#汽車半導體
汽車半導體設計,轉向Chiplet
Chiplet為應對行業日益增長的功能需求和成本壓力這兩大挑戰提供了極具吸引力的解決方案。汽車行業面臨著前所未有的挑戰。如何在規模化生產中整合日益複雜的電子系統,同時保持成本競爭力。傳統的單片系統級晶片 (SoC) 設計雖然功能強大,但在擴展到汽車量產規模時卻會帶來巨大的經濟負擔。晶片組 (Chiplet) 技術應運而生,成為一種極具吸引力的解決方案,它通過模組化、良率最佳化和 IP 模組的設計復用,顯著降低了成本。以典型的高級駕駛輔助系統 (ADAS) 控製器為例,它需要高性能計算核心、專用人工智慧加速器、多個通訊介面和電源管理電路。在單晶片設計中,整個系統將採用昂貴的先進工藝節點(例如 7nm 或 5nm)製造在單個大型晶片上。如果該大型晶片的任何部分存在製造缺陷,則整個晶片將無法使用,導致良率低下。晶片組方案從根本上改變了這種經濟格局。與使用單個大型晶片不同,同樣的ADAS控製器可以使用多個小型晶片來實現:採用7nm工藝的CPU晶片組用於提升性能,採用22nm工藝的記憶體介面晶片組用於降低成本,採用專用工藝的模擬射頻晶片組,以及採用成熟的65nm工藝的電源管理晶片組。每個晶片組都可以獨立製造和測試,只有經過驗證合格的晶片才會被組裝到最終封裝中。這種方法通常可以將系統總成本降低20%至40%,同時將製造良率從60%至70%提高到90%以上。什麼是晶片組?戈登·摩爾在他的論文《將更多元件塞進積體電路》中已經提到了多晶片器件的發展趨勢。圖 1:先進封裝技術發展時間線(圖片由Cadence 提供)晶片組架構代表著與傳統半導體設計理念的範式轉變。它並非將所有系統功能整合到單個矽片上,而是將複雜的系統分割成更小、功能獨立的半導體晶片,這些晶片通過標準化的高速互連進行通訊。每個晶片組在整個系統中都承擔著特定的功能。可以把它想像成用樂高積木搭建,而不是從一塊大理石上雕刻。例如,圖形晶片組負責視覺處理,CPU晶片組負責通用計算,記憶體晶片組提供儲存空間,I/O晶片組負責外部通訊。這些元件通常採用不同的工藝技術分別製造,這些工藝技術針對各自的特定功能進行了最佳化,然後使用先進的封裝技術將它們組裝成單個封裝。關鍵區別在於互連標準。與傳統的晶片級互連(不同晶片通過速度相對較慢的封裝級連接進行通訊)不同,晶片組採用超高頻寬、低延遲的互連技術,例如英特爾的先進介面匯流排 (AIB)、AMD 的 Infinity Fabric 或新興標準,如通用晶片組互連高速介面 (UCIe)。這些連接的性能接近片上通訊,使晶片組系統在功能上如同單晶片 SoC,而這正是其真正優勢所在。晶片設計的改變圖 2:從單片式到晶片式晶片組設計需要對傳統的積體電路設計方法進行根本性的重新思考。該過程始於系統級劃分,工程師們(不一定來自同一家公司)必須仔細分析整體系統需求,並確定劃分為各個晶片組的邏輯邊界。分區決策涉及幾個關鍵因素。需要頻繁、高頻寬通訊的功能通常應保留在同一個晶片組內,以最大限度地減少晶片組間的通訊量。電源域和不同的工藝技術要求提供了天然的邊界。例如,模擬電路通常需要與數字邏輯不同的工藝節點,因此它們是獨立晶片組的理想選擇。晶片劃分完成後,每個晶片組都必須採用標準化的介面設計。這與傳統的積體電路設計截然不同,傳統積體電路設計可以針對特定應用場景最佳化內部介面。晶片組介面必須遵循行業標準或專有協議,這些標準或協議定義了電氣特性、時序要求和通訊協議。晶片封裝的物理設計變得更加複雜。