本土汽车芯片多路出击

现在汽车正在朝着新能源电动汽车和自动驾驶这两大方向发展。这两大行业趋势催生了对汽车半导体种类的多种需求和对性能的高要求。在电动汽车的发展和自动驾驶辅助系统 (ADAS) 的引入的带动下，汽车很可能成为未来十年增长最快的半导体细分市场。而拆开汽车的全身，智能汽车的各个“部位”都孕育着很多芯片机会，包括自动驾驶AI芯片、智能座舱芯片、功率器件、MCU、激光雷达等等。针对这些细分领域，国内都有不少企业正发起攻势，以期打入国内汽车芯片供应链。

汽车大脑：自动驾驶AI芯片

2020年是智能汽车产业大爆发的元年，智能汽车逐渐演变为一个涵盖多项新技术和新应用的超级智能终端。而在这其中，自动驾驶芯片无疑是智能汽车产业链的核心，也是智能汽车产业的高地所在。

但自动驾驶芯片作为一个全新的赛道，从全球范围来看，有能力进入这个领域的公司寥寥无几。自动驾驶芯片不同于普通芯片，对芯片的性能、功耗、能效比等等都提出了极为苛刻的要求。国内汽车自动驾驶AI芯片企业主要有黑芝麻、地平线、芯驰科技。目前在这一赛道是全球共同竞争的态势，中国的芯片企业与全球巨头相比，在技术层面在逐渐赶超甚至有领先优势。而且在供应能力和实时响应方面也高效灵活。

就拿黑芝麻来说，去年6月基于自研核心IP，黑芝麻发布了华山二号A1000芯片，它具备40-70TOPS的强大算力，小于8W的功耗及优越的算力利用率，是目前唯一能支持L2+及以上级别自动驾驶的国产芯片。还推出了FAD全自动驾驶计算平台。今年，黑芝麻计划投片华山三号，采用7nm工艺制程，算力超过200TOPS，全面支持L4/L5级别的自动驾驶。

地平线于2019年8月量产中国首款车规级AI芯片征程2，2020年3月，征程2前装量产，地平线也开启了国产车规级 AI 芯片前装量产元年，到12月，地平线征程2累计出货量突破16万片。2021年5月，地平线的征程3量产装车首发。面向L4高等级自动驾驶的大算力征程 5系列芯片，一次性流片成功并顺利点亮。

芯驰科技成立不到2年完成3款产品的布局，这个产品研发周期在国内外芯片行列都是数一数二的，更何况是汽车芯片。其中V9系列芯片是一款ADAS和自动驾驶芯片，产品具有独立视觉引擎、高扩展性、面向自动驾驶域控+运控计算平台的优势，还融合了多种传感器,支持高清摄像头、毫米波雷达、激光雷达等。

汽车人机交互：智能座舱

随着汽车智能化风起，智能座舱作为汽车迈向智能化和网联化路径中关键的人机接口，有望快速发展。根据IHS预测，2021年全球智能座舱市场空间超过400亿美金，到2030年市场规模将达到681亿美金。而国内的智能座舱市场增速酱领先全球，2030年智能座舱规模国内在全球的占比将从2021年20%左右上升至37%，市场规模将达到1600亿人民币。在座舱领域的国内玩家主要有芯擎科技、芯驰科技、杰发科技、全志科技和紫光展锐等。

10月28日芯擎科技的智能座舱芯片“龍鹰一号”成功流片，这是国内首款车规级7纳米智能座舱芯片。现在汽车芯片厂商都在角逐先进工艺，芯擎率先将国内智能座舱芯片拉到了7nm水平。目前该芯片已得到国内众多车企和一级供应商青睐，多个应用项目正在设计进行中，预计2022年完成上车集成和测试。

芯驰科技的X9系列处理器是专为新一代汽车电子座舱设计的车规级汽车芯片，集成了高性能CPU，GPU，AI加速器，以及视频处理器，能够满足新一代汽车电子座舱应用对强大的计算能力、丰富的多媒体性能等日益增长的需求。2021年9月10日，芯驰科技在X9/G9/V9芯片上完整地实现了车规可靠性认证、功能安全流程认证和功能安全产品认证，也是国内首家达成这一目标的芯片企业。

而杰发科技AutoChips自主研发的智能座舱SOC芯片AC8015也在今年实现正式装车量产。AC8015主要瞄准国内市场容量最大的中低阶智能座舱应用市场，依托其成熟的设计理念、性价比优势，AC8015在国内入门级智能座舱SoC产品赛道上已占尽先机，打破了智能座舱仅局限于中高端车型搭载的状况，实现了大众普及应用。AC8015目前已获得上汽、广汽、长安等多个整车厂项目定点并陆续实现量产，累计供货已突破200K，预计2022年底将实现全年出货量超百万颗的目标。

