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汽车大芯片,巨变前夜


  来源: 半导体行业观察 时间:2024-06-25 作者:浅浅
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下一代汽车电子电气架构需要复杂的集中式计算单元来应对日益增长的功能需求。融合芯片(Fusion chips)和基于芯粒(chiplet-based)的设计是潜在的推动因素。


软件定义汽车 (SDV) 的下一代电气/电子 (E/E) 架构正在向集中化发展。麦肯锡分析估计,到 2032 年,全球生产的所有汽车中 30% 将采用带区域控制器的 E/E 架构(图 1)。对于半导体行业来说,重要的是,这种转变将需要集中的高性能计算单元。


在未来十年内,汽车微元件和逻辑半导体市场预计将在 2032 年增长到 600 亿美元。预计整个汽车半导体市场将在同一时期内从 600 亿美元增长到 1400 亿美元。其 10% 的复合年增长率超过了半导体市场的所有其他垂直市场。




集中式高性能计算单元通常为高级驾驶辅助系统 (ADAS) 或未来的自动驾驶 (AD) 提供功能,以及信息娱乐和车辆运动任务。两种原型——独立的、特定领域的计算单元和跨领域的中央计算单元——将主导下一代 E/E 架构(图 2)。根据这种性质,OEM 和一级供应商可以通过不同的方式实现集中式计算单元,例如通过基于机架的设置、带有多个芯片的印刷电路板 (PCB) 或用于多个域的融合芯片。




在所有情况下,选择最高效的底层片上系统 (SoC) 或系统级封装 (SiP) 至关重要,原因如下:


首先,SoC 和 SiP 实现了自动驾驶汽车所需的基本计算(例如,通过实现识别其他车辆和交通参与者的感知功能),此外还提供尖端的信息娱乐服务并支持生成式人工智能 (gen AI) 用例(例如,用于车载助手)。


其次,SoC 和 SiP 是成本的主要驱动因素,并且极大地影响了整体物料清单 (BOM)。最后,它们的功耗可能在确保车辆节能运行方面发挥作用,这对于向电池电动汽车 (BEV) 的过渡尤为重要。


因此,汽车 OEM 高度投入,不断提高计算能力和效率。于是,ADAS/AD 和信息娱乐领域的两个新兴趋势在即将到来的 E/E 架构的概念阶段获得了关注:融合芯片和基于芯粒的芯片设计。


本文将讨论融合芯片和基于芯粒的芯片设计作为未来 E/E 架构中集中计算的推动因素,并讨论为什么它们成为首席技术官在制定有关集中计算的战略决策时的重要因素。


通过融合芯片推进 ADAS/AD 和信息娱乐领域的集中计算


融合芯片可能被视为提高 SDV 功能和计算整合度的合理下一步。也就是说,融合芯片将信息娱乐和 ADAS/AD 的功能合并到一块硅片上,形成一个单一的“融合”芯片。


乍一看,这种整合的技术要求似乎很合理。如今,ADAS/AD 和信息娱乐领域都需要最先进的多核中央处理器 (CPU)、图形处理器 (GPU)、AI 加速器和数字信号处理器,并且这两个领域都旨在以非常小的节点尺寸(即小于 10 纳米)实现,以提高计算能力和能效。同时,这种整合的几个方面揭示了这两个领域的不同之处:


虽然信息娱乐领域有一些与功能安全相关的应用(例如,支持驾驶舱集群),但在 ADAS/AD 领域,对汽车安全完整性等级 B (ASIL-B) 和 ASIL-D 功能安全合规性的需求更为明显,因为该领域必须执行许多实时关键功能(例如,执行器控制任务)。纯基于安全岛的方法在这里可能不够,因为信息娱乐通常采用这种方法。


在 ADAS/AD 领域,对硬件/软件 (HW/SW) 进行紧密协同设计的需求尤为明显,以便为实现感知元素的特定神经网络架构(例如卷积神经网络和变压器)优化计算硬件(例如 AI 加速器)。


在过去的两年中,尽管融合芯片设计面临着诸多挑战,但无晶圆厂半导体厂商和新进入者已经将这一理论想法变成了现实。此外,几家一级供应商已经展示了使用融合芯片的计算单元设计,并在 SDV 环境下宣扬其优势。


通过使用融合芯片,OEM 可以减少物理计算单元的总数,并进一步简化计算逻辑的整体集成和整合。例如,这种方法对于在整个车辆生命周期内促进无线 (OTA) 更新至关重要,这是 SDV 的关键推动因素。此外,OEM 可以简化信息娱乐和 ADAS/AD 领域的工具链和开发框架,从长远来看具有预期的成本优势。


关键词:芯片,汽车半导体,人工智能    浏览量:1753

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