智能汽车安全芯片、储存芯片、功率芯片技术与发展分析

hdy

智能汽车芯片种类繁多，包括控制芯片，计算芯片，传感芯片，通信芯片，存储芯片，安全芯片，功率芯片，驱动芯片，电源管理芯片，其他类芯片。

上篇介绍了智能汽车芯片中的控制芯片，传感芯片，计算芯片和通信芯片四个部分。本次将对其余的主要芯片进行技术及发展趋势详解。

安全芯片CONTENT

安全芯片分为：MCU\MPU\SOC等内置HSM、安全存储芯片、TPM、eSIM\V2X等。这类芯片都是为车端提供信息安全服务。

图源知乎 汽车安全芯片主要形态ISP内部组成

具体来说，目前主流的MCU、智能座舱\驾驶SoC基本都有内置HSM；eSIM\V2X有英飞凌SU系列、ST的ST4SIM、紫光同芯的THD89 eSIM SE、华达微电子的CIU 98 eSIM SE等。

HSM         

HSM（Hardware Security Module）硬件安全模块，是一种用于保护和管理强认证系统所使用的密钥，并同时提供相关密码学操作的计算机硬件设备。HSM的核心功能是围绕加密解密的，它能保护敏感数据，确保只有授权的收件人或者应用才能拿到这些数据。同时HSM也会提供安全的数据解密方法，确保消息的机密性和可靠性，HSM 作为专用的加密设备，被广泛应用于汽车行业中，以增强汽车系统各方面的安全性。

2008年，欧盟出台的欧盟EVITA（E-safety Vehicle Intrusion Protected Applications）项目标准化地定义了HSM的相关硬件规范。在EVITA框架下的HSM被划分为三个等级：Full、Medium和Light，代表了HSM的不同安全级别和功能特点。

上图 EVITAHSM分类表

表中可见，Full和Medium都具备一定容量的RAM和NVM，而Light是可选，表示对存储要求较低，适合成本敏感场景。对称加密是三种HSM都具备的核心功能；非对称加密和哈希运算仅Full支持，表示Full适合需要完整密码学支持的系统。Full和Medium提供完整的计数和真随机数支持，有助于防止回滚攻击、确保数据不可重放；Light可能不具备这些安全防护。Full和Medium 内置独立的安全处理器，能独立处理敏感任务；Light则依赖主控制器，安全性最低但成本最低。

可编程的SE（Secure Element）安全单元/可编程安全eSIM（V2X通信）

在汽车内部，许多接口都可以作为攻击点。这些接口构成了V2X(Vehicle-to-everything)技术：利用传感器、摄像头、无线通信技术将汽车与其周围环境连接起来，保证道路驾驶安全。

而安全芯片SE本质上一颗独立特定功能芯片，对于终端用户来说包括安全硬件和安全软件两个部分：安全硬件包括安全的运行环境、安全存储、安全算法、安全接口等；安全软件提供安全的交互机制，确保SE与主控单元之间命令和数据的交互安全，基于SE对数据进行安全处理、安全计算、安全存储等安全功能，实现设备的身份认证、数据传输加密、敏感信息保护等功能。

这类芯片由于属于信息安全产品的范畴，一般会通过各种认证，包括：

CC EAL(Common Criteria Evaluation Assurance Level认证，目前EAL分为EAL1-7个等级，其中。EAL 7为最高等级，一般需要通过一系列的安全功能测试，以及代码审计、漏洞分析和安全功能强化，并需要提供安全策略和配置指南，以及进行安全功能强化，并需要进行代码审计、漏洞分析和安全功能强化。

FIPS 140-2: NIST针对加密模块的安全认证，分为L1-L4，L4等级最高。

NXP推出了NCJ37A针对无钥匙进入应用，有特定的硬件密码加速器，具有防物理\电气攻击的能力，主要用于存储和数字密钥管理，可以与NFC配套组成汽车智能门禁系统；英飞凌推出SLS37，用于保护V2X通信，SLS37与主控MCU通过SPI加密通信，它提供了最高级别的防篡改保护机制，ECDSA签名速度可达20个每秒。

存储芯片CONTENT

汽车存储芯片作为汽车电子系统的“大脑”，承担着存储与管理车辆运行数据的关键职责，广泛应用于信息娱乐、动力系统以及高级驾驶辅助系统（ADAS）等多个核心领域。2023年全球汽车存储芯片市场价值47.6亿美元，预计到2028年将达到102.5亿美元。汽车存储市场是一个高成长的半导体细分赛道。

存储芯片，又称为存储器，是指利用电能方式存储信息的半导体介质设备，其存储与读取过程体现为电子的存储或释放，是应用面最广、市场比例最高的集成电路基础性产品之一。在汽车领域，储存芯片是汽车计算和感知的粮仓，分布在汽车车身域、底盘域、座舱域、动力域、自动驾驶域五大域中，支持ADAS、IVI、仪表盘、互联、黑匣子等应用的存储功能。从应用形态来看，存储芯片除单独搭载系统之外，还被封装在各类主控芯片（MCU、SoC）内部，用于缓存、读取和处理信息，以提高数据处理的效率。

