芯擎科技7纳米智能座舱芯片:一次性流片成功

发布时间:2021-11-03 作者:杜芹 半导体行业观察

88亿颗晶体管,一次性点亮

芯擎科技重磅推出国内首创7纳米工艺制程的全新一代高性能智能座舱SoC—“龍鹰一号”,强势入局汽车智能座舱市场。关于芯擎科技的“龍鹰一号”芯片,业界对其的关注度颇高,尤其是在当下全球汽车芯片缺货,国产芯片能否取得突破性进展的关键时刻,芯擎科技在这样的风口浪尖下依然如期带来了好消息。

10月28日下午3点36分,国内首款车规级7纳米智能座舱芯片“龍鹰一号”成功流片返回芯擎科技。这颗88亿个晶体管的芯片,在抵达芯擎科技上海实验室后,10分钟CPU就启动了,仅不到30分钟就被顺利点亮!24小时LPDDR5全速工作及主要外设打通,48小时多核操作系统稳定运行。经团队实测,目前芯片的所有参数均达到设计标准。





“龍鹰一号”凝结了300余位工程师历时两年多的心血,创造了国内团队在7纳米工艺车规级超大规模SoC首次流片即成功的记录,这足以彰显芯擎科技的技术实力。

“龍鹰一号”采用业界领先的低功耗7纳米车规工艺制程,符合AEC-Q100标准,内置ISO26262 ASIL-D安全等级的“安全岛”和满足汽车功能安全应用,这种安全设计机制更适合国内汽车功能安全的需求。该芯片最大的优势就是其高性能、高可靠性、低功耗、多核异构计算模型的SoC设计,集成了CPU、GPU、NPU、ISP、DSP、VPU、DPU等高性能加速模块,以及与之匹配的高带宽低延迟LPDDR5内存通道。

芯片内置高性能嵌入式AI神经网络处理单元,提供更多个性化的智能语音、机器视觉及辅助自动驾驶体验。新一代多核图形处理单元,可以动态根据负载进行资源分配;一机多屏多系统,支持多个高分辨率高刷新率屏幕同时输出和强大的3D渲染;内置高性能音频信号处理单元及丰富的音频接口,为用户提供丰富超凡的音视频娱乐体验;专业的硬件加解密引擎为车载应用提供了信息安全保障。同时,芯片提供了丰富的高速通信接口和高带宽大容量存储。

如今“龍鹰一号”芯片的流片成功也为明年的量产上车打下了坚实的基础。据悉,芯擎科技智能座舱芯片“龍鹰一号”已得到国内众多车企和一级供应商青睐,多个量产车型正在系统设计过程中,预计2022年完成上车集成和测试。

现阶段国内市场上还没有真正上车的国产高性能智能座舱芯片,芯擎科技在这方面的努力将打破此前国际供应商在这一市场的垄断地位,并填补我国在自主设计高端智能座舱平台主芯片领域的空白。


为何选择7纳米工艺制程


如今主流的车规芯片都在10+纳米半导体工艺上百花齐放,“龍鹰一号”是国内首款基于先进7纳米工艺制程的车规级智能座舱控制芯片。为何选择7纳米?此前芯擎科技产品规划管理总经理蒋汉平博士曾在「2021汽车车载芯片技术峰会」上讲到,“7纳米工艺是高性能智能座舱车规芯片的必选项”。

在蒋博士看来,相对于10+纳米, 7纳米的工艺节点会带来显著的优点:首先是芯片集成度更高。单位面积的晶圆上可以放置更多的逻辑门,同时封装面积变小,节约了晶圆成本和封装成本,进一步节约了成品芯片在单板上所占的面积,使得相同大小的电子产品功能更多,速度更快。其次,芯片耗电量更低。同样大小的逻辑电路做出来,用更先进的工艺会导致耗电量更低,进而导致功耗变低。最后,响应速度更快。单管开断速度更快,同样的逻辑电路能够跑到的主频更高,性能大幅提升。

而且,相比10+纳米节点工艺,7纳米平均晶体管密度接近100MTr/mm2,是10+纳米工艺的3.3倍,在同等功耗上提供35~40%的速度提升或者可以降低65%的功耗;同时7纳米相对10+纳米,可以提供更高占比的动态功耗(>90%),这样才能真正发挥各个计算单元(CPU、GPU等等)的有效算力,同时降低静态功耗,减少漏电效应,提供高效的热管理。所以针对高性能的数字驾舱SoC,7纳米车规工艺是必选项。也正因此,目前海内外绝大部分车厂新款车型的智能座舱均选用了7纳米工艺的SoC产品。

