汽車行業(yè)還在“缺芯”。電動(dòng)汽車會(huì)用到更多的半導(dǎo)體，燃油車也會(huì)用到很多芯片。而這些芯片在供不應(yīng)求時(shí)，很難提高制造能力。
為什么汽車中使用了這么多的半導(dǎo)體芯片？
《紐約時(shí)報(bào)》說，如今，一輛汽車可以使用多達(dá)3000個(gè)半導(dǎo)體芯片，另一家媒體的說法是1000多個(gè)，這取決于需要計(jì)算的內(nèi)容。
但在20世紀(jì)（參數(shù)丨圖片）60年代，汽車中的電子產(chǎn)品幾乎只有一個(gè)汽車收音機(jī)。一個(gè)在不久前幾乎完全機(jī)械化的產(chǎn)品，現(xiàn)在怎么會(huì)用到這么多芯片？這其實(shí)反映了芯片應(yīng)用在大量消費(fèi)和工業(yè)產(chǎn)品中普遍上升：性能、成本和功能從硬件遷移到軟件。
就汽車行業(yè)而言，1973年石油危機(jī)后，改善燃油經(jīng)濟(jì)性的巨大努力迅速增加了電子技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)控制中的應(yīng)用。雖然電子點(diǎn)火裝置在20世紀(jì)60年代末已經(jīng)開始出現(xiàn)，但將微控制器芯片用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制時(shí)，就已經(jīng)展示了數(shù)字化的潛力。
使用傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)溫度、曲軸位置、質(zhì)量空氣流量（massairflow）、節(jié)氣門位置（throttleposition）和廢氣中的氧氣濃度等，汽車制造商能夠極大地改善車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放情況?？刂破餍酒M(jìn)行即時(shí)計(jì)算，以優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能，這是機(jī)械傳感器和連接裝置無(wú)法做到的。
這凸顯了半導(dǎo)體芯片使用增長(zhǎng)背后的一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)力：使用軟件實(shí)現(xiàn)許多功能，而這些功能單靠硬件可能很難做到，甚至不可能做到。
計(jì)算噴油器的最佳進(jìn)料速率可能需要實(shí)時(shí)求解復(fù)雜的方程或在表格中查找數(shù)字。用計(jì)算機(jī)芯片和一些軟件就可以很容易、很便宜地做到。這也是自動(dòng)變速箱的由來(lái)，它使用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)下坡時(shí)降擋等復(fù)雜的控制方案。控制器芯片連接到速度傳感器，將信號(hào)發(fā)送到控制變速器螺線管的半導(dǎo)體功率開關(guān)。
功率半導(dǎo)體是在數(shù)字控制下開關(guān)電源的器件，廣泛用于整個(gè)車輛。如果你把這些設(shè)備也算作“芯片”，車輛中的半導(dǎo)體設(shè)備數(shù)量就會(huì)大大增加。
汽車級(jí)半導(dǎo)體芯片及其控制的相關(guān)開關(guān)和器件比機(jī)械級(jí)半導(dǎo)體芯片更可靠。以1968年款水星美洲獅的后備廂外的轉(zhuǎn)向燈為例，轉(zhuǎn)向燈與一個(gè)小的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)開關(guān)相連接，一旦觸點(diǎn)被磨損或腐蝕就會(huì)出問題。采用半導(dǎo)體開關(guān)和一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)器電路，能夠使這樣的機(jī)制更加可靠。
車輛中的信息娛樂系統(tǒng)使用了大量的芯片▼
又比如大眾甲殼蟲上的一個(gè)功能，當(dāng)駕駛員跳進(jìn)車內(nèi)關(guān)上車門時(shí)，駕駛員一側(cè)的窗戶在車門即將關(guān)閉時(shí)降了一點(diǎn)，車門關(guān)閉后又自動(dòng)升回來(lái)。這平衡了乘客艙內(nèi)的壓力，保護(hù)駕駛員的耳朵。這種功能如果純粹以機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)，確實(shí)有點(diǎn)難，但用微芯片可能只是幾行代碼的事。