傳統的佈局規劃現在必須考慮高速序列器/解串器 (SerDes) 電路的放置、跨越多個晶片的供電網路以及多晶片封裝的熱管理。訊號完整性分析不僅要考慮晶片內部的布線,還要考慮封裝級互連以及相鄰晶片之間潛在的串擾。驗證和測試策略也需要進行調整。每個晶片在組裝前都必須進行徹底的獨立測試,這就需要全面的內建自測試 (BIST) 功能。組裝後的測試變得更具挑戰性,因為傳統的邊界掃描技術可能無法充分覆蓋晶片間的連接。圖 3:一個帶有 8 個晶片的交換機。將不同晶片整合到單個封裝中的挑戰晶片系統整合面臨的挑戰涉及多個工程領域,每個領域都存在獨特的技術障礙,必須克服這些障礙才能成功實施。散熱管理或許是其中最嚴峻的挑戰。多個相鄰的晶片會產生大量熱量,形成熱點,從而降低性能或導致可靠性問題。因此,先進的散熱解決方案,包括嵌入式冷卻結構、導熱介面材料以及精心設計的電源供應系統,變得至關重要。不同晶片材料之間的熱膨脹係數差異會導致機械應力,進而可能在溫度循環過程中造成焊點失效或晶片開裂。晶片數量越多,供電複雜性呈指數級增長。每個晶片可能需要多個電壓域,每個電壓域都有特定的電流和噪聲要求。封裝必須為所有晶片提供純淨、穩定的電源,同時最大限度地減少互連網路上的電壓降。先進的封裝技術,例如矽通孔 (TSV) 和嵌入式電壓調節器,有助於應對這些挑戰,但也會增加成本和設計複雜性。晶片間互連的訊號完整性需要格外注意阻抗匹配、串擾最小化和時序收斂。高速訊號在封裝級互連中傳輸時,面臨著與片上佈線不同的挑戰,包括更大的寄生效應、潛在的電磁干擾以及封裝基板上的工藝偏差。製造和組裝環節也面臨諸多挑戰。已知合格晶片的測試至關重要,因為組裝後更換單個缺陷晶片通常不經濟。組裝工藝必須實現多個晶片之間的精確對準和粘合,而這些晶片的尺寸和厚度往往各不相同。由於故障模式可能出現在晶片級、互連級或系統級,質量控制和可靠性測試也變得更加複雜。軟體和韌體整合又增加了一層複雜性。作業系統和驅動程式必須瞭解晶片架構,才能最佳化性能、管理功耗並處理潛在的故障模式。快取一致性協議必須跨越多個晶片,這需要精心協調才能維持系統級性能。Chiplet在汽車行業的應用實例汽車行業為晶片技術提供了許多引人注目的應用案例,每個案例都充分利用了模組化半導體架構的獨特優勢。高級駕駛輔助系統 (ADAS) 是其最突出的應用領域。現代 ADAS 控製器需要多種計算能力:用於處理攝影機資料的電腦視覺處理器、雷達訊號處理器、雷射雷達處理單元、感測器融合引擎以及安全關鍵型控制邏輯。基於晶片組的 ADAS 控製器可能整合用於通用處理的高性能 CPU 晶片組、用於機器學習推理的專用 AI 加速晶片組、用於感測器資料的專用訊號處理晶片組以及符合汽車功能安全標準 (ISO 26262) 的安全關鍵型微控製器晶片組。與單晶片實現方案相比,這種方法具有多項優勢。不同的晶片組可以採用最佳工藝技術進行製造——人工智慧加速器採用尖端工藝節點以實現最佳性能,安全微控製器採用成熟可靠的工藝,模擬感測器介面採用專用混合訊號工藝。模組化架構還支援可擴展的產品系列,其中基礎型ADAS系統使用的晶片組較少,而高端系統則整合了額外的處理功能。車載資訊娛樂系統從晶片模組化中獲益匪淺。典型的車載資訊娛樂系統需要圖形處理(用於多個螢幕)、音訊數字訊號處理、連接模組(Wi-Fi、藍牙、蜂窩網路)以及用於應用程式的通用計算。晶片模組化設計使製造商能夠採用來自消費電子領域的成熟圖形晶片、專用的汽車級連接晶片以及成本最佳化的應用處理器晶片。電動汽車 (EV) 動力系統是另一個引人注目的應用領域。