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5nm汽车芯片背后的“厮杀”

高工智能汽车
2020-06-14 · 13:56
[ 亿欧导读 ] 就在台积电宣布推出首个7nm制程汽车级芯片的同时,NXP打算在2021年推出基于5nm制程的下一代高性能汽车计算平台。
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文章来源于:高工智能汽车,作者:头条报道,图片来自“亿欧网”

【编者按】对于任何一家企业来说,想要继续在汽车行业生存下去,必须能够比竞争对手更快地前进,努力跟上快速变化的行业形势,在成本和性能上进行规模化,在技术上不断引领行业。

本文首发于高工智能汽车;由亿欧汽车编辑整理,仅供行业人士参考。


一场围绕汽车级芯片制程工艺的“抢滩登陆战”正在打响。
就在台积电宣布推出首个7nm制程汽车级芯片的同时,NXP打算在2021年推出基于5nm制程的下一代高性能汽车计算平台。

NXP与台积电在未来5nm制程的合作,与目前NXP量产的16nm制程芯片相比,对汽车行业来说是一个重要的飞跃。要知道,传统汽车芯片与消费类电子相比要落后几代。

更高的密度和功率效率的5nm工艺是针对高级别驾驶辅助和自动驾驶应用。上个月,恩智浦宣布,它正在与法国多核处理器制造商Kalray合作开发下一代芯片,这将需要先进工艺支持。

台积电花了三年时间实现7nm工艺适用于通用汽车芯片设计,与之相比,5nm将比其性能提高20%,功耗降低40%。然而,早期成本要高出三分之一,但对于需要更多功能安全设计的5nm制程来说,其潜在意义甚至更大。

“NXP的目标是提供基于台积电5nm工艺的一流汽车处理平台,跨领域的一致性架构,在性能、功耗和安全性方面塑造差异化。”NXP执行副总裁兼汽车业务线总裁Henri Ardevol表示。

有业内人士表示,台积电与恩智浦的最新合作,证明了汽车半导体将在短短数年时间从简单的微控制器发展到与其他行业应用相当的复杂高性能处理器阶段。

按照计划,NXP的5nm汽车级芯片的首批样品预计将于2021年开始向主要客户提供。这也是全球首家宣布5nm汽车级芯片历史性时间点的企业。

从一场世纪收购战说起

两年前,一场汽车芯片行业的世纪收购战以戏剧性的失败告终。主角分别是高通(Qualcomm)和NXP,彼时,后者仍是全球汽车芯片行业的老大。

如果这项440亿美元的交易获得批准,全球最大的移动芯片制造商高通将成为全球最大的汽车芯片制造商。
此举将使高通的芯片业务摆脱已经步入下行周期的智能手机市场,并加强高通的无线专利授权业务在汽车行业的占有率。

更重要的是,高通和NXP的组合,将给已经白热化竞争的汽车芯片市场带来更多不确定性因素。但,现实从来都是比理想更骨感。

一年之后,英飞凌宣布以每股23.85美元现金收购赛普拉斯半导体公司,借此抢走了NXP保持数年的全球汽车芯片老大宝座。

当然,因为收购失败,高通向NXP支付了20亿美元的分手费,这相当于后者全年收入的21%。然而,NXP却因此耽误了宝贵的两年光阴。

在高通提出收购之前,2017年第三季度,NXP的总收入为22.8亿美元,其中41%来自汽车芯片,同比增长11%。
2018年,排名全球半导体企业营收规模第十名的NXP收入90亿美元,增速仅有3.6%。到了2019年第二季度,NXP实现收入22.2亿美元,与上年同期相比下降了3%。

