Chiplet，汽車“芯”風(fēng)向

導(dǎo)語(yǔ)：英特爾公司正式宣布，將推出一系列AI增強(qiáng)的汽車芯片，首家量產(chǎn)搭載車企將是來(lái)自中國(guó)的極氪。

異構(gòu)集成、高速互聯(lián)、算力靈活可擴(kuò)展正在成為新一輪汽車芯片競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。尤其是隨著以ChatGPT為代表的大數(shù)據(jù)、大模型產(chǎn)品在車端的落地，對(duì)于芯片的要求還在持續(xù)提升。

本周，12家日本汽車制造商（包括豐田、日產(chǎn)、本田等）、零部件制造商和半導(dǎo)體公司組成了先進(jìn)汽車芯片研發(fā)聯(lián)盟，重點(diǎn)是利用Chiplet（小芯片）技術(shù)開(kāi)發(fā)下一代汽車SoC。

根據(jù)該聯(lián)盟的介紹，Chiplet技術(shù)的優(yōu)勢(shì)包括效率高、適應(yīng)多種功能、提高生產(chǎn)過(guò)程中的良率、能夠及時(shí)滿足汽車制造商的性能和功能要求。

而在上周結(jié)束的2024CES展上，英特爾公司正式宣布，將推出一系列AI增強(qiáng)的汽車芯片，首家量產(chǎn)搭載車企將是來(lái)自中國(guó)的極氪。

這款芯片的特點(diǎn)就是CPU+NPU+GPU的異構(gòu)架構(gòu)作為算力基座，并支持將第三方小芯片集成到SoC。為此，英特爾還宣布將于imec合作，以確保Chiplet封裝技術(shù)滿足車規(guī)級(jí)的嚴(yán)格質(zhì)量和可靠性要求。

眾所周知，芯片不同的制程工藝在一定程度上決定了硬件性能的上限。比如，與10nm工藝相比，7nm工藝性能提升20%，能效提升40%，晶體管密度提升到1.6倍，實(shí)現(xiàn)性能與能效的雙重提升。

然而，隨著先進(jìn)制程逐步迭代到5nm、3nm甚至是2nm，摩爾定律（單位平方英寸上晶體管的數(shù)量，每隔18～24個(gè)月就將翻一番）逐漸趨緩，先進(jìn)制程的開(kāi)發(fā)成本及難度提升。

半導(dǎo)體行業(yè)的共識(shí)是，先進(jìn)制程的流片費(fèi)用越來(lái)越高昂，流片成功率也變得越來(lái)越低；同時(shí)，芯片良品率也開(kāi)始大幅下降。

與此同時(shí)，頭部車企對(duì)于芯片的要求，正在出現(xiàn)差異化。由于各家車型的定位不同，導(dǎo)致目前市面上的通用芯片難以滿足個(gè)性化的需求。

此前，地平線宣布開(kāi)放BPU IP授權(quán)，支持車企實(shí)現(xiàn)SoC自研，也是在這一趨勢(shì)下的產(chǎn)物?！暗仄骄€不可能做出一款芯片能夠適配任何場(chǎng)景，也不可能設(shè)計(jì)一堆的芯片去覆蓋所有場(chǎng)景?！?/p>

“基于Chiplet技術(shù)，客戶可以靈活配置第三方IP（基于不同工藝）?！庇绕涫瞧囍悄芑男枨蟛粩噌尫?，未來(lái)異構(gòu)集成（比如，X86、Arm和RISC-V同時(shí)并存）的模式，或許會(huì)成為市場(chǎng)主流。

而一組數(shù)據(jù)顯示，在Chiplet的系統(tǒng)級(jí)架構(gòu)設(shè)計(jì)下，通過(guò)2.5D/3D堆疊等先進(jìn)封裝技術(shù)，使用10nm工藝制造出來(lái)的芯片可以達(dá)到7nm芯片的集成度，同時(shí)研發(fā)投入和一次性生產(chǎn)投入則比7nm芯片的投入要少的多。

此外，模塊化的芯?？梢詼p少重復(fù)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證環(huán)節(jié)，降低芯片的設(shè)計(jì)復(fù)雜度和研發(fā)成本，加快產(chǎn)品的迭代速度。同時(shí)，降低對(duì)先進(jìn)工藝制程的依賴，對(duì)于車載應(yīng)用市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，本身也是一種降本策略。

有意思的是，戈登·摩爾（Gordon Moore）在1965年發(fā)表的白皮書(shū)《集成電路塞滿更多組件》中預(yù)言了這一天的到來(lái)，“隨著芯片密度和復(fù)雜性的提高，最終用較小的功能構(gòu)建大型系統(tǒng)可能會(huì)更經(jīng)濟(jì)，這些功能被單獨(dú)封裝并相互連接。”

“為應(yīng)對(duì)摩爾定律發(fā)展趨緩的局面，必須開(kāi)發(fā)小芯片和異構(gòu)計(jì)算。“站在英偉達(dá)的角度，這家已經(jīng)在自動(dòng)駕駛賽道占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)的芯片巨頭，同樣覬覦市場(chǎng)規(guī)模巨大的跨域市場(chǎng)。

目前，英偉達(dá)的NVIDIA NVLink-C2C，也是一種超高速的芯片到芯片、裸片到裸片的互連技術(shù)，支持定制裸片與NVIDIA GPU、CPU、DPU、NIC和SOC之間實(shí)現(xiàn)一致的互連。

此前，該公司推出的DRIVE Thor（單顆芯片算力達(dá)到2000TFLOPS），就可以通過(guò)多顆芯片的NVLink-C2C互連來(lái)支持多域計(jì)算，以分離自動(dòng)駕駛等關(guān)鍵安全功能和信息娛樂(lè)等功能的處理。