電動汽車控制系統需要高壓電源管理、電機控制演算法、電池管理功能和車輛通訊介面。基於晶片組的方法可以將高壓模擬電路與敏感的數字處理分離,通過將發熱功能分佈到多個晶片上來改善散熱管理,並允許使用合適的工藝技術最佳化不同的功能。車身控制模組負責管理照明、車門控制、車窗升降和空調系統等功能,可以利用晶片組架構打造可擴展且經濟高效的解決方案。基礎配置可能僅使用最少的晶片組來實現基本功能,而豪華車型則會整合更多晶片組來實現高級功能。結論Chiplet 技術代表了一種變革性的汽車半導體設計方法,為應對行業日益增長的功能需求和成本壓力這兩大挑戰提供了極具吸引力的解決方案。其經濟優勢顯而易見:更高的製造良率、通過設計復用降低的開發成本以及針對不同功能最佳化的工藝技術選擇,與單片式方案相比,可實現系統級成本降低 20% 至 40%。然而,晶片組的成功實現需要掌握新的設計方法、先進的封裝技術以及應對複雜的整合挑戰。跨多晶片系統的熱管理、電源傳輸和訊號完整性都需要精密的工程解決方案。汽車行業嚴格的可靠性和安全性要求,更使本已極具挑戰性的設計問題雪上加霜。儘管面臨這些挑戰,早期採用者已證明晶片組技術在汽車應用中的可行性。隨著行業標準的成熟和設計方法的演進,晶片組技術有望成為複雜汽車電子系統的主導架構。該技術為汽車電子領域的持續創新提供了一條切實可行的途徑,同時保持了大眾市場普及所需的成本結構。汽車電子的未來不在於不斷增大單晶片的尺寸,而在於將功能智能地分解成最佳化的、可重複使用的晶片模組。對於汽車工程師而言,理解並接受這種架構轉變至關重要,它能幫助他們開發出下一代汽車電子系統,從而以具有競爭力的成本提供先進的功能。 (半導體產業縱橫)
就業率爆了
為何能有現在這一幕?看到一個新聞,日本的就業率高達 98.1%,創下歷史新高。大學生起薪達22.6萬日元/月(約合人民幣 1.059 萬元),正以每年 4% 的速度加速上漲。日本為何能有現在這一幕?其實並不來源於經濟增長,看資料就明白了,頂多就是緩慢復甦,實際增長率只有 1% 左右,明年很可能被印度超過,落入全球第五。那麼為何人口反而就業率上升,薪資上漲呢?核心就是人口大幅減少。2024年日本死亡人口達161萬(歷史最高),而出生人口僅72萬(124年來最低),一減一增,年度人口淨減少約89萬人。一邊是老齡化加速,導致大批中老年人退出職場,騰出空位,另一邊是少子化嚴重,年輕勞動力嚴重不足,這種代際更替,讓就業市場的供需曲線重新達到了微妙的平衡,大學生就業煥發生機。而薪資基本來源於通膨。近幾年日本貨幣大幅貶值,央行持續0 利率,大量印鈔,導致社會通膨率爆發,房價、房租、電價、天然氣、服裝、醫療、娛樂等等,幾乎所有生活成本,都在全面上漲。人均收入也會被通膨帶飛,但一般情況下,工資增長幅度要滯後於通膨水平。所以說,日本年輕人雖然就業率達到歷史頂峰,工資看似不錯,但由於生活成本快速上升,大部分生活依然比較拮据,消費時需要精打細算。這個前段時間,我專門去日本還調研過。但他們已經算是過得比較好的一代人。而上一代人,才算是“迷失的一代”,苦難的“沉默者”。80年代,日本經濟繁榮,收入暴增。人是非常相信學歷可以改變命運的,因為畢業生一出校門,至少可以拿到3-5份高價offer,學歷越高薪資越高。於是學歷成為改變家族命運的必經之路,家長們開始瘋狂捲自己的孩子,課外培訓產業爆發。然而進入90年代,日本經濟泡沫急速破裂,一切煙消雲散。