这些看起来不太理想的数据背后,是汽车芯片行业几乎隔几个月就会发生一些明显变化的“异象”,这在过去几十年都很少见。

随着汽车行业加速进入智能化时代,尘封数十年的汽车芯片市场格局被打破。Mobileye、英伟达、地平线等等新进入者抢占新周期先机。

过去,一颗芯片吃遍全球汽车市场的时代也已经宣告结束。

AI芯片的本地化研发创新、汽车制造商对芯片的重视、市场需求的多元化等等因素,让NXP、TI、瑞萨等传统汽车芯片巨头有些“吃力”。

而被高通耽误几年时间的NXP,或许也清楚,对于曾经的行业老大,未来的市场打击还会更为猛烈。

就在今年初的CES展上,高通发布了第三代骁龙汽车驾驶舱平台,建立在骁龙602A和820A之上,并将产品线划分为适应高中低端三层市场需求。

这是要“通吃”未来汽车智能座舱市场的姿态,高通称这个新平台是“汽车行业首次宣布的可伸缩的基于人工智能的平台”。

“这是NXP无法提供的。”在高通看来,自己可以为不同的汽车制造商的不同层次的产品开发提供支持。这让曾经在汽车中控台叱咤风云的NXP,情何以堪。

更要命的是,高通还首次对外发布了全新Snapdragon Ride平台,提供可扩展的开放自动驾驶解决方案,包括安全系统级芯片、安全加速器和自动驾驶软件栈。

正如此前高通汽车芯片负责人在接受采访时表示,NXP在汽车市场上以产品的多样性而闻名。但说到车载信息娱乐市场,我们从没想过NXP会是我们的竞争对手。

如今高通已经在7nm汽车SoC上占据领先优势。第三代骁龙汽车系列芯片中,SA8155就是主打7nm,预计今年达到量产水平。相比目前主流的16nm汽车芯片,领先优势将不只是一代差距。

B计划,开始显现成效
市场环境的剧烈变化,对于所有身处其中的企业都是公平的,但如何应对,却体现出了各自的当家本领。
据一些NXP的员工透露,当前的经济状况已经让管理团队感到恐慌,内部也已经开始弥漫裁员的气氛(尤其是高通收购交易失败后,内部士气低落)。

此外,由于公司薪酬竞争力不高,对于能否跟得上汽车行业新的强大竞争对手存在很大的不确定性。同时,典型的欧洲企业风格,对于市场变化的应对太慢。

甚至有一些人表示,整个公司的管理层更像是一个“好老男孩俱乐部”。尤其是对于信息娱乐系统业务板块(此前收购的飞思卡尔)的下滑,一些NXP美国公司的员工甚至开始怀念2012-2015年前任CEO Gregg Lowe的时代。

“最重要的是,NXP把业务搞得一团糟,以至于未来的机会都被竞争对手抢走了。”一些员工表示,尤其是从iMX6到iMX8,中间正好经历高通的收购,使得产品研发进度出现变数。

更要命的是,上述员工表示,那段时间一些管理层的唯一动机就是让财报数字看起来不错,然后卖掉公司,拿到奖金,这不是一家公司长期持续增长的良方。

不过,一项B计划也就此开始进入正式执行阶段。对于NXP来说,这是挽救自己的唯一机会,再晚一点,恐很难想象后果。

去年,NXP宣布和Kalray(一家成立于2008年,早期服务航空航天领域的并行计算芯片厂商)合作开发下一代自动驾驶计算平台。

双方合作的目的正是弥补NXP的软肋,为客户提供从目前L2级(不过,行业普遍认为NXP的S32在处理L2级时也只能勉强够用)到L3、L4甚至L5级的计算平台。

按照NXP的计划,未来将Kalray的大规模并行处理器阵列集成到自己的BlueBox中央域控制器。Kalray的MPPA处理器将处理自动驾驶的感知和建模阶段,使用传感器融合、目标检测和其他人工智能技术对汽车周围环境进行建模。

NXP的芯片则负责处理自动驾驶的另一个主要环节:路径规划。这意味着根据周围的环境绘制车辆应该走的路线,然后告诉车辆应该在哪里以及如何驾驶。

一年后,NXP宣布对Kalray战略投资800万欧元(约合900万美元),加速开发安全、可靠和可伸缩的智能计算处理解决方案。

而新一代的NXP BlueBox自动驾驶参考平台与NXP的S32系列安全汽车处理器和汽车级Layerscape®处理器将整合Kalray的MPPA©智能处理器。

同时,未来芯片的竞争将不再只是硬件,软件也很关键。

随后,NXP宣布与嵌入式安全领域公司Green Hills建立战略合作伙伴关系,专注于量产级ADAS和自动驾驶应用。
合作的目的是搭载Green Hills的INTEGRITY实时操作系统(RTOS),扩展围绕NXP现有S32系列的ADAS和中央计算系统的生态伙伴。

