7月10日消息，據德國媒體all-electronics報道，晶圓代工龍頭大廠臺積電歐洲總經理 Paul de Bot 日前在德國舉行的“第 27 屆汽車電子大會”上表示，長期以來汽車產業一直被認為是技術落后者，只注重成熟制程。但實際上，當前已經有汽車芯片供應商自 2022 年開始就使用 5nm 制程技術，這個時間點距離 5nm 正式投入量產僅兩年時間。

△臺積電歐洲總經理 Paul de Bot 在德國舉行的“第 27 屆汽車電子大會”上（圖片來源：all-electronics.de）

Paul de Bot 解釋說，半導體制造是資本密集型行業，因此依賴于生產設施的高連續利用率。如果有客戶取消訂單，那么晶圓代工廠會立即安排其他客戶的訂單來替代，以保持產線的高利用率。“不可能為汽車行業保留空閑產能！”Paul de Bot說道。

半導體制造的“長周期”的特點也使得生產難以靈活、及時地調整：一顆芯片從制造、測試和封裝，再到交付到汽車制造商的裝配線上，通常需要六個月甚至更長的時間。

根據統計數據顯示，汽車芯片對半導體產業的重要性目前仍相對較低。以 2023 年第一季來說，臺積電只有 7% 的營收來自汽車芯片。目前汽車芯片在全球半導體產量當中的占比為10%，汽車行業作為半導體產品客戶的重要性日益增強，年均增長率為 13%，增長速度快于其他行業。預計到 2030 年，汽車芯片將占半導體產業總產量的 15%。但即便如此，汽車芯片規模對于晶圓代工業者來說，其重要性仍然是低于消費電子、HPC等應用，這也意味著晶圓代工廠商難以因為汽車行業急需的芯片而放棄其他訂單，或為其預留產能。

比如在2021年之時，全球汽車市場面臨嚴重的缺芯問題，特別是汽車芯片普遍所需的成熟制程極為緊缺。當時在美國、歐洲政府及中國臺灣當局的協調之下，臺積電才開始配合重新調配產能，增加了汽車MCU產能，并開放極其少見的“超級急件”（super hot run）訂單，允許臨時插單生產汽車芯片，最快大概三個月后即可開始交貨。但是客戶需要支付高昂的插單費用。

因此，Paul de Bot 認為，汽車制造商對訂單數量進行前瞻性規劃和控制是絕對必要的。而一些汽車芯片從原有的成熟制程節點轉向先進制程也是保障供應的一個重要手段。

汽車芯片市場雖然產量占比較小，但單價更高，這是一個極其有利可圖的市場。從臺積電的角度來看，在新冠疫情期間，臺積電每年的汽車芯片業務都增長了約 40%。臺積電希望在未來保留并擴大這個客戶群。

Paul de Bot 也就如何與芯片制造商更有效地合作向客戶提供了一些建議：“半導體行業需要穩定、長期的銷售規劃”。當汽車制造商了解當前的銷售計劃時，這一點效果最佳。并且鑒于生產能力轉向更現代、更小幾何尺寸的先進制程技術，汽車電子產品必須盡早轉向這些新技術。

Paul de Bot 表示，供應鏈中的公司應該強化創新文化：“尋找更快轉變的方法和機會。”無論如何，汽車芯片不斷增長的性能要求將推動其轉向 FinFET 等更先進的制程技術。另外，建立緩沖庫存以防止任何波動也很有幫助。

汽車廠商轉向先進制程芯片同樣困難重重

不過，將汽車芯片轉向先進制程也并非簡單的事情。因為根據市場研究及調查機構麥肯錫的預估，到 2030 年，90nm及以上汽車芯片仍將占汽車芯片總需求的 67%。而且其全球供應量將在 2021-2026 年期間達到 5% 的復合年成長率，這代表此類芯片在未來幾年仍將嚴重依賴成熟制程，并且保持供應吃緊的狀態。

雖然，汽車制造商也正在規劃將先進制程的芯片整合到新車型中，但這牽涉全面的新設計、認證和大量生產程序。通常包括美國、歐洲、日本和韓國的主要汽車制造商需要 3~5 年的時間才能為傳統車型進行設計、測試和驗證新芯片，使得其下的傳統車型和新電動汽車開始大量采用先進制程的芯片。不過，像特斯拉這樣的電動汽車制造商，在設計新的電動車用電子方面擁有更高的靈活性，并且更愿意采用更先進的先進制程芯片。特斯拉的第一代FSD芯片就采用了三星14nm工藝打造，而最新的一代的FSD芯片據稱是基于臺積電7nm工藝制造。

至于，影響汽車芯片轉向先進制程的主要因素，主要是成本和風險大幅提高。因為采用先進制程需要面臨風險和成本壓力，加上除制造成本之外，5nm和3nm等先進制程也都增加了新的可靠性挑戰，這確實令一些汽車制造商無法承受。