此外，全志科技在2018年发布了数字座舱的车规平台型处理器T7，该款处理器可以满足信息娱乐系统、数字仪表、360环视系统、ADAS、DMS、流媒体后视镜、云镜等多个不同智能化系统的运行需求。

2020年紫光展锐推出了旗下首代智能座舱芯片系列八核SoC A7862，SoC A7862 采用 12nm 先进工艺，集成 8 核 Arm DynamIQ 架构 CPU（2 x A75 + 6 x A55）和 Arm Mali G52 MP2 GPU，相比友商同类产品 CPU 多核处理能力高 89%，GPU 处理能力高 3.4 倍；性能超 95% 市场同类产品。它具有非常高的集成度，一颗芯片即可开启汽车网联化和智能化升级，为用户带来安全可靠、充满乐趣的智能驾乘体验。

汽车的“发动机”：功率半导体

电机的“开关”也是很重要的一环，如IGBT、MOSFET和SiC等的功率半导体的用量大幅增加。IGBT决定了车辆的扭矩和最大输出功率等，是影响电动车性能的关键技术。MOSFET则主要应用于汽车的低压用电器，如电动座椅调节、雨刷器等所用的直流电机、LED照明、电池电路保护等应用。第三代半导体SiC也开始逐渐渗透入新能源汽车，SiC制作成的功率器件优势颇多，例如耐高温高压高频等，还能提升电能转换效率，一些高端的电动车以及开始采用，如特斯拉。

据斯达半导2021上半年财报显示，上半年该公司的车规级 IGBT 模块合计配套了超过 20 万辆新能源汽车。预计下半年配套数量将进一步增加。与此同时，公司的车规级 SGT MOSFET也已于上半年开始小批量供货。斯达半导还在建设车规级全碳化硅功率模组生产线和研发测试中心。

士兰微自主研发的V代 IGBT和FRD芯片的电动汽车主电机驱动模块，2021年上半年在国内多家客户通过测试，并在部分客户开始批量供货。

中车时代这几年也开始往车规级方向走，主要以新能源车低压 IGBT为主。目前已具备年产能 24万片的 8英寸车规级 IGBT产线。

今年8月，闻泰科技旗下全资子公司安世半导体完成了对英国化合物晶圆厂NWF的收购。据悉，NWF是英国为数不多的半导体芯片制造商之一，主要生产用于汽车的功率半导体芯片。今年早些时候，闻泰科技还宣布将建立12英寸车规级半导体晶圆制造项目。

比亚迪半导体，现在已经依靠自有整车平台已经实现了累计逾百万辆的IGBT模块装车量。东风汽车与中国中车联合成立的智新半导体于今年7月正式将IGBT生产线投入量产，该产线以第六代IGBT技术为基础。

扬杰科技目前正在积极生产、销售车规级功率分立器件，如整流/快恢复二极管、TVS管、ESD、三极管、MOSFET等。同时车规级IGBT相关产品目前正积极规划与研发中。

汽车智能控制：MCU

在整个汽车电子中，MCU的应用涵盖了车身动力总成、车身控制、信息娱乐、辅助驾驶，发动机、雨刷、车窗、电动座椅、空调等多个控制单元。据不完全统计，MCU约占一辆汽车半导体器件总量高达30%以上，这意味着每辆车至少需要使用70颗以上的MCU芯片。国内车规级MCU厂商主要有比亚迪、杰发科技、芯旺微、赛腾微等。

比亚迪除了自用之外，车规MCU已可以大批量对外供应，据其官微的信息，比亚迪的车规级MCU量产装车突破1000万颗；杰发科技总经理万铁军此前曾在受访中表示，杰发科技车规级MCU和胎压监测芯片均实现百万级出货，目前全球已有500多款车型选用杰发科技汽车应用处理器，有140款在中国出售；芯旺微的MCU已累计出货超7亿颗，产品覆盖到车身控制、汽车照明、智能座舱以及汽车电源与电机等应用。

赛腾微在车规MCU上的布局，主要是推出了两大系列、多款通过AEC—Q100标准认证的车规级MCU，成功应用于汽车LED动态流水灯、车载无线充电发射器以及车窗玻璃升降器等汽车电子零部件中，并批量供货给多家知名汽车厂商。