此外，去年，英偉達(dá)與聯(lián)發(fā)科宣布，雙方將共同為新一代智能汽車提供解決方案，合作的首款芯片鎖定智能座艙，預(yù)計(jì)2025年問(wèn)世，并在2026年至2027年投入量產(chǎn)。

在這款芯片設(shè)計(jì)上，聯(lián)發(fā)科將開(kāi)發(fā)集成英偉達(dá)GPU芯粒的SoC，搭載NVIDIA AI和圖形計(jì)算IP，同樣基于chiplet實(shí)現(xiàn)主芯片與GPU芯粒間高速互連。

引用行業(yè)人士的話來(lái)說(shuō)，就是，“基于Chiplet技術(shù)的芯片架構(gòu)，能最大化滿足客戶的定制化SoC需求，并為系統(tǒng)架構(gòu)師提供了更高的設(shè)計(jì)自由度，為系列產(chǎn)品提供多種平臺(tái)變體?！?/p>

而作為全球首家利用Chiplet技術(shù)研發(fā)車載算力芯片的企業(yè)，芯礪智能于2021年正式成立。針對(duì)車載芯片的特殊應(yīng)用需求，芯礪智能開(kāi)創(chuàng)了獨(dú)家車規(guī)級(jí)Chiplet Die-to-Die互連技術(shù)。

本周，該公司對(duì)外宣布，全自研Chiplet Die-to-Die互連IP（以下稱CL-Link）芯片一次性流片成功并順利點(diǎn)亮；此前，該技術(shù)已經(jīng)獲得全球首個(gè)車規(guī)級(jí)ISO 26262 ASIL-D Ready認(rèn)證。

CL-Link通過(guò)一種用于片間互連的總線流水線結(jié)構(gòu)，做到了以較小位寬來(lái)實(shí)現(xiàn)片間高帶寬及低延遲的互連，每條信號(hào)速率高達(dá)16Gbps，其總線到總線的延時(shí)小于5ns，和片內(nèi)總線延遲在同一量級(jí)。

同時(shí)，與目前市面上主流的Chiplet技術(shù)主要依靠先進(jìn)封裝（對(duì)成本、可靠性、功能安全及供應(yīng)鏈安全等挑戰(zhàn)較大）不同，基于傳統(tǒng)封裝的CL-Link技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高良率及更低成本。

這意味著，中國(guó)企業(yè)首次在車規(guī)級(jí)賽道實(shí)現(xiàn)Chiplet技術(shù)的創(chuàng)新突圍，也在一定程度上可以幫助更多的中國(guó)芯片企業(yè)實(shí)現(xiàn)“合縱連橫”。更關(guān)鍵的是，這項(xiàng)技術(shù)可利用相對(duì)成熟的半導(dǎo)體制造和封裝技術(shù)，突破對(duì)先進(jìn)工藝的依賴。

比如，Chiplet允許使用不同的制程制造異構(gòu)SoC，例如，高性能模塊采用7nm，其他模塊只需要14nm或28nm就可以做到性能最大化，使系統(tǒng)整體的功能密度非常接近于7nm的集成。

在芯礪智能看來(lái)，在后摩爾時(shí)代，Chiplet技術(shù)是大算力平臺(tái)芯片目前最具前景和可實(shí)現(xiàn)性的突破性技術(shù)路徑，并且可以應(yīng)對(duì)未來(lái)智能汽車E/E架構(gòu)走向跨域融合、中央計(jì)算平臺(tái)的趨勢(shì)。

“單一域控制器內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算能力，將無(wú)法處理未來(lái)ADAS、通信和娛樂(lè)功能帶來(lái)的工作負(fù)載，尤其是不斷的OTA帶來(lái)的挑戰(zhàn)。”在imec公司看來(lái)，Chiplet帶來(lái)的最大效應(yīng)就是降本增效。

比如，小芯片的開(kāi)發(fā)成本，大概是大芯片的60%；尤其是軟件定義汽車概念的逐步落地，不同的算法對(duì)于SoC的不同IP核，有著不同的要求。這意味著，為特定任務(wù)部署高性能計(jì)算，有了更靈活的方式。

同時(shí)，隨著汽車行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日益白熱化，新車上市周期的大幅度縮短，這意味著，車企需要更加靈活的算力平臺(tái)，甚至是硬件可插拔的升級(jí)方案。

“Chiplet概念帶來(lái)的另一大革新，就是硬件升級(jí)可以做到類似搭樂(lè)高積木一樣的簡(jiǎn)單?！痹谛袠I(yè)人士看來(lái)，這是對(duì)汽車芯片未來(lái)格局的洗牌和整合信號(hào)。

而就在兩年前，Intel、AMD、ARM、臺(tái)積電等行業(yè)巨頭一起發(fā)布了新的芯片級(jí)別互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)UCIe，希望解決chiplet行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。這些企業(yè)的大部分，掌控者汽車芯片產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)。

這些傳統(tǒng)巨頭的目標(biāo)是，創(chuàng)建一個(gè)開(kāi)放的生態(tài)系統(tǒng)，使不同廠商在不同工藝技術(shù)上設(shè)計(jì)和制造的芯片與先進(jìn)的封裝技術(shù)集成在一起可以實(shí)現(xiàn)有效協(xié)同。但背后的實(shí)質(zhì)，是繼續(xù)壟斷市場(chǎng)。

而按照芯礪智能的說(shuō)法，未來(lái)車規(guī)級(jí)高算力可擴(kuò)展（200-2000Tops）SoC定制化設(shè)計(jì)將不再是成本難題?！昂竽枙r(shí)代異構(gòu)集成，對(duì)于行業(yè)來(lái)說(shuō)，將是一種普惠方案。”