汽车行业下一个流行趋势，chiplet？

尽管实际的chiplet还未在汽车行业出现，但车厂已经开始畅想着chiplet的美好未来了。这种对chiplet的狂热是否只是一厢情愿，或者它真的会最终会实现车厂一直想要的灵活、可扩展、差异化的汽车芯片？

应行业的强烈需求，国际研发机构IMEC（Interuniversity Microelectronics Centre）将于6月20日在比利时鲁汶举行全球首个以汽车为重点的chiplet活动。本次活动将邀请来自25家以上的公司的高管，包括Tier1、Tier2、OEM和工具供应商。被邀请的还有OSAT（outsourced semiconductor assembly and test）和代工厂。

Chiplet是一个小型IC，有明确定义的功能子集，理论上可以与封装中的其他chiplet结合。Chiplet的最大优势之一是能够实现“混搭”，与先进制程的定制化SoC相比成本更低。采用chiplet可以复用IP，实现异构集成。Chiplet可以在组装前进行测试，因此可能会提高最终设备的良率。

IMEC的车载业务VP Bart Placklé表示，“Chiplet是汽车行业重新获得架构控制权，并决定他们的产品如何扩展的唯一途径。”

最近MTK与Nvidia宣布合作，MTK将得到Nvidia用于AI和图形的chiplet，用于其汽车SoC平台。目前看来这是行业唯一的例子，但这也可能是一个趋势。

Chiplet背后的驱动力

汽车行业chiplet的热度在增加，原因有几个，都与OEM正在面临的巨变有关。

首先，E/E架构正在快速变化。分散式的单机ECU唱主角的日子已经成为过去。车厂们面临着多种选择，可以按功能（domain）或位置（zone）组合，或者两者并行。

其次，预计车厂将大幅增加算力。今天，一辆车的中央引擎包含多个大型SoC。车厂希望探索灵活的方式，将这些大型芯片中的不同功能进行分割或混搭。

第三，Nvidia的Drive Thor令人印象深刻。它集成了仪表、信息娱乐、自动驾驶和泊车功能。但这并不一定是OEM想要的。他们更喜欢根据从低端到高端车型的需求寻找可扩展的芯片解决方案。

第四，OEM并没有完全放弃自研芯片的志向。他们仍然想实现差异化并控制自己的命运，可能会在他们的预算范围内开发定制化的SoC。

Chiplet是更优解？

在上个月的IMEC技术论坛上，Bosch的董事会主席Stefan Hartung在演讲中表达了对chiplet的高度期待，他认为chiplet可以为汽车行业带来更好的选择。

Hartung认为chiplet是一种“定制”汽车SoC的方式，满足某些车厂的规格，同时“保持规模”。

Bosch对汽车行业的困境了如指掌。Bosch一直向OEM供应PCB，但也深深地意识到其局限性。包括有限的带宽、复杂性和大小。Hartung说：“我们不能无限制地制造这些PCB，因为我们需要保持一定的大小。我们也无法从这些PCB中获得理想的性能。”

他指出，这些限制在于制造，因为更先进的制程成本很高。Bosch还要应对巨大的R&D开支和难以管理的上市时间。博世的高管说，这是“一个相当昂贵的选择”。

总的来说，设计一个大型标准化的高性能SoC可能是一次愚蠢的尝试。Hartung说：“你可以为你自己的车辆定制SoC。但作为一家制造商，你没有足够的量来保证投入产出比是合理的。毕竟，整个汽车行业每年只能卖出8000万台。”

车厂自研芯片的雄心

Hartung的分析引发了一个问题，OEM是否仍然执着于效法Tesla自研SoC？

TechInsights的车载VP Ian Riches表示，新冠和芯片荒基本上扼杀了对这种概念的最初热情。他说车厂更担心供应链问题。

Synopsys技术市场营销总监Stewart Williams表示，车厂还没决定他们想要什么样的车辆架构，以及是否要自研SoC。

Williams承认，就在两年前，自研SoC的想法还非常流行。自研SoC虽然有好处，但对于车厂来说，证明投资回报是非常困难的。

但还有希望。Williams提出了一种multi-die的方法，类似于混合解决方案。这种选项为OEM提供了混搭不同die和功能的可能性，然后将它们封装成一个解决方案。