但7纳米的芯片设计和流片成本很高,设计难度也很大,很多在10+纳米大放异彩的芯片设计公司在7纳米工艺节点上举步维艰。但芯擎科技认为这正是他们的机会,难度越大,电子行业的马太效应越凸显,建立了在先进设计和工艺上的护城河。

针对不同工艺,芯片设计要做的工作也不尽相同,例如冗余电路、备份设计都是需要在芯片设计阶段增加的内容, 这些都是先进工艺才会出现并考虑的问题,需要长期合作积累经验才能完成最终的量产,没有捷径可走。据了解,芯擎科技的技术团队在10纳米及更先进工艺制程上有着开发流片及量产的完整成功经验,这也无疑为其智能座舱芯片的一次性流片成功提供了技术保障。

要达到流片成功,工艺和设计必须要相辅相成,芯片设计公司和代工厂必须要保持密切的合作模式。中间会出现各种各样的问题。比如:良率低了到底是设计的时序余量不足,还是工艺波动;性能差了是设计的环路稳定性不够,还是工艺参数设置错误?工艺参数的提取,仿真模型的构建与修改,同一芯片不同工艺下的参数对照,最终都是要设计公司和代工厂共同努力的结果。


汽车芯片厂商角逐先进工艺

其实,从制程工艺来讲,以往以手机为代表的消费电子产品要远远领先于车载芯片,但是现在一切开始发生转变。前有恩智浦宣布与台积电合作,将在下一代高性能汽车平台中采用先进制程;后有今年初高通发布第4代先进制程骁龙汽车数字座舱平台。一场汽车芯片工艺领域的新战场已然在酝酿!而在这场战争中,尤以智能座舱芯片为烈,随着智能座舱逐步成为新车的标配,一轮新的市场增长周期即将到来。




目前,智能座舱已成为各路玩家的新战场,无论是新势力造车力量和传统车企已经主动打破边界,由被动的接受通用芯片和生态提供的解决方案,转变到亲自下场制定芯片的规格和量产车型。在智能座舱领域,有恩智浦、瑞萨、英伟达、德州仪器这样的传统汽车芯片厂商,也有从手机市场进入的芯片厂商,如高通、英特尔、三星、联发科等。

在工艺方面,高通可谓走在前列。2015年开始,高通切入智能座舱和自动驾驶市场,其14纳米骁龙820A座舱SoC已经拿下不少客户,甚至成了2020年不少中高端车型的标配。2019 CES展上,高通发布基于台积电第一代7纳米制程的第一款车规级数字座舱SoC骁龙SA8155。到今年1月份,高通发布了5纳米的第4代骁龙汽车数字座舱平台,预计将于2022年量产。

2016年,三星宣布以80亿美元收购美国汽车技术制造商Harman International Industries,这也是三星最大的全现金收购,以此来将自己置于汽车技术市场的核心。2019年1月,三星推出了Exynos 旗下首款汽车品牌处理器,采用8纳米制程。

可以看出,在7纳米及以上的先进工艺和高算力的智能座舱芯片市场上,主要由高通、英伟达等国际巨头垄断。作为一家初创企业,芯擎科技可以说走在智能座舱芯片先进工艺的前列。随着“龍鹰一号”芯片的流片成功,会极大的改变国内在高端汽车芯片匮乏的现状,并带动相关的产业链,支撑国内汽车行业的发展。在智能座舱芯片这个领域,以芯擎科技为代表的国产汽车芯片厂商有望成为智能网联汽车时代不容忽视的“新力量”。


结语

当前汽车产业正在经历一场全球化的大变革,屹立了多年的汽车行业的半导体供应链不再适用,汽车芯片企业在全新的智能汽车供应链体系中参与程度越来越高。站在这个时间节点上,芯擎科技的7纳米智能座舱芯片的流片成功,交出了国内最领先、也是唯一一张可量产的7纳米车载芯片的完美答卷!风口之上,国内的芯片设计企业应该尽快的抓住行业的契机,把握好方向,发展重点行业,解决芯片“卡脖子”问题,进而缩小与先进国家的差距。


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