汽车存储芯片分为易失型RAM和非易失型ROM，RAM包含DRAM、SRAM两大类，ROM包括NAND、NOR、EEPROM等。闪存和内存是两种主要的存储芯片类型。闪存，如NAND Flash和NOR Flash，因其非易失性特点，在车载电子系统中发挥着至关重要的作用。而内存，主要以DRAM为代表，其读写速度较快，常用于临时存储数据。

上图 存储芯片分类

智能座舱、车联网以及智能驾驶等功能的实现，都离不开存储空间的支持。以智能驾驶为例，据镁光科技与中国闪存市场预测，L2和L3级别的自动驾驶汽车对内存带宽的需求约为100GB/s，同时，它们对NAND Flash的平均容量需求约为32GB。然而，随着自动驾驶技术的进一步发展，未来L4和L5级别的全自动驾驶汽车所需的内存带宽将达到300GB/s至1TB/s，对NAND Flash的平均容量需求也将提升至约256GB。

图源 SK Hynix，中银证券

从中国市场规模来看，2024年中国存储芯片行业市场规模达到4267亿元。势头强劲的兆易创新GD552G大容量产品已通过车规AECQ-100认证，SPI NOR Flash车规级产品容量已全线铺齐，GD25车规级存储全系列产品已实现在多家汽车企业批量采用。从总体市场结构来看，目前存储芯片市场主要由 DRAM和NAND Flash主导。其中，DRAM市场规模最大，占比约为 55.9%；NAND Flash占比约为44.0%。随着技术的不断进步和市场需求的持续增长，中国存储芯片行业有望在未来实现更大的突破。

图源 国新南方知识产权研究院存储类芯片厂商汇总

功率芯片CONTENT

功率芯片是一种用于电源管理的半导体器件，其主要作用是控制电路的电流和电压,直流交流转换等以保证设备的稳定性和安全性。电动汽车涉及功率半导体的组件包括：电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载 DC/DC）和非车载充电桩。

在功率电子领域，金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）以及整流二极管等器件扮演着关键角色。MOSFET以其高输入电阻、低开关损耗和快速开关速度受到青睐，常用于高频率、低功率场合，例如电源适配器和直流-直流变换器。IGBT则结合了双极型晶体管的高电压能力和MOSFET的低导通压降，成为工业驱动、交流电机控制和电力变换等领域的优选。而整流二极管，作为电路中的基础元件，负责将交流电转换为直流电，其低导通压降和高耐压能力在功率电子设计中不可或缺。

IGBT

IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管，IGBT是功率半导体中的核心器件，兼具MOSFET及BJT两类器件优势，驱动功率小而饱和压降低。在新能源汽车中IGBT应用范围一般在电压600V以上，电流10A以上或频率1KHz以上的区域，主要对应高电压环境的电力驱动系统，电机控制系统及车载充电器，单车IGBT价值约400美元左右。

IGBT的开关作用依赖于栅极电压的变化：正向栅极电压会形成沟道，为PNP晶体管提供基极电流，从而导通IGBT；而反向栅极电压则能消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。这种独特的开关特性，使得IGBT在新能源汽车等领域的功率转换和控制中发挥着不可或缺的作用。

IGBT未来发展趋势主要薄片工艺，目的在于减小衬底电阻和较少热阻而达到进一步减少损耗。在管芯上主要增加器件面积，提高电流密度。同时为了进一步降低制造成本，硅片也从一开始的5英寸到现在主流的8英寸和12英寸，折算后每颗芯颗成本可进一步降低。

MOSFET

MOS管是FET的一种（另一种为JFET结型场效应管），主要有两种结构形式：N沟道型和P沟道型；又根据场效应原理的不同，分为耗尽型（当栅压为零时有较大漏极电流）和增强型（当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流）两种。因此，MOS管可以被制构成P沟道增强型、P沟道耗尽型、N沟道增强型、N沟道耗尽型4种类型产品。

上图 MOS管四种类型

MOSFET凭借其高输入阻抗、快速开关速度、出色的热稳定性以及电压控制电流的特性，在电路中常被用作放大器、电子开关等核心组件。汽车电子MOSFET发展的一个最终方向是提高感测、控制和保护功率开关的能力。功率器件正在集成到智能化车载系统中。在最低功率级别，MOSFET现在可以与功率器件上的感测元件一起使用。这些感测元件能够测量电流或温度，并能够连接到电子设备上以监控系统性能，并在出现过流或过热情况时保护功率器件免受损害。

功率参数检测CONTENT

中汽研科技有限公司（简称“中汽研科技”）构建了汽车功率芯片动态和静态参数检测能力，可依据AQG324、AEC-Q101等标准开展车规功率模块测试认证服务，为《电动汽车用功率分立器件技术要求及试验方法》、《电动汽车用功率模块技术要求及试验方法》等行业标准制定提供了强有力的技术支撑。同时，中汽研科技建立了功率IGBT、SiC Mosfet关键参数测试能力，覆盖击穿测试、导通测试、阈值电压测试、电容特性测试、脉冲测试、安全范围测试等项目，支持开展车用环境静态电参数测试、动态稳定性测试，可为企业提供优质的测试验证服务。