芯片一直都是汽车的重要组成部分，从传统汽车到智能汽车，芯片扮演着越来越重要的角色。尽管目前“缺芯”的问题已经慢慢得到缓解，但“缺中国芯”的问题还一直存在。今天我们从“芯片是怎么制成的”开始说起，再聊聊汽车芯片的分类与应用，最后探讨一下我对国产芯片的期待和担心。

Part 1：怎么用沙子做芯片

芯片是怎么来的，是用沙子做成的吗？其实沙子是打造芯片的地基——硅晶圆的基础。

而「硅晶圆」最初的模样我们都见过：我们所熟悉的沙子。普通沙子在高温作用下可转化成纯度约99.9%的硅。

硅晶圆主要工艺流程——

· 硅熔炼：经过熔化，从中拉出铅笔状的硅晶柱

· 硅锭：用钻石刀将硅晶柱切成圆片

· 切割：最后拋光，便形成硅晶圆，芯片的地基——晶圆完成

硅晶圆的直径常见的有：8英寸（ 200mm）、12英寸（300mm），直径越大，单个芯片成本越低，但加工难度越大。

晶圆做好之后，需要进行：光刻、掺杂、切割、封装，才能变成最终的成品。

其中最难的步骤是光刻。

● 光刻：硅片上涂光刻胶

紫外线透过掩膜照射光刻胶，掩膜上印着预先设计好的电路图案；光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉，清除后留下的图案和掩膜上的一致。

用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分，剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。蚀刻完成后，清除全部光刻胶，露出一个个凹槽。

● 掺杂：掺杂是通过离子注入，赋予硅晶体管的特性

先把硼或磷注入到硅结构中，接着填充铜，以便和其他晶体管互连。然后可以在上面再涂一层胶，再做一层结构。一般一个芯片包含几十层结构——就像密集交织的高速公路。

● 封装测试

芯片做好后，用精细的切割器将芯片从晶圆上切下来，焊接在基片上，装壳密封。经过测试后就可以包装销售了。

Part 2：汽车芯片用在哪里？

芯片一直都是汽车的重要组成部分。传统汽车中，主要会用到分立器件、模拟芯片、逻辑芯片等等，构成传统的电子控制器ECU来实现对车辆的控制。

新能源汽车会使用功率芯片，是电驱动系统的“心脏”，包括线控制动和转向控制等都离不开功率芯片。

而智能汽车在这个基础上，还需要用到高算力的异构芯片，包含GPU、CPU（Graphics Processing Unit，主要负责的任务是加速图形处理速度）、NPU等等，这些构成了汽车的高算力SOC芯片，也是智能汽车的“大脑”。

智能汽车还需要大容量的存储芯片，它是智能汽车的“记忆”。随着云和边缘计算在智能汽车领域越来越重要，对存储器的需求与日俱增。

另外，智能汽车里还有感知芯片和通信芯片。

感知芯片：比如摄像头CIS是智能汽车的“眼睛”。激光雷达、毫米波雷达也需要数量众多的射频和光电芯片，来提供给智能汽车足够强的感知能力。

通信芯片：通信分为两类，一类是车内的高速互联芯片，一类是车辆和外界通信的芯片，主要作用是把智能汽车的数据进行高速传输。

因此我们可以看到传统汽车在通往电气化和智能化的过程中，需要的芯片越来越多，芯片的制程要求也越来越高。

（28nm以上的 16 14nm以下）

Part 3：芯片发展天花板对智能汽车的影响

美国最新的出口管制新规中，中国在先进计算芯片和制造先进半导体的能力受到了约束，具体涉及范畴包括——

· 16nm或14nm以下制程的非平面晶体管结构a（FinFET或GAAFET）的逻辑芯片；

· 半间距不超过18nm的DRAM存储芯片；

· 128层或更多层的NAND闪存芯片。

根据台积电在2021年的工艺来看，受到限制的主要包括RF、Logic以及先进的Analog和eNWM芯片，这对于中国汽车产业走向智能化，无疑蒙上了一层阴影。汽车行业只是一个终端应用行业，对于高制程芯片的需求在未来5年左右能够体现出来，因此智能汽车要发展，这有赖于中国半导体行业的突破。

小结：目前我们需要持续观察这个管制对于中国半导体行业的影响，汽车行业能做的是扶持传统工艺下的汽车芯片国产替代，5年以后会不会在智能汽车上形成代差，这是我比较担心的。

图｜网络及相关截图

作者简介：朱玉龙，资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师，著有《汽车电子硬件设计》。