經濟災難遭遇畢業潮,爆發了“就業荒”,大多數畢業生找不到工作,淪為底層牛馬,於是開始拚命爭搶鐵飯碗,興起“考研潮”“考公熱”。日本政府為了緩解就業危機,做出了很多努力,比如讓所有高校大幅提升研究生和博士生錄取名額,讓年輕人盡晚湧入社會。然而這一項措施,加速了學歷貶值,日本到處都是研究生和博士生,他們畢業後依然找不到工作,久而久之,人才過剩堆積成了“就業堰塞湖”,最終導致大量的“高學歷難民”、“浪人博士”出現,這些人最後只能呆在家裡啃老。於是日本就批次出現了啃老族這一代人,從此,普羅大眾徹底對學歷祛魅,“學歷改變命運”的信仰崩塌。然後就是“努力無用論”盛行,形成徹底躺平的一代。看完這一切,很多人肯定會說,別笑話人家,我們不也這樣嗎?學歷貶值,就業不好,人才過剩,啃老盛行,何不是以五十步笑百步。的確,從 2019 年開始,在地緣政治、三年大疫、泡沫出清等等原因的合力下,我們相當於承受了一次不確定性危機,過得生活彷彿就是日本當年的翻版,體感特別差。那麼問題來了?我們的就業率再次復甦,難道也要像日本一樣,等到 20 年之後嗎?等到這一代人老去,年輕人不生,勞動力嚴重不足的時候?那麼現在學歷真的還有用嗎?這些問題是最近很多人非常擔憂的事情,因為看不懂宏觀形勢,看不透未來,就會非常焦慮。答案可以肯定的告訴大家,不會。這時候肯定有人跑出來了,你胡說,為何你常說,經濟會變好,但我們體感還是這麼差,到處在裁員,你這是不是居心叵測,忽悠我們?那麼下面這些話,我將告訴真正想明白這個故事發展方向的人。研究過日本經濟泡沫危機周期,就明白,其實東大和日本有著本質的不同。日本是被美國強壓,製造了一場經濟危機,而我們是大疫三年遭遇降槓桿、擠泡沫、化債三連擊,在不恰當的時間段做了恰當的事情,引發的。日本當初經濟泡沫破裂後,科技陷入大衰退,進出口大幅滑坡。而東大,科技實現了真正的大爆發,無論是軍工、綠電、稀土、新能源汽車、半導體、機器人還是家電等等,都實現全面的自主可控,一帶一路擴容,進出口反彈趨勢加快。日本政府延緩了5年才推出救市政策,錯過了最好的時機,而東大,在經濟滑坡後,馬上啟動救市計畫,市場M2迅速突破300兆,在短期內做了大量的政策疏導,目前正在加強解決反內卷和資金卡點問題。日本危機後,政治主導權被美國佔有,資源外流嚴重,股市崩塌,陷入災荒。而東大,政治主導權絕對自主,靠高效聚集資源,向上攻壘,股市登上4000 點高位,金融市場穩定。還有很多很多,兩者的本質都有很大的區別。前幾天,10 月份資料公佈,我在星球提前做了分析。PPI(生產者價格指數)環比上漲,屬於年內首次上漲。而CPI(居民消費價格指數),尤其是核心CPI,已經連續6個月上漲,繼續向上擴大漲幅。這些都是經濟的先行指標,都在證明我們正從通縮的環境快速往上爬。而且現在服務消費增長比較好,機票、賓館、醫療服務、家政服務,都在上漲。尤其機票票價上漲了8.9%,說明商旅在增強,這通常也是經濟貿易活動活躍的一種表現。目前正在“反內卷”階段,等到各行各業價格控制住,預計年底或者明年年初,會打響經濟的總反攻戰役,包括國債大規模下發提振消費市場,國補發券,降低利率,同時提高房地產收儲行動,都要為提振內需做準備。價格上漲,加大規模放水,在這樣的基礎上,外循環再把內循環帶來起來,經濟就會實現穩步增長,明年就可以走出通縮環境,就業率會反彈。但14 億的大國,節奏肯定不會那麼快。財富像漏鬥一樣,會從最賺錢的行業和最賺錢的城市開始,逐層向下滲透。現在就可以看到,身邊遊戲人過得很好,賺錢不少,但很多人體感依然很差。