下一代汽車(chē)電子電氣架構(gòu)需要復(fù)雜的集中式計(jì)算單元來(lái)應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的功能需求。融合芯片（Fusion chips）和基于芯粒（chiplet-based）的設(shè)計(jì)是潛在的推動(dòng)因素。

軟件定義汽車(chē) (SDV) 的下一代電氣/電子 (E/E) 架構(gòu)正在向集中化發(fā)展。麥肯錫分析估計(jì)，到 2032 年，全球生產(chǎn)的所有汽車(chē)中 30% 將采用帶區(qū)域控制器的 E/E 架構(gòu)（圖 1）。對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)來(lái)說(shuō)，重要的是，這種轉(zhuǎn)變將需要集中的高性能計(jì)算單元。

在未來(lái)十年內(nèi)，汽車(chē)微元件和邏輯半導(dǎo)體市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在 2032 年增長(zhǎng)到 600 億美元。預(yù)計(jì)整個(gè)汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)將在同一時(shí)期內(nèi)從 600 億美元增長(zhǎng)到 1400 億美元。其 10% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率超過(guò)了半導(dǎo)體市場(chǎng)的所有其他垂直市場(chǎng)。

集中式高性能計(jì)算單元通常為高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 或未來(lái)的自動(dòng)駕駛 (AD) 提供功能，以及信息娛樂(lè)和車(chē)輛運(yùn)動(dòng)任務(wù)。兩種原型——獨(dú)立的、特定領(lǐng)域的計(jì)算單元和跨領(lǐng)域的中央計(jì)算單元——將主導(dǎo)下一代 E/E 架構(gòu)（圖 2）。根據(jù)這種性質(zhì)，OEM 和一級(jí)供應(yīng)商可以通過(guò)不同的方式實(shí)現(xiàn)集中式計(jì)算單元，例如通過(guò)基于機(jī)架的設(shè)置、帶有多個(gè)芯片的印刷電路板 (PCB) 或用于多個(gè)域的融合芯片。

在所有情況下，選擇最高效的底層片上系統(tǒng) (SoC) 或系統(tǒng)級(jí)封裝 (SiP) 至關(guān)重要，原因如下：

首先，SoC 和 SiP 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛汽車(chē)所需的基本計(jì)算（例如，通過(guò)實(shí)現(xiàn)識(shí)別其他車(chē)輛和交通參與者的感知功能），此外還提供尖端的信息娛樂(lè)服務(wù)并支持生成式人工智能 (gen AI) 用例（例如，用于車(chē)載助手）。

其次，SoC 和 SiP 是成本的主要驅(qū)動(dòng)因素，并且極大地影響了整體物料清單 (BOM)。最后，它們的功耗可能在確保車(chē)輛節(jié)能運(yùn)行方面發(fā)揮作用，這對(duì)于向電池電動(dòng)汽車(chē) (BEV) 的過(guò)渡尤為重要。

因此，汽車(chē) OEM 高度投入，不斷提高計(jì)算能力和效率。于是，ADAS/AD 和信息娛樂(lè)領(lǐng)域的兩個(gè)新興趨勢(shì)在即將到來(lái)的 E/E 架構(gòu)的概念階段獲得了關(guān)注：融合芯片和基于芯粒的芯片設(shè)計(jì)。

本文將討論融合芯片和基于芯粒的芯片設(shè)計(jì)作為未來(lái) E/E 架構(gòu)中集中計(jì)算的推動(dòng)因素，并討論為什么它們成為首席技術(shù)官在制定有關(guān)集中計(jì)算的戰(zhàn)略決策時(shí)的重要因素。

通過(guò)融合芯片推進(jìn) ADAS/AD 和信息娛樂(lè)領(lǐng)域的集中計(jì)算

融合芯片可能被視為提高 SDV 功能和計(jì)算整合度的合理下一步。也就是說(shuō)，融合芯片將信息娛樂(lè)和 ADAS/AD 的功能合并到一塊硅片上，形成一個(gè)單一的“融合”芯片。

乍一看，這種整合的技術(shù)要求似乎很合理。如今，ADAS/AD 和信息娛樂(lè)領(lǐng)域都需要最先進(jìn)的多核中央處理器 (CPU)、圖形處理器 (GPU)、AI 加速器和數(shù)字信號(hào)處理器，并且這兩個(gè)領(lǐng)域都旨在以非常小的節(jié)點(diǎn)尺寸（即小于 10 納米）實(shí)現(xiàn)，以提高計(jì)算能力和能效。同時(shí)，這種整合的幾個(gè)方面揭示了這兩個(gè)領(lǐng)域的不同之處：

雖然信息娛樂(lè)領(lǐng)域有一些與功能安全相關(guān)的應(yīng)用（例如，支持駕駛艙集群），但在 ADAS/AD 領(lǐng)域，對(duì)汽車(chē)安全完整性等級(jí) B (ASIL-B) 和 ASIL-D 功能安全合規(guī)性的需求更為明顯，因?yàn)樵擃I(lǐng)域必須執(zhí)行許多實(shí)時(shí)關(guān)鍵功能（例如，執(zhí)行器控制任務(wù)）。純基于安全島的方法在這里可能不夠，因?yàn)樾畔蕵?lè)通常采用這種方法。

在 ADAS/AD 領(lǐng)域，對(duì)硬件/軟件 (HW/SW) 進(jìn)行緊密協(xié)同設(shè)計(jì)的需求尤為明顯，以便為實(shí)現(xiàn)感知元素的特定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（例如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和變壓器）優(yōu)化計(jì)算硬件（例如 AI 加速器）。

在過(guò)去的兩年中，盡管融合芯片設(shè)計(jì)面臨著諸多挑戰(zhàn)，但無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體廠商和新進(jìn)入者已經(jīng)將這一理論想法變成了現(xiàn)實(shí)。此外，幾家一級(jí)供應(yīng)商已經(jīng)展示了使用融合芯片的計(jì)算單元設(shè)計(jì)，并在 SDV 環(huán)境下宣揚(yáng)其優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)使用融合芯片，OEM 可以減少物理計(jì)算單元的總數(shù)，并進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算邏輯的整體集成和整合。例如，這種方法對(duì)于在整個(gè)車(chē)輛生命周期內(nèi)促進(jìn)無(wú)線 (OTA) 更新至關(guān)重要，這是 SDV 的關(guān)鍵推動(dòng)因素。此外，OEM 可以簡(jiǎn)化信息娛樂(lè)和 ADAS/AD 領(lǐng)域的工具鏈和開(kāi)發(fā)框架，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看具有預(yù)期的成本優(yōu)勢(shì)。