近期，全球半導(dǎo)體硅片缺貨狀況加劇。業(yè)界消息稱，缺貨將延續(xù)至2019年底，產(chǎn)品價(jià)格也將一路漲至明年。從需求看，目前汽車(chē)芯片市場(chǎng)規(guī)模并非最大，但未來(lái)幾年受自動(dòng)駕駛、車(chē)聯(lián)網(wǎng)及智能座艙需求快速增長(zhǎng)刺激，汽車(chē)芯片需求增速將高于其他應(yīng)用領(lǐng)域。
據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，芯片在每輛汽車(chē)中的價(jià)值從2000年的250美元飆升至去年的350美元。近三年全球車(chē)用芯片市場(chǎng)正以超過(guò)年復(fù)合增長(zhǎng)率30%的速度增長(zhǎng)，2017年市場(chǎng)規(guī)模接近350億美元，汽車(chē)市場(chǎng)被認(rèn)為是半導(dǎo)體芯片市場(chǎng)中成長(zhǎng)最快的應(yīng)用領(lǐng)域。
可以預(yù)見(jiàn)的是，汽車(chē)芯片在未來(lái)3-10年，在國(guó)內(nèi)將會(huì)迎來(lái)一個(gè)大的發(fā)展浪潮。國(guó)內(nèi)在政策和資金方面，也給了充足的空間。對(duì)于國(guó)內(nèi)的芯片企業(yè)而言，機(jī)遇永遠(yuǎn)存在，但能否抓住，是一個(gè)問(wèn)題。
通過(guò)相關(guān)企業(yè)的調(diào)研訪談，《高工智能汽車(chē)》將會(huì)從芯片的基本組成、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、行業(yè)趨勢(shì)等方面，對(duì)國(guó)內(nèi)汽車(chē)芯片的發(fā)展機(jī)會(huì)和風(fēng)險(xiǎn)做一個(gè)解讀。
芯片=集成電路 （IC）
芯片（Chip），又稱微電路（microcircuit）、微芯片（microchip）、集成電路（英語(yǔ)：integrated circuit, IC）。是指內(nèi)含集成電路的硅片，體積很小，常常是計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備的一部分。
通俗來(lái)講，芯片就是集成了大量電子電路的一個(gè)載體。有時(shí)候，芯片或者集成電路行業(yè)，也會(huì)被稱為半導(dǎo)體行業(yè)。這是因?yàn)殡娮与娐范喟胧怯冒雽?dǎo)體材料制成，而芯片是電子電路的集成。因此有時(shí)候會(huì)范范的將芯片也成為半導(dǎo)體。
芯片從工藝上講，涉及設(shè)計(jì)、制圖（通常由EDA完成）、制造、封裝等過(guò)程。設(shè)計(jì)包括規(guī)格制定、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)等，需要明確目的、遵守行業(yè)規(guī)范等，擁有芯片設(shè)計(jì)能力的公司鳳毛麟角，都是站在金字塔尖的。
這樣的公司有英特爾、高通、博通、英偉達(dá)、美滿、賽靈思、Altera、聯(lián)發(fā)科、海思、展訊、中興微電子、華大、大唐、智芯、敦泰、士蘭、中星、格科等。
制造可簡(jiǎn)單分為四個(gè)過(guò)程，金屬濺鍍、涂布光阻、蝕刻技術(shù)、光阻去除，所有的過(guò)程都要晶元上完成。由于芯片本身材質(zhì)的原因，容易刮傷損壞，因此完成制造過(guò)程后，通常會(huì)在外面包裹一個(gè)堅(jiān)硬的外殼，這個(gè)過(guò)程就是封裝。
封裝通常有兩種，DIP （Dual Inline Package）雙排直立式封裝、BGA（Ball Grid Array）球格陣列封裝。前者多見(jiàn)于簡(jiǎn)單功能的芯片（如電壓放大器），后者則用多用在復(fù)雜的芯片上（如電腦的芯片）。
以上兩種是傳統(tǒng)的封裝方式，芯片本身是提供算力支持，幾乎涵蓋了各個(gè)行業(yè)，而隨著現(xiàn)在各種功能的集成化，小型化，智能化，原有的芯片封裝方式難以滿足更小體積上完成更多功能的需求。藉此，一種新的封裝方式出現(xiàn)了SoC（System On Chip）以及 SiP（System In Packet）。
