(méi)有人會(huì)拒絕更高的算力。
隨著芯片算力動(dòng)輒突破500 TOPS，甚至1000 TOPS，芯片的其它指標(biāo)勢(shì)必會(huì)引起大眾的注意，例如制程工藝。雖然對(duì)于車(chē)規(guī)級(jí)芯片而言，并沒(méi)有對(duì)制程的極致追求，但在智能駕駛和智能座艙領(lǐng)域，芯片制程顯然已經(jīng)開(kāi)始向5nm，甚至更小制程節(jié)點(diǎn)挺進(jìn)。與7nm相比，臺(tái)積電的5nm工藝的處理速度提高了20%，功耗降低了40%，遷移到5nm將有助于汽車(chē)制造商通過(guò)增強(qiáng)功能為自己的汽車(chē)帶來(lái)差異化優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)化汽車(chē)日益復(fù)雜的架構(gòu)挑戰(zhàn)，并輕松地部署強(qiáng)大的計(jì)算系統(tǒng)。
因此，5nm制程對(duì)于汽車(chē)芯片的價(jià)值凸顯出來(lái)。
在這樣的市場(chǎng)需求下，臺(tái)積電也開(kāi)始玩兒起了“饑餓營(yíng)銷(xiāo)”。2023年7月，臺(tái)積電歐洲總經(jīng)理 Paul de Bot在德國(guó)舉行的“第27屆汽車(chē)電子大會(huì)”上表示，長(zhǎng)期以來(lái)，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)一直被認(rèn)為是技術(shù)落后者，只注重成熟制程，但實(shí)際上，已經(jīng)有汽車(chē)芯片供應(yīng)商自2022年開(kāi)始使用5nm制程工藝，這個(gè)時(shí)間點(diǎn)距離5nm正式投入量產(chǎn)僅兩年時(shí)間。由于三星的5nm制程良率一般，使得臺(tái)積電幾乎成了目前唯一一家能夠規(guī)模量產(chǎn)5nm制程芯片的晶圓代工廠。因此，該公司的產(chǎn)能供不應(yīng)求，臺(tái)積電表示，不可能為汽車(chē)行業(yè)保留空閑產(chǎn)能，汽車(chē)芯片需加速轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程。Paul de Bot認(rèn)為，汽車(chē)制造商對(duì)訂單數(shù)量進(jìn)行前瞻性規(guī)劃和控制是絕對(duì)必要的，而一些汽車(chē)芯片從原有的成熟制程節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程也是保障供應(yīng)的一個(gè)重要手段。
相對(duì)于消費(fèi)類(lèi)電子和服務(wù)器應(yīng)用，汽車(chē)芯片晶圓代工市場(chǎng)占比較小（10%以下），但單價(jià)更高，這是一個(gè)極其有利可圖的市場(chǎng)。從臺(tái)積電的角度來(lái)看，在新冠疫情期間，臺(tái)積電每年的汽車(chē)芯片業(yè)務(wù)都增長(zhǎng)了40%左右，該晶圓代工龍頭希望在未來(lái)保留并擴(kuò)大這個(gè)客戶群，特別是先進(jìn)制程。
03
智能座艙芯片也需要5nm
以上介紹的都是智能駕駛芯片，這類(lèi)芯片偏計(jì)算，另一大類(lèi)則是智能座艙芯片，這類(lèi)更偏控制，對(duì)先進(jìn)制程的需求也越來(lái)越迫切。
智能座艙有多個(gè)功能塊，主要包括高清顯示、儀表、主動(dòng)安全報(bào)警、實(shí)時(shí)導(dǎo)航、在線信息娛樂(lè)、緊急救援、車(chē)聯(lián)網(wǎng)，以及人機(jī)交互系統(tǒng)（語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別）等，其主要作用是通過(guò)改變?nèi)藱C(jī)交互方式，提升駕駛者和乘員體驗(yàn)。此時(shí)，人工智能（AI）技術(shù)的重要性就凸顯出來(lái)了，對(duì)相關(guān)芯片的性能要求也提高了。
智能座艙芯片的典型代表，就是我們常聽(tīng)說(shuō)的高通驍龍8155，以及更新?lián)Q代后的8295芯片。
2021年底，高通發(fā)布了采用5nm制程的驍龍8295，相比于前一代8155（7nm制程）的8TOPS算力，8255的算力達(dá)到30TOPS，3D渲染能力提升了3倍，增加了集成電子后視鏡、機(jī)器學(xué)習(xí)、乘客監(jiān)測(cè)和信息安全等功能，一顆芯片可驅(qū)動(dòng)11塊屏幕。
除了座艙芯片外，高通Snapdragon Ride智能駕駛平臺(tái)的核心SoC也基于5nm制程打造，并集成了高性能CPU、GPU和AI引擎等核心組件，最高算力達(dá)到700TOPS。不過(guò)，與其它幾家智能駕駛芯片大廠（英偉達(dá)、英特爾旗下的Mobileye、特斯拉）相比，高通的智能駕駛芯片存在感比較弱。
除了高通等行業(yè)大廠，中國(guó)本土SoC公司也在向先進(jìn)制程智能座艙芯片進(jìn)發(fā)，目前已進(jìn)展至7nm，如果沒(méi)有那么多的國(guó)際貿(mào)易限制，肯定會(huì)有采用5nm制程的。目前，地平線、黑藝麻智能、芯馳科技、芯警科技都發(fā)布了相關(guān)產(chǎn)品，其中，芯擎科技自研的“龍鷹一號(hào)”作為國(guó)內(nèi)首款車(chē)規(guī)級(jí)7nm芯片，已經(jīng)上車(chē)，黑芝麻智能推出了首款自研的7nm芯片武當(dāng)C1200，地平線的征程6系列芯片也采用7nm制程工藝，旗艦芯片單顆算力為560TOPS，2024年量產(chǎn)，到征程7或征程8量產(chǎn)時(shí)，有望將制程工藝再提升一步。
04
汽車(chē)芯片向3nm制程招手
隨著汽車(chē)智能化水平提升，相關(guān)芯片還在向更先進(jìn)制程工藝進(jìn)發(fā)。
英偉達(dá)最新的智能駕駛芯片DRIVE Thor算力達(dá)到2000 TOPS，Hopper架構(gòu)；將采用4nm制程工藝，2025年投產(chǎn)。英偉達(dá)表示，比亞迪、埃安、小鵬、理想、極氪等中國(guó)汽車(chē)品牌將采用DRIVE Thor。
特斯拉更為激進(jìn)，已經(jīng)準(zhǔn)備啟動(dòng)3nm制程芯片代工計(jì)劃，在臺(tái)積電N3E基礎(chǔ)上繼續(xù)強(qiáng)化速度和功耗表現(xiàn)，計(jì)劃2024年投產(chǎn)，但是否能拿到產(chǎn)能，還存在疑問(wèn)。
看到高通在智能座艙應(yīng)用領(lǐng)域取得成功后，聯(lián)發(fā)科坐不住了，也開(kāi)始進(jìn)軍汽車(chē)芯片市場(chǎng)，特別是智能座艙，計(jì)劃推出“天璣車(chē)載平臺(tái)”，將采用3nm制程打造。