所以當自己體感很差的時候,試圖分析一下自己所處的生態位,城市和行業的定位,如果處於中下端,就要再多等一等。再回到主題本身。學歷到底有沒有用?肯定是有用的。大家會發現,過去二十年,市面上的老闆都是小學生、初中生,大專生,而現在呢基本都是本科生,研究生和博士生。這是因為產業結構改變了,過去是房地產等傳統產業,靠社會資源、關係網和資訊差,而現在拼的是專業技術和認知系統。過去會喝酒可能就成為老闆,而現在不會搞網際網路,不會用電腦,甚至未來不會用 AI 都很難創業成功。未來就是技術專利+資本的故事。所以學歷本質解決的就是踏入新門檻的敲門磚。但我不建議一直追求高學歷,學歷夠用就行,其實更多是對一個人的基礎智商和邏輯思維的建立。起碼畢業以後,是會用 AI 的。AI 是未來的生產力爆發的主要驅動力,一個會用 AI 的本科生,要比一個不會用 AI 的研究生強很多,這就是技術槓桿。其次是一個人的審美和經驗,決定其真正的社會價值。未來AI 會替代大量基礎勞動力,接下來還可能出現人形機器人代替人工作,而這時候,就需要很多“有思想”“有創造力”的人,駕馭 AI 和機器人創造價值。再簡單舉個例子,現在武漢街頭很多無人汽車在跑,而且事故率很低,打無人車的消費者也不少。明年馬斯克的 FSD 無人計程車可能進入東大,勢必會掀起巨大的交通改革,5 年內群雄逐鹿,可能實現無人駕駛。那麼到時候大部分的司機都會失業。但這時候卻會誕生一種工作,就是後台安全操作員,一個人可能盯著電腦,管理10-20 台汽車,那台汽車出問題,然後進行遠端解決。這些汽車遠端操控,就需要用到軟體、演算法、巨量資料、人工智慧、5G 高速通道網路等等,那麼還會創造自動駕駛演算法工程師,資料標註員、車輛維運技術人員、測試工程師、調度員等等。那麼之前失業的司機,可以靠學習升級成為這些工種,也可以轉向其他無法被科技替代的服務行業。但如果都無法轉型,那就只能在家待業。沒錯。未來科技爆發後,整個社會的效率會大幅提升,創造更多價值,科技企業大量納稅,政府用來提高國民福利待遇,大部分被機器淘汰掉的過剩勞動力,會進入領低保的狀態。比如美國,2025 年有 4200 萬人口,占人口的 1/8,每周都在靠領取政府的食品券生活。而且存在部分群體福利依賴度較高的情況,比如有資料顯示 45% 的阿富汗移民家庭、42% 的索馬里移民家庭靠領取食品券生活,將近 60% 的非法移民家庭在享用食品券福利。此外,美國自由派智庫卡托研究所報告顯示,全美 11 個州的政府福利水平超過教師第一年平均起薪,39 個州超過秘書平均起薪,這可能導致一些人選擇依賴福利而非工作。我們未來也會不斷趨向於這個結果,而且普通人不工作也會更得不差,因為我們是資源型國家,基礎物價會被長期保障。靠政府的福利低保,也可以維持生活。但如果想有所作為,實現人生價值,或者讓生活升級過得更好一些,那麼就要提升自己的核心實力,參與到這場經濟變革之中,這些事情距離我們已經很近了。所以拉開時間軸來看,現在的一切都不算什麼。最近還有人問,為何收入不漲,房價還這麼貴?其實房價已經回落很多了,並不貴,如果再跌,經濟是承受不住的。一線城市也有 2 萬的房子,二線城市也就幾千的房子,就看買不買了。再往外說,老破小,鶴崗一套 2 萬。學區房貴嗎?也不貴。鶴崗一中是全國百強高中,鶴崗普高分數線 280 分,黑龍江省高考本科線 300 分。去就可以讀,一般人應該都能買得起,據我所知,很多南京媽媽已經在鶴崗陪讀了,這才是真正的學區房。但之所以很多人覺得貴,是因為想在好的地段買好的房子,想讓孩子上名校,而且還想讓房價便宜。