Green Hills将其完整的RTOS技术作为双方自动驾驶软件平台的安全核心,这也是嵌入式行业中认证最高的RTOS之一,其已经通过ASIL D和SIL 4认证。

此外,早前NXP还收购了汽车以太网子系统技术提供商OmniPHY。后者的接口IP和通信技术与NXP的汽车产品组合将构成汽车以太网的一站式解决方案。

而NXP的另一大优势就是安全网关芯片。

此前,NXP推出的S32G芯片,性能是NXP当前类似芯片的15倍,同时降低了功耗。S32G将被用于所有新网关不仅在汽车传输数据,而且利用数据支持的高级驾驶员辅助系统以及服务在线诊断到更新软件的云。

S32G基于Cortex-M7微控制器和Cortex-A53微处理器的锁步集群,可以支持ASIL-D标准,还配备了专用的网络加速器和加密核心,可以在车内通过CAN、以太网和其他网络发送和保护数据。

该芯片集成了20个CAN接口,而当前这一代汽车网络芯片只有8个。该芯片还具有4个千兆以太网接口,在当前的网关处理器范围内从100兆以太网增加到4千兆以太网。

它还支持嵌入式电子产品的最高功能安全标准ASIL-D,高于上一代的ASIL-C。NXP表示,已开始向包括奥迪在内的早期客户供应这种新型芯片。

更为重要的是,S32G是该公司S32平台的一部分,该平台基于一个通用的架构,因此客户可以将软件从上一代转移到下一代平台,并重用高达90%的软件开发工作。

面子、里子都很重要

但,这些还不够“性感”。

芯片技术的发展,一直遵循着摩尔定律,即当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。汽车芯片从90nm-16nm的过程中,一直能够连续两年迭代发展。

然而,这还不是终点。

“汽车应用一直要求最高水平的质量,随着ADAS和自动驾驶技术的逐步成熟,现在也需要强大而高效的计算能力,以使人工智能推理引擎能够感知道路和交通状况,帮助实时做出决策。”台积电研发与技术开发高级副总裁侯凯文博士表示。

随着智能汽车对性能更高、更复杂的汽车级SoC的需求在未来几年迅速增长,上游芯片制造商需要加快更先进制程工艺的车规级导入。

随着半导体制造技术的进步,40nm、16nm技术已经应用于生产匹配L1、L2需求的汽车芯片。为了满足2级及以上的需求,主流的汽车芯片也在向7nm及以下挺进,这也将带来成本和性能的提高。

比如,Mobileye在2018年发布的第五代SoC EyeQ5,用于全自动驾驶。该芯片就是基于将在2021年开始量产的汽车级7nm制程。

英伟达发布的下一代自动驾驶汽车平台DRIVE AGX Orin。它提供200个TOPS的性能,是前一代Xavier的7倍。DRIVE AGX Orin预计将于2022年在三星的8nm LPP工艺上开始大规模生产。

对于NXP来说,2021年推出基于5nm工艺的下一代汽车级芯片,将是一次重新站到汽车芯片行业“制高点”的绝佳机会。

目前,汽车业务不仅占NXP全部业务的一半以上,而且是“一个绝对增长领域”。NXP的高管在过去一年时间曾多次强调对开发下一代雷达、电池管理和驾驶安全系统的兴趣。

即使面临很多不确定性因素,NXP追求汽车创新的战略似乎也是明智的。这或许得益于新上任的公司首席执行官库尔特·西弗斯(Kurt Sievers)。

自2018年9月以来,Sievers一直负责管理NXP的所有业务线。他于1995年加入NXP(当时还是飞利浦半导体),先后在多个市场部门担任市场营销、产品定义和开发、战略和综合管理职位。

2015年,他在NXP和飞思卡尔的合并中发挥了重要作用,使公司在汽车半导体和安全边缘处理领域发挥了突出作用。在盈利的细分市场保持领先、继续开发高度差异化的业务是Sievers带领NXP进入下一个篇章的双轨路径。

当然,这是一步险招。

对于任何一家企业来说,想要继续在汽车行业生存下去,必须能够比竞争对手更快地前进,努力跟上快速变化的行业形势,在成本和性能上进行规模化,在技术上不断引领行业。

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