汽車行業(yè)下一個(gè)流行趨勢(shì)，chiplet？

盡管實(shí)際的chiplet還未在汽車行業(yè)出現(xiàn)，但車廠已經(jīng)開始暢想著chiplet的美好未來了。這種對(duì)chiplet的狂熱是否只是一廂情愿，或者它真的會(huì)最終會(huì)實(shí)現(xiàn)車廠一直想要的靈活、可擴(kuò)展、差異化的汽車芯片？

應(yīng)行業(yè)的強(qiáng)烈需求，國(guó)際研發(fā)機(jī)構(gòu)IMEC（Interuniversity Microelectronics Centre）將于6月20日在比利時(shí)魯汶舉行全球首個(gè)以汽車為重點(diǎn)的chiplet活動(dòng)。本次活動(dòng)將邀請(qǐng)來自25家以上的公司的高管，包括Tier1、Tier2、OEM和工具供應(yīng)商。被邀請(qǐng)的還有OSAT（outsourced semiconductor assembly and test）和代工廠。

Chiplet是一個(gè)小型IC，有明確定義的功能子集，理論上可以與封裝中的其他chiplet結(jié)合。Chiplet的最大優(yōu)勢(shì)之一是能夠?qū)崿F(xiàn)“混搭”，與先進(jìn)制程的定制化SoC相比成本更低。采用chiplet可以復(fù)用IP，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)集成。Chiplet可以在組裝前進(jìn)行測(cè)試，因此可能會(huì)提高最終設(shè)備的良率。

IMEC的車載業(yè)務(wù)VP Bart Placklé表示，“Chiplet是汽車行業(yè)重新獲得架構(gòu)控制權(quán)，并決定他們的產(chǎn)品如何擴(kuò)展的唯一途徑。”

最近MTK與Nvidia宣布合作，MTK將得到Nvidia用于AI和圖形的chiplet，用于其汽車SoC平臺(tái)。目前看來這是行業(yè)唯一的例子，但這也可能是一個(gè)趨勢(shì)。

Chiplet背后的驅(qū)動(dòng)力

汽車行業(yè)chiplet的熱度在增加，原因有幾個(gè)，都與OEM正在面臨的巨變有關(guān)。

首先，E/E架構(gòu)正在快速變化。分散式的單機(jī)ECU唱主角的日子已經(jīng)成為過去。車廠們面臨著多種選擇，可以按功能（domain）或位置（zone）組合，或者兩者并行。

其次，預(yù)計(jì)車廠將大幅增加算力。今天，一輛車的中央引擎包含多個(gè)大型SoC。車廠希望探索靈活的方式，將這些大型芯片中的不同功能進(jìn)行分割或混搭。

第三，Nvidia的Drive Thor令人印象深刻。它集成了儀表、信息娛樂、自動(dòng)駕駛和泊車功能。但這并不一定是OEM想要的。他們更喜歡根據(jù)從低端到高端車型的需求尋找可擴(kuò)展的芯片解決方案。

第四，OEM并沒有完全放棄自研芯片的志向。他們?nèi)匀幌雽?shí)現(xiàn)差異化并控制自己的命運(yùn)，可能會(huì)在他們的預(yù)算范圍內(nèi)開發(fā)定制化的SoC。

Chiplet是更優(yōu)解？

在上個(gè)月的IMEC技術(shù)論壇上，Bosch的董事會(huì)主席Stefan Hartung在演講中表達(dá)了對(duì)chiplet的高度期待，他認(rèn)為chiplet可以為汽車行業(yè)帶來更好的選擇。

Hartung認(rèn)為chiplet是一種“定制”汽車SoC的方式，滿足某些車廠的規(guī)格，同時(shí)“保持規(guī)模”。

Bosch對(duì)汽車行業(yè)的困境了如指掌。Bosch一直向OEM供應(yīng)PCB，但也深深地意識(shí)到其局限性。包括有限的帶寬、復(fù)雜性和大小。Hartung說：“我們不能無限制地制造這些PCB，因?yàn)槲覀冃枰３忠欢ǖ拇笮?。我們也無法從這些PCB中獲得理想的性能?！?/p>