汽車的車身電子設(shè)備電動(dòng)窗、門鎖、側(cè)視鏡通常與車身控制模塊（BCM）芯片相連。BCM還與整個(gè)汽車的其他電子單元進(jìn)行通信，如儀表盤和許多傳感器。當(dāng)然，信息娛樂系統(tǒng)也使用大量的芯片。
用軟件代替硬件實(shí)現(xiàn)各種功能的另一大優(yōu)勢(shì)是：你可以在發(fā)貨后繼續(xù)修改產(chǎn)品。電腦和手機(jī)軟件中經(jīng)常會(huì)有這種情況，每隔一段時(shí)間就會(huì)得到一個(gè)新的軟件更新。特斯拉已經(jīng)展示了OTA的魅力，它修改了汽車的功能。
通用電氣航空集團(tuán)（GEAviation）也做過一個(gè)軟件修復(fù)，暫時(shí)糾正了波音公司787和747-8飛機(jī)上使用的該公司GEnx渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的高空結(jié)冰問題。
汽車芯片的設(shè)計(jì)和制造方式有什么獨(dú)特之處？
汽車芯片有幾個(gè)突出特點(diǎn)。首先，它們必須在極端溫度下長(zhǎng)期運(yùn)行，同時(shí)要承受大量的沖擊和振動(dòng)。汽車制造商預(yù)期汽車芯片有15年的工作壽命，在這期間需要達(dá)到零故障率。它們還希望替換零件可以使用30年。
大多數(shù)消費(fèi)類電子設(shè)備（如手機(jī)）的故障率是百萬(wàn)分之幾，五年后就會(huì)被認(rèn)為是過時(shí)了。然而，電腦出了故障可以重啟，如果發(fā)動(dòng)機(jī)控制器出了故障，難道也把車停在路邊重新啟動(dòng)？
芯片需要可靠性，所以它們必須經(jīng)過設(shè)計(jì)和測(cè)試，以便在極端條件下有足夠的工作壽命。
汽車電子委員會(huì)（AutomotiveElectronicsCouncil，由底特律三巨頭建立）為芯片制定了一系列的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于工作溫度，它定義了0級(jí)、1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)的工作范圍，其中1級(jí)為-40ºC至+125ºC，2級(jí)為-40ºC至+105ºC。
這是一個(gè)比大多數(shù)消費(fèi)類芯片更具挑戰(zhàn)性的范圍。
位于日本茨城縣常陸的瑞薩電子那珂工廠是一個(gè)關(guān)鍵的供應(yīng)商▼
第二個(gè)要求是它們的設(shè)計(jì)必須考慮到安全問題。ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了很多這方面的內(nèi)容，其中包括從如何設(shè)計(jì)到如何處理故障等一系列內(nèi)容。
最后，在半導(dǎo)體工廠制造芯片的過程必須是合規(guī)的，這通常需要6個(gè)月。工廠還需要對(duì)工藝設(shè)計(jì)套件進(jìn)行調(diào)試，以適應(yīng)高溫設(shè)備模型和其他提高可靠性的東西。
之后，芯片必須經(jīng)過廣泛的測(cè)試，如在高溫和惡劣條件下的加速壽命測(cè)試以后，才能被嵌入汽車中。主流汽車制造商已經(jīng)花了長(zhǎng)達(dá)3-5年的時(shí)間來(lái)設(shè)計(jì)、測(cè)試和驗(yàn)證新芯片。
許多汽車微控制器使用90納米技術(shù)，而且一直很難增加產(chǎn)能。過去兩年的短缺促使一些汽車芯片供應(yīng)商遷移到65/55納米節(jié)點(diǎn)，有些甚至已經(jīng)跳到40納米。
但中國(guó)臺(tái)灣的《電子時(shí)報(bào)》表示，用40納米工藝制造的新芯片需要多達(dá)五年的時(shí)間才能通過驗(yàn)證程序。這意味著現(xiàn)有技術(shù)將在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)使用。而這就是為什么汽車芯片短缺問題的持續(xù)時(shí)間比大多數(shù)人認(rèn)為的要長(zhǎng)得多。