高算力SoC的神话

Nvidia可能会鼓吹自己的高算力SoC是车载中央大脑的终极解决方案。但这真的是车厂想要的吗？

根据S&P Global Mobility的汽车传感器高级分析师Richard Dixon的说法，这个想法还太新，无法判断。“我们今天知道的唯一案例是，吉利将在2025年初生产的车型中使用Nvidia Drive Thor。”

NXP的SVP兼总经理Ray Cornyn表示，如果你今天打开任何一辆车的中央计算引擎盒子，你可能会发现有两个、三个甚至更多的SoC。他解释说，一个典型的中央盒子有“三个不同的处理器，可能是一个信息娱乐系统，一个数据处理器，然后是一个实时通信处理器，共享由一个中央计算引擎包提供的冷却系统。

Dixon赞同这个观点。组合方式因车厂的策略而异。可能有一个座舱SoC和一个ADAS SoC，或者一个L2芯片执行座舱和诸如自然语言识别等AI任务。沃尔沃的中央引擎包括ADAS、车辆控制和信息娱乐。

Dixon解释说：“对于沃尔沃来说，车辆数据意味着诸如动力系统控制、底盘控制和运动控制等任务。而这三个任务都是车辆级的操作，不需要大量的数据，但需要以高速和低延迟运行。而且它们必须要实现功能安全。为了实现总体安全，车辆级操作与自动驾驶有很多互动。因此，它们能够从紧凑的集成中受益。”

Dixon总结说：今天的中央计算机“只是几个大型ECU的集合。”

Dixon解释说：“现在，我们正在朝域控制器架构转变。例如，一个大的座舱域控基本上就是移除了一些ECU。同理，然后你有了自动驾驶域控。最后，你可以想象一种情况，你将这两个ECU盒子集成到一个盒子中，但你保持里面的东西是分开的。”这种明显的集成方法目的是降本，与Tier1追求的集成路径差别不大。

这种在车辆平台上需要的多样性，以及大量的组合ECU，是汽车行业推动chiplet的原因之一。

Chiplet如何实现？

尽管车厂在继续整合ECU，但NXP的Cornyn承认chiplet是“未来的一种选择”。

Synopsys EDA Group的高级产品线总监Shekhar Kapoor更进一步。他称基于chiplet的设计对汽车行业来说是“日益必要的”。

新兴的multi-die系统并非空想。Kapoor认为chiplet的未来充满希望。他指出，从性能、面积到产量、上市时间和制造，各方面都有利可图，“只有通过multi-die集成才能实现。”

他解释说，随着“软硬件的无缝设计，以及大量差异化IP的可用性以加快上市时间”，对全面EDA解决方案的需求预计将会增加。

虽然许多公司已经在试验chiplet，但它们也提出了许多显而易见的问题。

NXP的Cornyn提出，如何集成chiplet？Chiplet相比于三个单独的处理器可以提供什么好处？应该通过chiplet实现什么功能？他也在想，车厂将如何处理例如ADAS和信息娱乐等不同的生命周期，考虑到后者可能需要更频繁的更换。Cornyn强调，“虽然关于chiplet的讨论非常有趣，但你必须考虑这些事情。”

Chiplet的漫漫长路

IMEC的Placklé表示，将chiplet看起来是最理想的，但“许多事必须发生才能将其变为现实”。

对于Placklé来说，这里面涉及的大问题包括集成不同代工厂的chiplet，以及系统级的电源管理，如何保持软件兼容性和管理生命周期，如何在chiplet中安全地加载固件，如何在所有级别上有冗余，以及谁承担责任。

在向multi-die系统的转变过程中，Synopsys的Kapoor也看到了必须要解决的挑战。

他列举了其中的一些：“在端到端架构设计和基于chiplet的系统性能中实现最优，全栈软件开发和车规级负载的系统验证。”他补充说，同样重要的是“探索到实施和验收的硬件共同设计集成平台，以及确保芯片的长期可靠性。”根据Synopsys的说法，EDA工具将能够在“整个车辆的生命周期和现场数据分析中”监测chiplet的健康情况。

Tier1和OEM正在寄希望于chiplet，他们相信chiplet可以实现下一代具有差异化的车辆平台。汽车行业的各方似乎都在为chiplet造势。然而，可以扩展的chiplet还在等待die-to-die接口和互操作性的通用标准出现。