出货量将突破800亿颗汽车芯片寻找Plan B｜钛度车库

  长期以来，占据世界芯片主要市场占有率的CPU只有X86和ARM两种架构，而由美国加州大学伯克利分校的教授大卫帕特森（DavidPatterson）设计的新指令集RISC-V，让厂商们看到了更多的可能性。

  今年8月份，博世、高通、英飞凌、Nordic半导体以及恩智浦等五家头部汽车电子芯片公司共同宣布，将投资成立一家基于开源RISC-V架构的合资公司。该公司最初的应用重点将是汽车领域，随后将逐步扩展到移动和物联网等更广泛的市场。

  然而，RISC-V有望成为改变芯片设计的新技术的同时，想要大规模“上车”，难度同样不可小觑。

  博世中国执行副总裁徐大全在日前举办的2023国际汽车电子与软件大会上透露过一个数字：过去10年间，传统燃油车芯片用量从400多片增至900多片，新能源汽车用量从500多片增至1500多片，预计到2030年会发展到单车近3000片芯片的用量。

  在汽车芯片中，中央处理器CPU是解释计算机指令和处理计算机软件中的数据，是运算和控制的核心，通俗来讲就是“大脑”。

  CPU产品研制主要包含四大环节：芯片设计、生产制造、封装测试、下游应用。其中，设计环节是决定芯片功能、性能最为关键的研发环节。

  在设计中，设计师要根据指令集进行微架构和核心设计，而指令集的先进与否，也关系到CPU的性能发挥。

  在2023国际汽车电子与软件大会上，倪光南院士指出，CPU架构在产业链上差不多相当于“龙头”的位置，有引领的作用，会影响到产业链上的所有的环节，包括下游应用。

  目前市场上的四大主流指令集为X86、MIPS、ARM、RISC－V。其中，X86指令集在PC与服务器领域占据主导地位，而ARM指令集则在移动终端领域具有绝对优势。

  RISC-V架构由美国加州大学伯克利分校计算机科学部门于2010年发布，中文名称为第五代精简指令集(Reduced Instruction Set Computing)，是一种基于精简指令集原则的开源指令集架构。

  到底有多精简？长城汽车总工程师曹常锋在2023汽车芯片产业大会上分享过，“X86的手册大概有5000页，ARM的手册有2700多页，RISC-V的手册大概只有200页。”

  “开源降低了芯片的门槛，举个例子，以前设计一个14纳米的芯片要花费上亿美元的研发，而现在用开源的方式，则会大幅度的降低研发费用。这样的结果就是以前只有大公司才有能力有资源去做，但现在大量中小企业也可以参与进来。”倪光南院士解释道。

  与此同时，在他看来，哪怕传统的X86、ARM架构起步更早，在其他领域应用很成熟，但新的AI、物联网、智能网联车等领域，它们也不适应，所以这样的一种情况RISC-V这种开源架构有它的优势。

  不过，行业内也有一种看法是，一旦涉及无人驾驶、智能座舱等高性能、高算力的SOC芯片，利用RISC-V架构就较为困难。

  对于高性能RISC-V能不能与传统X86和ARM比，倪光南院士十分乐观。“很多相关单位正在研发一些高性能芯片，最新的芯片完全不输人家，甚至超过人家，但是还没有做出来，所以这一段时间可能是两三年。”

  目前，从RISC-V在国际发展的情况去看，全球已经有70多个国家和3800多个会员在使用。截至2022年底，全球基于RISC-V的处理器已超过100亿颗。据RISC-V基金会发布的数据预测，到2025年RISC-V芯片出货量将突破800亿颗。

  “过去的100亿颗，其中50%左右来自中国，这个比重我们觉得很不错，像过去X86、ARM，中国也有不少，但我们要买授权，没有自己的产权，没有自己品牌，但RISC-V部分，从设计到制造，我们都能够更好的起到最大的作用。”倪光南院士说道。

  新CPU架构虽然具有广阔的应用前景，但想要“上车”，也面临不少技术和市场上的挑战。

  从认证体系来讲，首先要通过16949的认证，芯片要有ACQ-100的认证，模组要有ACQ-104的认证，同时要过功能安全26262的认证。

  这个认证周期不仅漫长，而且曹常锋从过往实践中也发现，不少厂商缺乏完整的车规认证流程和能力。

  “因为AEC-Q100是可以自认证的标准规范，芯片企业能自己出一套认证报告来提交给车企，也有一部分能委托第三方。但是在应用情况下我们也发现了好多厂商的测试中有不完整、不规范的地方，并没有把完整的项目都做到，所以在应用上就会带来非常大的困难。”

  比如湿敏的等级、上电的循环，上电循环要求是要在105度工作环境下测试一千次；加速老化测试需要在110度的温度和85%的湿度环境下进行264小时的测试；高温存储测试是要在125度下放一千个小时；高温工作寿命测试也要求在125度环境中工作一千个小时；封装的完整性需要大于95%；跌落测试需要做保证。

  芯片的发展离不开生态，过去X86最重要的生态是Windows操作系统加上英特尔架构X86芯片，而ARM架构则是与安卓生态密切相关。

  而从汽车行业来看，本身就是一个强生态的行业，生态的不健全则是RISC-V当下面临的最大问题。

  曹常锋继续解释说，通常来说，汽车行业是传统的制造型企业，而传统的企业有工程师的思维，不太喜欢特别新的地方、新的芯片，之所以不喜欢，一个很重要的原因就在于，RISC-V整体的架构和软件方面有很多不完整的地方，“软件的生态恰恰是RISC-V真正的短板，整个生态并不是特别的完整，包含工具链、编译器这方面我们应用起来都有一定的困难。”

  那么如何建设RISC-V的生态呢？倪光南院士认为，未来RISC-V将会发展出一个新的生态，这个生态将基于RISC-V加上基础软件和应用来构成，叫“RV++”。

  RISC-V架构凭借开源带来的开放灵活性，成为了芯片行业不容忽视的新计算架构选择方案。然而，机遇总是与挑战相伴。前景虽好，但RISC-V能否慢慢补齐短板，并在汽车行业里面铺开，还有更长的路要走。