兆易创新此前公告表示，公司第一颗车规级MCU产品已流片，该产品主要面向通用车身市场，预计年底左右提供样品供客户测试，力争2022年中左右实现量产。

汽车的“眼睛”：激光雷达

激光雷达是一种利用激光来实现精确测距的传感器，它是智能汽车的“眼睛”，随着全球车企自动驾驶L3、L4、L5量产时间表逐渐明晰，车规级激光雷达或将迎来前所未有的发展机遇。而放眼当前车规级激光雷达的全球格局，国外的先发优势还不显著，国内在这方面也并没有落后几代，各种激光雷达技术路线百花齐放，国内览沃科技、禾赛科技、镭神智能、速腾聚创等厂商百家争鸣。

大疆内部孵化的览沃科技，其耗时两年精心打造了面向智能辅助驾驶市场的车规级激光雷达HAP，将于2021 年在 Livox 全新自建的车规级智能制造中心进行批量生产，可满足 74 项严苛的车规可靠性要求。据悉，其智能制造中心每条产线年产能达20万颗，同时配备数条 PPM 低至10 的全球顶级SMT产线，可确保 Livox 激光雷达核心组件的自主高效生产。

禾赛科技的车规级混合固态激光雷达AT128，主要面向高级辅助驾驶前装量产车。据悉，其已经拿到了多家主机厂总计数百万台的定点，并将在2022年开始大规模量产交付。

镭神智能也研发了多款车规混合固态激光雷达CH系列和车规1550nm混合固态激光雷达LS系列。其中镭神CH32线混合固态激光雷达在气候和化学特性、机械特性、电气特性等检测中，以多项A级标准成国内首个、全球第二个获车规认证的激光雷达。

速腾聚创的RS-LiDAR-M1是全球首款车规量产的第二代智能固态激光雷达，它具有独特软硬件智能特性。硬件智能上，M1基于革命性的二维MEMS智能芯片扫描架构；软件智能上，M1内部集成了AI感知算法，可同步输出三维点云数据和目标级环境感知结果。自今年6月份启动车规量产交付以来，M1已经完成了十余批交付。

新Tier 1出现

除了上述这些在汽车半导体细分领域发力的企业之外，华为和大疆最近在Tier 1上的发力也吸引足了眼球。华为凭借在ICT的积累，大疆有着在激光雷达的技术储备，两家正意图跻身为新的汽车Tier 1行列。

“华为目前不造整车，而是聚焦ICT。帮助汽车企业“造好”车、造“好车”，这是华为一再强调的企业战略。

大疆的定位也是汽车行业的一级供应商（以下简称Tier1)，辅助车企快速造出好用和用户买得起的自动驾驶汽车。在今年车展，大疆推出了自研的相机、智能驾驶域控制器等多个汽车核心零部件，其正在将无人机上掌握的技术优势往无人驾驶领域延续。

他们主要采取与主机厂以深度合作或成立合资公司的捆绑合作方式，联合落地自动驾驶等技术。例如在北汽ARCFOX车型研发初始，华为便直接参与到了整车多项系统功能的研发。今年8月，长安汽车携手华为和宁德时代，正式推出高端智能电动车品牌，产品代号为E11。

如华为和大疆这样的Tier 1的诞生，将填补国内在 Tier1 阵营中的空白，他们协同主机厂和国内的零部件厂商，将很好的实现生态和价值共创，为国内汽车供应链带来一汪新鲜血液。

结语

当下智能汽车的发展速度在全球来说，基本处于同一起跑线，中国与世界水平的差距比较小。而且经历了此次严重的汽车缺芯，全球都对产业链的自主安全可控提高了警醒，国内亦是如此，越来越多的主机厂逐渐开始和国内芯片厂商合作，这给国内厂商带来了一个很好的主机厂导入窗口期。在“国产替代”的机遇下，中国汽车芯片正面临“直道超车”或“换道超车”的机遇。我们也看到，本土企业正从汽车芯片的各个领域逐个击破，而且速度迅猛。未来入局汽车芯片的企业只会多，不会少，越早抓住装车时机的企业越能在这波机遇中获胜。

图文来源：半导体行业观察（原创：杜芹DQ）

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芯片后端的APR指什么？

APR，全称为auto placement & route。目前已经基本成为芯片后端设计的代名词了，因为在芯片后端设计中，可以说placement and route是至关重要的两步，并且在EDA tool如此发达的今天，靠人工一个个手摆cell，再去绕线是不现实的。因此使用工具可以说是现代芯片设计的必须的事情，所以我们经常说做芯片后端，有的时候就是指代做APR，或者说做芯片物理设计等等。当然需要明确的是，芯片后端所涵盖的内容不仅仅是APR，只是APR是其中一个重要的部分了。

