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从沙子到芯片,智能汽车的“大脑”将决定车企的未来

2022-10-19 汽车电子设计 阅读:
芯片一直都是汽车的重要组成部分,从传统汽车到智能汽车,芯片扮演着越来越重要的角色。“缺芯”的问题已经慢慢得到缓解,但“缺中国芯”的问题还一直存在。今天先从芯片是怎么做的开始说起,再聊聊汽车芯片的分类和应用,最后再说一下对国产芯片的期待和担心。

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芯片一直都是汽车的重要组成部分,从传统汽车到智能汽车,芯片扮演着越来越重要的角色。“缺芯”的问题已经慢慢得到缓解,但“缺中国芯”的问题还一直存在。今天先从芯片是怎么做的开始说起,再聊聊汽车芯片的分类和应用,最后再说一下我对国产芯片的期待和担心。

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Part 1
怎么用沙子做芯片
芯片是怎么来的,是用沙子做成的吗?其实沙子是打造芯片的地基——硅晶圆的基础。

而「硅晶圆」最初的模样我们都见过:我们所熟悉的沙子。普通沙子在高温作用下转化成纯度约99.9%的硅。pldednc

硅熔炼:经过熔化,从中拉出铅笔状的硅晶柱pldednc

硅锭:再用钻石刀将硅晶柱切成圆片pldednc

切割:最后拋光,便形成硅晶圆,芯片的地基——晶圆完成pldednc

硅晶圆的直径常见的有:8英寸( 200mm)12英寸(300mm)pldednc

直径越大,单个芯片成本越低,但加工难度越大。pldednc

晶圆做好之后,需要进行:光刻、掺杂、切割、封装,才能变成最终的成品。pldednc

其中最难的步骤是光刻。pldednc

光刻:硅片上涂光刻胶pldednc

紫外线透过掩膜照射光刻胶,掩膜上印着预先设计好的电路图案;光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉,清除后留下的图案和掩膜上的一致。pldednc

用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分,剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。蚀刻完成后,清除全部光刻胶,露出一个个凹槽。pldednc

掺杂:掺杂是通过离子注入,赋予硅晶体管的特性。pldednc

先把硼或磷注入到硅结构中pldednc

接着填充铜,以便和其他晶体管互连pldednc

然后可以在上面再涂一层胶,再做一层结构。一般一个芯片包含几十层结构就像密集交织的高速公路。pldednc

封装测试pldednc

芯片做好后,用精细的切割器将芯片从晶圆上切下来,焊接基片上,装壳密封。经过测试后就可以包装销售了。pldednc

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Part 2
汽车芯片用在哪里?

芯片一直都是汽车的重要组成部分。传统汽车中,主要会用到分立器件、模拟芯片、逻辑芯片等等,构成传统的电子控制器ECU来实现对车辆的控制。pldednc

新能源汽车会使用功率芯片,是电驱动系统的“心脏”,包括线控制动和转向控制等都离不开功率芯片。pldednc

而智能汽车在这个基础上,还需要用到的高算力芯片的异构芯片,包含GPU、CPU(Graphics Processing Unit,主要负责的任务是加速图形处理速度)pldednc

、NPU等等,这些构成了汽车的高算力SOC芯片,也是智能汽车的“大脑”。pldednc

智能汽车还需要大容量的存储芯片,它是智能汽车的“记忆“。随着云和边缘计算在智能汽车 领域越来越重要,对存储器的需求与日俱增。pldednc

另外,智能汽车里还有感知芯片和通信芯片。pldednc

感知芯片,比如摄像头CIS是智能汽车的“眼睛”。激光雷达、毫米波雷达也需要数量众多的射频和光电芯片,来提供给智能汽车足够强的感知能力。pldednc

通信芯片分为两类,一类是车内的高速互联芯片,一类是车辆和外界通信的芯片,主要作用是把智能汽车里面的数据进行高速传输。pldednc

因此我们看到传统汽车在通往电气化和智能化的过程中,需要的芯片越来越多,芯片的制程要求也越来越高。pldednc

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(28nm以上的 16 14nm以下)pldednc

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Part 3
芯片‍发展天花板对智能汽车的影响

在最新的出口管制新规,中国在先进计算芯片和制造先进半导体的能力受到了约束,具体涉及范畴:pldednc

16nm或14nm以下制程的非平面晶体管结构a(FinFET或GAAFET)的逻辑芯片;pldednc

半间距不超过18nm的DRAM存储芯片;pldednc

128层或更多层的NAND闪存芯片。pldednc

根据台积电在2021年的工艺来看,受到限制的主要包括RF、Logic、先进的Analog和eNWM芯片,这对于中国汽车产业走向智能化,无疑蒙上了一层阴影。汽车行业只是一个终端应用行业,对于高制程芯片的需求在未来5年左右能够体现出来,因此智能汽车要发展,这有赖于中国半导体行业的突破。pldednc

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小结:目前我们需要持续观察这个管制对于中国半导体行业的影响,汽车行业能做的是扶持传统工艺下的汽车芯片国产替代,5年以后会不会在在智能汽车上形成代差,这是我比较担心的。pldednc

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责编:Admin
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