其次，汽車芯片的認證時間長且困難。從產品設計、流片、封測、車規認證和研發算法工具鏈，到功能安全認證，自動駕駛軟件開發，再到發展完善的產業生態，這是一個汽車芯片需要經過的完成流程。然而，在汽車芯片設計階段要符合很多相應的流程認證，比如設計階段就要過設計流程的認證，人員的認證，包括服務器都是有比較嚴苛的要求。在樣品到量產之間，還要經過復雜的認證，包括功能安全專家認證、功能安全流程認證和產品認證，這個周期可能還需要兩年的時間。同樣對于芯片制造、封測供應商來說，在汽車芯片生產當中，也需要滿足相關的認證測試標準。

△汽車芯片認證流程（芯智訊拍攝于2022年8月26日第九屆汽車電子創新論壇）

△汽車芯片的關鍵挑戰（圖片來源：芯智訊拍攝于2022年8月26日第九屆汽車電子創新論壇）

根據統計，車用芯片早期失效率測試就需要800多顆芯片，而整體測試流程時間大約半年。如果有失效可能需要從頭再來，一個認證在順利的情況下至少需要一年的時間，而且中間一些問題可能要重新做測試。現在車用電子追求的失效率為零，相較消費類或者工業類芯片的失效率，這是相當嚴苛的條件。

相對于成熟制程來說，先進制程的汽車芯片要達到這些要求，將會面臨更多的挑戰和成本的增長。

不過，也并非所有的汽車芯片都不追求先進制程的生產，只是大部分的車用芯片并不是汽車廠商所自行生產，而是由汽車電子供應商所提供，這屬于汽車制造商無法控制的一部分。比如在 2020 年這個時間節點，英偉達（NVIDIA）能提供量產的最好的高性能自動駕駛芯片是采用臺積電 12nm制程所生產的 Xavier，而這時候的電腦顯卡、手機處理器基本都已經來到7nm制程。

另外，從汽車芯片供應商交樣品給汽車制造商做測試，再到實際推出也需要一定的時間，而汽車制造商開發新車型也需要提前準備。如果開發新車型的時候新制程芯片還沒有推出，那也有可能會錯過新制程的芯片。

然而，盡管挑戰重重，但在芯片短缺的期間，礙于成熟制程的車用芯片供不應求，全球一些汽車制造商也開始積極著手使用先進制程技術來生產芯片，特別是對于新車型和電動汽車來說。

在今年3月一場活動中，恩智浦半導體執行副總裁兼高級模擬業務總經理Jens Hinrichsen就向芯智訊透露，目前絕大多數中國汽車OEM已轉向域控架構，其中很大一部分采用了恩智浦的基于 16nm FinFET 先進制程的處理器系列，例如恩智浦S32G網關處理器。

另外，目前采用更先進的7nm 制程的汽車芯片中，已經有不少的產品已經進入量產，主要是智能座艙或自動駕駛芯片，比如英偉達Orin、特斯拉第二代FSD芯片、驍龍8155、芯擎科技“龍鷹一號”等，據說地平線將推出的征程6也將是7nm制程。目前的一些 5nm制程汽車芯片仍處于研發當中或已發布開始進入量產階段，比如高通第四代座艙芯片驍龍8295、高通驍龍Ride自動駕駛平臺的核心SoC、安霸最新AI域控制器芯片CV3系列。恩智浦去年也曾透露，將采用臺積電5nm制程打造新一代 S32 系列車用處理器，并將導入鴻海與裕隆合資鴻華先進科技推出的Model C汽車當中。這些都顯示著先進制程汽車芯片開始進入量產加速期。

臺積電或成最大受益者

現階段包括臺積電、三星這兩家掌握車用先進制程晶圓制造技術的晶圓代工廠將從中受益，特別是臺積電，在統計的 14 款汽車芯片中，有 11 款已采用或計劃交由臺積電代工，僅少數企業選擇由三星代工，這使得臺積電能在這輪汽車芯片制程轉換的過程中明顯受益。

此外，臺積電在2022年三季度就推出了針對ADAS和智能數字駕駛艙的汽車芯片的5nm工藝平臺“N5A”，符合AEC-Q100、ISO26262、IATF16949等汽車工藝標準。臺積電還計劃在2024年推出業界第一個基于3nm的Auto Early技術，命名為N3AE。N3AE提供以N3E為基礎的汽車制程設計套件（PDK），讓客戶能夠提早采用3nm技術來設計汽車應用產品，以便于2025年及時采用屆時已全面通過汽車制程驗證的N3A 工藝技術。

為了推動汽車芯片客戶采用先進制程，臺積電在2020年推出的基于7納米的汽車設計支持平臺（ADEP）。ADEP協助評估半導體和制造技術、設計流程、以及實際的制造過程。該平臺還包括汽車應用相關IP的生態系統，以確保各種特定標準。

汽車行業的芯片制造仍然是半導體制造商面臨的挑戰。“這意味著制造汽車芯片需要持續學習”，Paul de Bot描述了芯片生產商的態度。在芯片制造商敢于構建汽車專用芯片之前，它必須掌握其技術的每個細節。“我們只有在處理了大約1oo萬片晶圓后，才會開始生產汽車芯片。”Paul de Bot說道。