可能在早期，我们还会说P&R，placement&route。但现在，几乎没有谁可以绕过auto，也就是利用tool。所以渐渐的大家的称呼也就变成APR了。那么，它的具体含义是什么呢？从名字就可以看出，中文就是摆放和绕线，实际上，APR大致可以分为4个步骤：布局floorplan、单元摆放placement、时钟树综合CTS（clock tree synthesis）、绕线route。下面我就进行一下简单的介绍。

Floorplan，布局规划。要知道，我们在进行任何项目的时候，都要首先对所要做的工作有一个大致的蓝图规划，比如建高楼需要先想这个楼要在哪建，建几层，建多高等等，芯片的规划也不例外。我们首先要确定芯片的面积，确定core和die的尺寸，io的位置，bump的位置，先把macro ip什么的摆好。Floorplan有的时候也可以说包含了powerplan，我们一般在这一步就要画好PG，确定芯片的电压域，保证PG和macro连接正常。Floorplan是至关重要的一步，它深刻影响了之后的芯片性能会是什么样子。这里介绍的比较简单，以后我可能会专门各个stage都来写一篇。

Placement，单元摆放。这一步我们特指标准单元的摆放，io单元和macro等都是在floorplan阶段摆放完成的。我们在导入netlist和各个cell的物理库文件后，不论是icc2还是innovus，初始状态这些cell全部是叠在一起的，都在一个位置。而placement最重要的任务，就是把这些cell摆好，不能有重叠，不能有legalization的问题，不能有FE DRC。这就很类似于一堆散乱的乐高积木，我们要把它一个个的在地上铺好。在place的时候，并不仅仅要求把cell铺开就行了，这个时候就要考虑cell之间的绕线了，尽量把联系比较紧密的cell放在相近的位置啊，但又不能放的过于密集导致density过高出现congestion的问题啦，power能不能供上电啦等等，需要考虑的因素有很多。而它的核心任务就是摆放这些标准单元。

CTS，时钟树综合。我们的芯片设计中包括组合逻辑和时序逻辑，时序逻辑器件包括flip-flop和latch。所有的时序逻辑器件都需要接时钟信号，时钟信号就像芯片的心脏一样，芯片的运转就在它的跳动中产生。因此，我们的net就可以分为一般的信号线signal net和时钟线clock net，时钟网络上的cell可以成为clock cell。显然，我们要对芯片的timing有约束要求，那么保证一个良好时钟是非常重要的，因此clock net的优先级要比signal net的优先级高，所以我们要在route之前先做CTS。而CTS也不单单指clock net的绕线，它要生成一个clock tree，就需要插入一些buffer、inverter，其最基本的目的，就是想要保证时钟信号到达每个时序逻辑器件的时间都相同，也就是clock skew要等于0。先不深入太多了，总之CTS就是来生成一个时钟网络并且把clock net绕好。

Route，绕线。特指signal net的绕线。这一步需要绕的线就多如牛毛，需要避开前面的PG和时钟线，不能有open、short，不能有drc，在能绕通的情况下要考虑timing、power等。要知道，有的时候可能是绕不通的，可能是从floorplan开始这里的绕线资源就很紧张，或者placement摆了太多cell在附近，这样就必须回到floorplan或者placement重新来过，这样就很费时间。要知道现在的电脑来跑一个芯片，每个stage可能要十几个小时，所以在每个stage跑完适时进行check是很有必要的。有的时候可以绕通，但是会产生很长的detour，这也是我们不愿看到的。现在的芯片越来越复杂，之前的教材可能写的绕线层有五六层，现在的芯片多的绕线可以达到十几层了。如何在这些纷繁复杂的十几层里找到千万根线想要绕的位置，实在是一件非常难的事，更别说要附带考虑那么多其他的优化因素了。而这一切都已经必须由EDA工具帮我们完成，借助现代计算机的强大性能，还有不断优化的算法，我们就可以得到相对比较好的route结果。其实我一直很佩服那些EDA工具，总是想知道他们具体的算法是什么，不过这就属于非常机密的东西了。

Route结束也不代表APR结束了，一般还会做插filler的动作，后面就是交给signoff了。好了，这样就非常非常简略讲了一下APR要做的事，可能文中出现了一些不懂得名词，还有一些概念，以后我也会写文章慢慢一个个讲的。希望对大家有所帮助。

微信公众号D：伟酱的芯片后端之路

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