所謂SOC，意思就是系統(tǒng)級(jí)芯片，或者叫做片上系統(tǒng)，系統(tǒng)級(jí)的芯片主要構(gòu)成有芯片控制邏輯模塊、微處理器/微控制器CPU 內(nèi)核模塊、數(shù)字信號(hào)處理器DSP模塊、嵌入的存儲(chǔ)器模塊、和外部進(jìn)行通訊的接口模塊、含有ADC /DAC 的模擬前端模塊、電源提供和功耗管理模塊；而針對(duì)其它不同功能的SOC，組成部分會(huì)發(fā)生不同。
簡(jiǎn)而言之，SOC就是將原來(lái)完成單獨(dú)功能的芯片，進(jìn)行了芯片級(jí)的集成，使得其在原油芯片大小不發(fā)生太大變化的情況下，可以完成更多功能。
當(dāng)然實(shí)現(xiàn)SOC，并不是沒(méi)有難點(diǎn)，它要兼顧各個(gè)IC之間的功能，互不干擾，同時(shí)SOC還需要其它IC廠商的IP（intellectualproperty）授權(quán)，這都會(huì)增加成本以及協(xié)調(diào)難度。但對(duì)于沒(méi)有獨(dú)立設(shè)計(jì)IC能力的公司而言，SOC是一種折中的方式。為了省去更多的麻煩，另外一種新的方式出現(xiàn)了，即SIP。
SIP意為系統(tǒng)級(jí)封裝，它并無(wú)一定型態(tài)，可為多芯片模塊(Multi-chipModule；MCM)的平面式2D封裝，也可再利用3D封裝的結(jié)構(gòu)，還有一種以多功能性基板整合組件的方式。SIP跟SOC不同，它是直接購(gòu)買(mǎi)具有獨(dú)立功能的IC，然后進(jìn)行封裝，減少了IP授權(quán)的部分，同時(shí)也避免了各個(gè)IC之間的干擾。相對(duì)成本更低廉，難度較小。
以上，從生產(chǎn)制造，研發(fā)的角度上來(lái)講，難度等級(jí)為IC > SoC > Sip。一塊芯片從設(shè)計(jì)、制造、完成后，還需要經(jīng)過(guò)測(cè)試的過(guò)程，只有通過(guò)測(cè)試，才能證明芯片合格。
其中主要的半導(dǎo)體封裝與測(cè)試企業(yè)有安靠、星科金朋、J-devices、Unisem、Nepes、日月光、力成、南茂、頎邦、京元電子、福懋、菱生精密、矽品、長(zhǎng)電、優(yōu)特等公司。
中立的AEC-Q 100
芯片經(jīng)歷設(shè)計(jì)、制造等過(guò)程，終于從車(chē)間走了出來(lái)，頗為不易，業(yè)內(nèi)專門(mén)有一個(gè)名詞形容這一個(gè)小節(jié)點(diǎn)：流片。所謂流片，就是指試生產(chǎn)，即成型的芯片，要先試制一定數(shù)量的測(cè)試樣品，供初級(jí)的功能測(cè)試。
如果測(cè)試沒(méi)有問(wèn)題，就可以進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)了。當(dāng)然，如果測(cè)試出現(xiàn)問(wèn)題，就又得重頭再來(lái)，解決問(wèn)題，重新流片。
流片，并不是免費(fèi)的。不同的流片渠道、規(guī)模以及流片方，流片的價(jià)格都會(huì)有極大的不同。
據(jù)CIC（國(guó)研院晶片中心）公開(kāi)的價(jià)格：臺(tái)積電28nm，小面積下是大約23.5萬(wàn)RMB每平方毫米；45nm大約是12萬(wàn)RMB每平方毫米。
《高工智能汽車(chē)》采訪了資深業(yè)內(nèi)人士，了解到一款28nm芯片的流片成本通常在1500萬(wàn)美金左右，由類似于臺(tái)積電這樣的廠商完成，意法半導(dǎo)體也在做這樣的業(yè)務(wù)，但規(guī)模較小。
一塊芯片的成型，并不是一蹴而就的，很可能會(huì)經(jīng)過(guò)修修改改。業(yè)內(nèi)人士表示，完成流片之后，90%的情況下，不會(huì)出現(xiàn)太大問(wèn)題，小問(wèn)題一般可以通過(guò)修改軟硬件即可，硬件修改需要重開(kāi)模，會(huì)花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美金。