他指出，這些限制在于制造，因?yàn)楦冗M(jìn)的制程成本很高。Bosch還要應(yīng)對(duì)巨大的R&D開支和難以管理的上市時(shí)間。博世的高管說，這是“一個(gè)相當(dāng)昂貴的選擇”。

總的來說，設(shè)計(jì)一個(gè)大型標(biāo)準(zhǔn)化的高性能SoC可能是一次愚蠢的嘗試。Hartung說：“你可以為你自己的車輛定制SoC。但作為一家制造商，你沒有足夠的量來保證投入產(chǎn)出比是合理的。畢竟，整個(gè)汽車行業(yè)每年只能賣出8000萬臺(tái)?！?/p>

車廠自研芯片的雄心

Hartung的分析引發(fā)了一個(gè)問題，OEM是否仍然執(zhí)著于效法Tesla自研SoC？

TechInsights的車載VP Ian Riches表示，新冠和芯片荒基本上扼殺了對(duì)這種概念的最初熱情。他說車廠更擔(dān)心供應(yīng)鏈問題。

Synopsys技術(shù)市場(chǎng)營(yíng)銷總監(jiān)Stewart Williams表示，車廠還沒決定他們想要什么樣的車輛架構(gòu)，以及是否要自研SoC。

Williams承認(rèn)，就在兩年前，自研SoC的想法還非常流行。自研SoC雖然有好處，但對(duì)于車廠來說，證明投資回報(bào)是非常困難的。

但還有希望。Williams提出了一種multi-die的方法，類似于混合解決方案。這種選項(xiàng)為OEM提供了混搭不同die和功能的可能性，然后將它們封裝成一個(gè)解決方案。

高算力SoC的神話

Nvidia可能會(huì)鼓吹自己的高算力SoC是車載中央大腦的終極解決方案。但這真的是車廠想要的嗎？

根據(jù)S&P Global Mobility的汽車傳感器高級(jí)分析師Richard Dixon的說法，這個(gè)想法還太新，無法判斷。“我們今天知道的唯一案例是，吉利將在2025年初生產(chǎn)的車型中使用Nvidia Drive Thor?！?/p>

NXP的SVP兼總經(jīng)理Ray Cornyn表示，如果你今天打開任何一輛車的中央計(jì)算引擎盒子，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)、三個(gè)甚至更多的SoC。他解釋說，一個(gè)典型的中央盒子有“三個(gè)不同的處理器，可能是一個(gè)信息娛樂系統(tǒng)，一個(gè)數(shù)據(jù)處理器，然后是一個(gè)實(shí)時(shí)通信處理器，共享由一個(gè)中央計(jì)算引擎包提供的冷卻系統(tǒng)。

Dixon贊同這個(gè)觀點(diǎn)。組合方式因車廠的策略而異?？赡苡幸粋€(gè)座艙SoC和一個(gè)ADAS SoC，或者一個(gè)L2芯片執(zhí)行座艙和諸如自然語言識(shí)別等AI任務(wù)。沃爾沃的中央引擎包括ADAS、車輛控制和信息娛樂。

Dixon解釋說：“對(duì)于沃爾沃來說，車輛數(shù)據(jù)意味著諸如動(dòng)力系統(tǒng)控制、底盤控制和運(yùn)動(dòng)控制等任務(wù)。而這三個(gè)任務(wù)都是車輛級(jí)的操作，不需要大量的數(shù)據(jù)，但需要以高速和低延遲運(yùn)行。而且它們必須要實(shí)現(xiàn)功能安全。為了實(shí)現(xiàn)總體安全，車輛級(jí)操作與自動(dòng)駕駛有很多互動(dòng)。因此，它們能夠從緊湊的集成中受益。”

