一文了解汽车芯片的分类及用途介绍

汽车芯片按其功能可分为控制类（MCU和AI芯片）、功率类、传感器和其他（如存储器）四种类型。市场基本被国际巨头所垄断。人们常说的汽车芯片是指汽车里的计算芯片，按集成规模可分为MCU芯片和AI芯片（SoC芯片）。功率器件集成度较低，属于分立器件，主要包括电动车逆变器和变换器中的IGBT、MOSFET等。传感器则包括智能车上的雷达、摄像头等。

一、车规级MCU芯片

车规级MCU芯片是汽车电子控制单元（ECU）的重要组成部分，广泛用于车内几十种次系统中，如悬挂、气囊、门控等，是汽车电子系统内部运算、处理的核心。MCU芯片按照CPU一次处理数据的位数分为8、16和32位MCU。（1）8位MCU：具有简单耐用、低价的优势，提供低端控制功能，如风扇控制、空调控制、雨刷、天窗、车窗升降、低端仪表板、集线盒、座椅控制、门控模块等。（2）16位MCU：提供终端控制功能，用于动力系统和底盘控制系统，如引擎控制、齿轮与离合器控制和电子式涡轮系统、悬吊系统、电子式动力方向盘、扭力分散控制和电子泵、电子刹车等。（3）32位MCU：工作频率最高，处理能力、执行效能更好，应用也更广泛，价格也在逐渐降低；提供高端控制功能，在实现L1和L2的自动驾驶功能中扮演重要角色。据统计，每辆传统汽车平均用到70颗以上MCU，智能电动汽车则超300颗。不过随着整车电子架构的集中化趋势加速，单车MCU的用量和种类也将出现“缩减”。MCU的性能将进一步提升，高端MCU将逐渐替代部分低端MCU的需求。

二、AI芯片

AI芯片是未来智能化汽车的“大脑”。这类芯片一般是一种集成了CPU、图像处理GPU、音频处理DSP、深度学习加速单元NPU以及内存和各种I/O接口的SOC芯片，不同于以CPU运算为主的MCU。在汽车中，主要在智能座舱和自动驾驶两个方面使用SoC芯片。未来智能座舱所代表的“车载信息娱乐系统＋流媒体后视镜＋抬头显示系统＋全液晶仪表＋车联网系统＋车内乘员监控系统”等多重体验，都将依赖于智能座舱的SoC芯片。自动驾驶芯片是指可实现高级别自动驾驶的SoC芯片，通常具有“CPU+XPU”的多核架构。L3及以上的车端中央计算平台需要达到500+TOPS的算力，仅具备CPU处理器的芯片无法满足这一需求。自动驾驶的SoC芯片上通常需要集成除CPU之外的一个或多个XPU来进行AI运算。用于AI运算的XPU可以选择GPU/FPGA/ASIC等。 GPU、FPGA和ASIC在自动驾驶AI运算领域各有优势：CPU通常是SoC芯片的控制中心，其优点在于调度、管理、协调能力强，但计算能力相对有限。而对于AI计算，人们通常使用GPU/FPGA/ASIC进行加强：1)GPU适合数据密集型应用进行计算和处理，尤其擅长处理CNN/DNN等图形类机器学习算法。2)FPGA对RNN/LSTM和强化学习等顺序类机器学习算法具有明显优势。3)ASIC是面向特定用户算法需求设计的专用芯片，具有体积更小、重量更轻、功耗更低、性能提高、保密性增强以及成本降低等优点。

三、功率器件

功率半导体器件是用于电力转换和控制的半导体器件。其典型应用场景包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等，主要类型为IGBT和MOSFET。在具体应用上，燃油车一般使用低压MOSFET，其衬底材料为Si。相比之下，BEV对功率器件的性能要求更高，IGBT和高压MOSFET更为主流。

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种全控型电压驱动的大功率电力电子器件，由双极性晶体管（BJT）和绝缘栅场效应管（MOS）组成。IGBT的特点是兼具了BJT的导通电压低、通态电流大、损耗小和MOS的开关速度高、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单等优点。在电动汽车中，IGBT的应用主要集中在三个方面：首先，在电控系统中，IGBT模块将直流转换为交流，驱动汽车电机（电控模块）；其次，在车载空调控制系统中，负责小功率直流/交流逆变，该模块的工作电压不高，单价相对也低一些；最后，在充电桩中，IGBT模块被用作开关使用。

IGBT最常见的形式是模块，主要由IGBT芯片、FWD芯片、主端子、辅助端子、浇注封装材、绝缘基板、金属基、树脂外盖和树脂外壳等组成。多个芯片以绝缘方式组装到金属基板上，采用空心塑壳封装，与空气的隔绝材料是高压硅脂或者硅脂，以及其他可能的软性绝缘材料。

从功能安全角度来看，IGBT模块具有以下优点：（1）多个IGBT芯片并联，使得IGBT的电流规格更大；（2）多个IGBT芯片按照特定的电路形式组合，如半桥、全桥等，可以减少外部电路连接的复杂性；（3）多个IGBT芯片处于同一个金属基板上，等于是在独立的散热器与IGBT芯片之间增加了一块均热板，工作更可靠；（4）模块中多个IGBT芯片之间的连接与多个分立形式的单管进行外部连接相比，电路布局更好，引线电感更小。因此，模块的外部引线端子更适合高压和大电流连接。

四、传感器类芯片

汽车传感器主要分为两大类，一类是车辆感知传感器，包括速度/位置传感器、低/中压压力传感器、高压传感器、加速度传感器、角速度传感器、磁力计和温度传感器。另一类是环境感知传感器，包括氧、气体传感器、车载摄像头、超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达。