當(dāng)然這些都只是研發(fā)一款成熟芯片的中間環(huán)節(jié)，當(dāng)芯片終于順利投產(chǎn)，后面等待它的，才是真正的大考。
同其它行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品一樣，芯片也一樣需要得到業(yè)內(nèi)客戶的認(rèn)可。獲得認(rèn)可的方式，首先是需要通過(guò)一系列標(biāo)準(zhǔn)體系認(rèn)證，然后產(chǎn)品才能有擺上客戶案頭的資格。
芯片的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，通常分消費(fèi)級(jí)（商業(yè)級(jí)）、工業(yè)級(jí)、汽車(chē)級(jí)、軍工級(jí)、航天級(jí)等等。從認(rèn)證的難度上來(lái)講，汽車(chē)級(jí)排在航天、軍工之后，消費(fèi)、工業(yè)之前。
用一組簡(jiǎn)單的芯片耐溫范圍數(shù)據(jù)來(lái)看更為直觀：
1.商業(yè)級(jí)芯片的溫度范圍是：0℃～70℃
2.工業(yè)級(jí)集成芯片(IC)的溫度定額為-40℃～85℃
3.汽車(chē)級(jí)集成芯片(IC)的溫度定額為-40℃～125℃
4.軍品級(jí)集成芯片(IC)的溫度定額為-55℃～125℃
航天級(jí)的大家自己腦補(bǔ)即可。本質(zhì)上來(lái)講，所有的集成電路都是用相同的硅晶圓片，但為了滿足不同標(biāo)準(zhǔn)的要求，會(huì)采用不同的工藝，不同的封裝，甚至不同的材質(zhì)。本文主要是講車(chē)規(guī)級(jí)芯片，因此就只在車(chē)規(guī)芯片所要通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行展開(kāi)。
車(chē)規(guī)級(jí)芯片，或者也可以叫汽車(chē)級(jí)芯片，要進(jìn)入汽車(chē)領(lǐng)域，必須獲得兩張通行證：北美汽車(chē)產(chǎn)業(yè)所推的AEC-Q100(IC)、101(離散元件)、200 (被動(dòng)零件)可靠度標(biāo)準(zhǔn)，以及零失效(Zero Defect)的供應(yīng)鏈品質(zhì)管理標(biāo)準(zhǔn)ISO/TS 16949規(guī)范(Quality Management System)。
引用網(wǎng)上的一張車(chē)用零組件基本要求說(shuō)明圖，可以直觀清晰的了解到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間的聯(lián)系。
lSO/TS 16949是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布的名為“質(zhì)量管理體系—汽車(chē)行業(yè)生產(chǎn)件與相關(guān)服務(wù)件的組織實(shí)施ISO9001的特殊要求”的標(biāo)準(zhǔn)，是一套國(guó)際通用的汽車(chē)行業(yè)質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)，只適用于汽車(chē)整車(chē)廠和其直接的零部件制造商。
當(dāng)然，圍繞這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在全球各個(gè)地區(qū)以及汽車(chē)主機(jī)廠都會(huì)設(shè)置分支協(xié)會(huì)，以及其它的一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，用于完善標(biāo)準(zhǔn)。
AEC 文件是為了服務(wù)于汽車(chē)電子工業(yè)，無(wú)論其標(biāo)準(zhǔn)是用在國(guó)內(nèi)還是國(guó)際上，都可排除器件制造商和采購(gòu)商之間各方面的不一致性，推動(dòng)產(chǎn)品的提高和可交換性， 還能幫助采購(gòu)商在最小的時(shí)間耽擱內(nèi)選擇和獲得來(lái)自那些非 AEC 成員的合適的產(chǎn)品。