Dixon總結(jié)說：今天的中央計(jì)算機(jī)“只是幾個(gè)大型ECU的集合。”

Dixon解釋說：“現(xiàn)在，我們正在朝域控制器架構(gòu)轉(zhuǎn)變。例如，一個(gè)大的座艙域控基本上就是移除了一些ECU。同理，然后你有了自動(dòng)駕駛域控。最后，你可以想象一種情況，你將這兩個(gè)ECU盒子集成到一個(gè)盒子中，但你保持里面的東西是分開的。”這種明顯的集成方法目的是降本，與Tier1追求的集成路徑差別不大。

這種在車輛平臺(tái)上需要的多樣性，以及大量的組合ECU，是汽車行業(yè)推動(dòng)chiplet的原因之一。

Chiplet如何實(shí)現(xiàn)？

盡管車廠在繼續(xù)整合ECU，但NXP的Cornyn承認(rèn)chiplet是“未來的一種選擇”。

Synopsys EDA Group的高級(jí)產(chǎn)品線總監(jiān)Shekhar Kapoor更進(jìn)一步。他稱基于chiplet的設(shè)計(jì)對(duì)汽車行業(yè)來說是“日益必要的”。

新興的multi-die系統(tǒng)并非空想。Kapoor認(rèn)為chiplet的未來充滿希望。他指出，從性能、面積到產(chǎn)量、上市時(shí)間和制造，各方面都有利可圖，“只有通過multi-die集成才能實(shí)現(xiàn)?！?/p>

他解釋說，隨著“軟硬件的無縫設(shè)計(jì)，以及大量差異化IP的可用性以加快上市時(shí)間”，對(duì)全面EDA解決方案的需求預(yù)計(jì)將會(huì)增加。

雖然許多公司已經(jīng)在試驗(yàn)chiplet，但它們也提出了許多顯而易見的問題。

NXP的Cornyn提出，如何集成chiplet？Chiplet相比于三個(gè)單獨(dú)的處理器可以提供什么好處？應(yīng)該通過chiplet實(shí)現(xiàn)什么功能？他也在想，車廠將如何處理例如ADAS和信息娛樂等不同的生命周期，考慮到后者可能需要更頻繁的更換。Cornyn強(qiáng)調(diào)，“雖然關(guān)于chiplet的討論非常有趣，但你必須考慮這些事情?！?/p>

Chiplet的漫漫長(zhǎng)路

IMEC的Placklé表示，將chiplet看起來是最理想的，但“許多事必須發(fā)生才能將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)”。

對(duì)于Placklé來說，這里面涉及的大問題包括集成不同代工廠的chiplet，以及系統(tǒng)級(jí)的電源管理，如何保持軟件兼容性和管理生命周期，如何在chiplet中安全地加載固件，如何在所有級(jí)別上有冗余，以及誰承擔(dān)責(zé)任。

在向multi-die系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變過程中，Synopsys的Kapoor也看到了必須要解決的挑戰(zhàn)。

他列舉了其中的一些：“在端到端架構(gòu)設(shè)計(jì)和基于chiplet的系統(tǒng)性能中實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，全棧軟件開發(fā)和車規(guī)級(jí)負(fù)載的系統(tǒng)驗(yàn)證?！彼a(bǔ)充說，同樣重要的是“探索到實(shí)施和驗(yàn)收的硬件共同設(shè)計(jì)集成平臺(tái)，以及確保芯片的長(zhǎng)期可靠性?！备鶕?jù)Synopsys的說法，EDA工具將能夠在“整個(gè)車輛的生命周期和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析中”監(jiān)測(cè)chiplet的健康情況。

Tier1和OEM正在寄希望于chiplet，他們相信chiplet可以實(shí)現(xiàn)下一代具有差異化的車輛平臺(tái)。汽車行業(yè)的各方似乎都在為chiplet造勢(shì)。然而，可以擴(kuò)展的chiplet還在等待die-to-die接口和互操作性的通用標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)。