這是不可能的,因為好的資源是稀缺的,所有人都在搶,早已明碼標價了。如果實力不夠,那就缺乏選擇性,只能取捨,這是沒有辦法的事情。其實看過一圈以後會發現,東大是一個生活下限相對較高的地方,物價便宜,容量夠大,只要動一動起碼能豐衣足食,不擔心戰爭和安全。如果理解不了,可以去大東北看一看,物價低到恐怖,但凡是降低物慾,在那裡依然過得很舒服。講這些是為了什麼呢?是想告訴大家,環境正在變好,多一些耐心等待,但更多是保持樂觀心態,增強自己的實力,分析趨勢,看那些有益於自己,多賺一些錢,讓生活更好一些。不要被一些極端言論帶跑了,動不動學歷崩了,經濟大崩潰了,我們不如日本了,這些都是為了流量割韭菜,他們連國都沒出過,不信,自己出去看看就行了。而真正有智慧的人,是看懂生活並熱愛生活,過好自己的生活,無論環境如何,都能努力為自己和家人創造幸福和快樂。 (快刀財經)
未來,汽車半導體大廠成長堪憂
Semiconductor Intelligence(SI)估計,2023 年汽車半導體市場規模為670 億美元,比2022 年成長12%。排名前12的供應商佔據了超過四分之三的市場份額。英飛凌科技是最大的汽車半導體供應商,市值為92億美元,佔市場份額的13.7%。恩智浦半導體以11.2%排名第二,義法半導體以10.6%排名第三。這三大公司佔據了超過三分之一的市佔率。對於這些公司中的大多數來說,汽車是其總收入的重要組成部分。在前六家公司中,汽車收入佔比從34%到56%不等。 自2021 年以來,隨著該行業從與疫情大流行相關的短缺中反彈,汽車半導體產業呈現強勁成長。然而,有跡象表明市場正在放緩。前三大供應商的季度汽車半導體收入反映了這一趨勢。英飛凌報告稱,英飛凌在2022 年和2023 年初實現了強勁增長,但在2023 年第二季度達到頂峰,此後一直在下降。儘管英飛凌對2024年第二季的汽車應用收入指引是季度環比成長5%。恩智浦在2023 年第四季的營收季增,但在2024 年第一季下降了5%。恩智浦2024年第一季報告指出,2024年的庫存持續減少,整體汽車市場疲軟。意法半導體在2022年和2023年的季度營收成長強勁,平均成長7%。這一增長在2024年第一季結束,當時意法半導體報告稱,汽車收入下降了23%,理由是行業進入「減速階段」。 根據國際機動車製造商組織(OICA) 的數據,2023 年的汽車產量為9,350 萬輛,比2022年增加10%。這是自2010年從2008-2009年大衰退中復甦以來26%以來最強勁的產量成長。 2023 年的9,350 萬輛仍低於2017 年9,730 萬輛的歷史最高水準。該行業在2018和2019年經歷了溫和的下降,然後在2020 年由於與疫情大流行相關的停工而下降了15.4%。然而,大部分被壓抑的汽車應用需求似乎已經被滿足。 S&P Global Mobility在2024年4月的預測是,未來三年輕型汽車產量成長在0%~2%之間。標準普爾預測區間的中點如下表所示。 儘管汽車產量成長放緩,但汽車半導體市場的成長是由每輛汽車半導體含量的增加所推動的。成長的兩個關鍵驅動因素是電動車(EV)和駕駛員輔助系統。電動車,包括電池電動車(BEV)和插電式混合動力車(PHEV),具有比其它車輛更高的半導體含量,從而推動了汽車半導體市場的成長。電動汽車在過去幾年中發展迅速。 Autovista24 估計2022 年電動車銷量成長54%,2023年成長35%。然而,預計未來6年的成長將放緩至17%~22%的區間。