AEC 文件并不關(guān)注其采納的內(nèi)容是否涉及到專利、文章、材料或工藝。AEC沒(méi)有認(rèn)為對(duì)專利擁有者承擔(dān)責(zé)任，也沒(méi)有認(rèn)為要對(duì)任何采用 AEC 文件者承擔(dān)義務(wù)。 汽車(chē)電子系統(tǒng)制造商的觀點(diǎn)主要是 AEC 文件里的信息能為產(chǎn)品的說(shuō)明和應(yīng)用提供一種很完美的方法。
一句話概括，即AEC的標(biāo)準(zhǔn)是為行業(yè)實(shí)實(shí)在在服務(wù)的，很靠譜，無(wú)利益相關(guān)，無(wú)專利相關(guān)，只攀援技術(shù)的高峰。AEC-Q100包括了一系列應(yīng)力測(cè)試失效機(jī)理、最低應(yīng)力測(cè)試認(rèn)證要求的定義及集成電路認(rèn)證的參考測(cè)試條件。 這些測(cè)試能夠模擬跌落半導(dǎo)體器件和封裝失效，目的是能夠相對(duì)于一般條件加速跌落失效。
這組測(cè)試應(yīng)該是有區(qū)別的使用，每個(gè)認(rèn)證方案應(yīng)檢查以下：
a、任何潛在新的和獨(dú)特的失效機(jī)理
b、任何應(yīng)用中無(wú)顯現(xiàn)但測(cè)試或條件可能會(huì)導(dǎo)致失效的情況
c、任何相反地會(huì)降低加速失效的極端條件和應(yīng)用
汽車(chē)級(jí)的測(cè)試會(huì)依據(jù)下列原則：
AEC-Q001 零件平均測(cè)試指導(dǎo)原則
AEC-Q002 統(tǒng)計(jì)式良品率分析的指導(dǎo)原則
AEC-Q003 芯片產(chǎn)品的電性表現(xiàn)特性化的指導(dǎo)原則
AEC-Q004 零缺陷指導(dǎo)原則
SAE J1752/3集成電路輻射測(cè)量程序
此規(guī)格的目的是要確定一種器件在應(yīng)用中能夠通過(guò)應(yīng)力測(cè)試以及被認(rèn)為能夠提供某種級(jí)別的品質(zhì)和可靠性。如果成功完成根據(jù)本文件各要點(diǎn)需要的測(cè)試結(jié)果，那么將允許供應(yīng)商聲稱他們的零件通過(guò)了 AEC Q100 認(rèn)證。
供應(yīng)商可以與客戶協(xié)商，可以在樣品尺寸和條件的認(rèn)證上比文件要求的要放寬些，但是只有完成要求實(shí)現(xiàn)的時(shí)候才能認(rèn)為零件通過(guò)了 AEC Q100 認(rèn)證。
下圖是AEC-Q100的認(rèn)證測(cè)試流程圖
之所以花這么大的篇幅，來(lái)特意講AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，是因?yàn)樗切袠I(yè)公認(rèn)的一個(gè)規(guī)范，凡是要進(jìn)入汽車(chē)行業(yè)的零配件，都需要經(jīng)過(guò)它的認(rèn)證。除了器件的溫度工作范圍，還有電氣、使用壽命以及可靠性應(yīng)力測(cè)試，AEC-Q100都有嚴(yán)格的測(cè)試驗(yàn)證規(guī)范、要求。
通常，檢驗(yàn)一款芯片的成色，亦或是一家芯片廠商的實(shí)力，往往可以通過(guò)查看其產(chǎn)品是否通過(guò)AEC-Q100的認(rèn)證，或者具備類似產(chǎn)品研發(fā)的生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)然，到了這一步，依然不能說(shuō)芯片是成熟的，檢驗(yàn)芯片成色的最后一道標(biāo)準(zhǔn)，是市場(chǎng)的接受度。
換言之，只有被市場(chǎng)大規(guī)模使用過(guò)的芯片，才能稱得上獲得業(yè)內(nèi)認(rèn)可。而這個(gè)大規(guī)模，沒(méi)有幾十萬(wàn)上百萬(wàn)的出貨量，是很難作數(shù)的。
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