芯粒技术对汽车行业的重要性

作者：Arm 汽车事业部产品与解决方案副总裁 Suraj Gajendra；imec 汽车技术副总裁 Bart Placklé

在向新一代复杂的软件定义汽车 (SDV) 转变的过程中，汽车行业正在经历深刻的变革，促使大量的车载电子组件整合至更少数量的高性能计算元件。与此同时，汽车技术的快速演进也带来了一个愈发棘手的难题：如何以一种节省资源且更具成本效益的方式提供所需的算力？

传统的单片半导体设计正接近自身极限。对自动驾驶、沉浸式信息娱乐和互联增强的需求，正在将传统芯片架构推向一个转折点。

幸运的是，芯粒技术有助于应对此类挑战。在汽车行业中，芯粒已经成为一项关键技术，可在实现创新的车用系统级芯片 (SoC) 设计的同时，增强计算的可扩展性和灵活性。

芯粒技术对汽车行业的重要性

汽车行业的领军者已经在积极投资新一代的汽车架构，有望从芯粒集成中受益。汽车行业近期的发展趋势也起到了推动作用，其中包括：

集中式计算架构：行业正在朝向采用高性能计算单元的集中式架构过渡。算力的集中化使得在汽车应用中采用先进的芯粒架构成为可能。

人工智能 (AI) 的兴起：AI 决策对于自动驾驶变得愈发重要，芯粒使整车厂能够将创新周期独立开来，以确保自身的平台能够适应未来的发展。

性能扩展：随着汽车集成了更多的先进功能，其对更高算力的需求也持续激增。芯粒技术通过集成专用处理单元，有效推动了性能扩展，无需对整个系统进行重新设计。

推进标准化：包括 Arm 芯粒系统架构 (Chiplet System Architecture, CSA) 和 imec 的汽车芯粒计划 (Automotive Chiplet Program, ACP) 在内等行业倡议，正在为芯粒的互操作性设定新的基准。标准化接口将是确保广泛普及和降低集成复杂性的关键。

与此同时，依赖单片芯片的传统系统往往在满足日益增长的算力、可扩展性和效率方面难以为继，所面临的主要挑战包括：

系统的日益复杂：随着汽车日渐朝着软件驱动方向发展，传统的半导体架构无法支持当前对实时数据处理和 AI 决策等日益增长的需求。

制造上的瓶颈：摩尔定律的放缓让使用传统 SoC 来扩展性能变得更加昂贵和困难。

可靠性的疑虑：对于任务关键型汽车应用而言，在单片设计中实现故障隔离和冗余将更具挑战性。

新的芯片构建方式

基础计算层面的灵活性能够推动整车厂不断创新，从而开发出随着技术进步而发展的定制化解决方案。Arm 在 2024 年三月宣布计划推出汽车计算子系统 (CSS)，意在通过增强的计算和集成能力来加速基于芯粒的设计构建过程。借助这种模块化方法，整车厂和芯片供应商可以定制和扩展自身的汽车技术，以满足特定市场的要求并适应不断变化的全球法规。

此外，芯粒也为生态系统提供了众多的 SoC 设计可能性。通过 Arm 汽车增强 (AE) 技术，Arm 使合作伙伴能够将多个可复用组件集成到更大的汽车系统中，充分展现了 Arm 计算平台的适应性和可扩展性。

imec 的汽车芯粒计划

“imec 汽车技术副总裁 Bart Placklé 表示：芯粒为汽车行业的发展提供了应对之道，具备打造创新型 SoC 架构所需的灵活性和可扩展性，可以满足新一代汽车日益增长的需求。”

芯粒技术的应用代表了车载中央计算机设计的一种颠覆性转变。但如果各家整车厂各行其道，那么在向基于芯粒的架构过渡的过程中，其成本之高可能会令人望而却步。为了促进汽车生态系统的协作并发挥芯粒技术的优势，imec 于 2024 年底启动了 ACP。该计划在行业中得到了广泛的关注，并获得包括 Arm、日月光集团、宝马集团、博世、Cadence、西门子、鴻軒科技、新思科技、Tenstorrent 和法雷奥等众多重要的汽车行业上下游领军企业的支持。

通过将半导体厂商、电子设计自动化 (EDA) 企业和一级供应商聚集在一起，ACP 计划正力求解决关键技术挑战，并探索芯粒在汽车应用中的实际用例。这一进展也标志着行业的范式转变，正在从以研究和探索为主的竞争前期迈入具体的实现阶段。而整车厂将在实现阶段开始着手实现基于芯粒技术的设计。

imec 推出的 ACP 计划通过整合汽车价值链中的资源和专业知识，为解决关键技术挑战和找到适用于高性能汽车计算的理想芯粒架构铺平了道路。接下来的任务将是根据 ACP 的进展情况开发基于芯粒的参考设计。此外，imec 在德国巴登-符腾堡州海尔布隆市的人工智能创新园区 (IPAI) 开启了“先进芯片设计加速器 (Advanced Chip Design Accelerator, ACDA) 项目”，将专注于开发尖端的芯粒技术、系统集成、封装和 AI 能力，旨在构建适用于竞争前的参考设计，以加快向芯粒过渡的进程并降低相关风险。

ACDA 将在加快汽车行业部署基于芯粒的解决方案中发挥关键作用，从而确保芯粒技术的顺利集成和加速采用，并降低整车厂的开发风险，缩短产品上市时间。

在此前于 Arm 总部英国剑桥举办的汽车芯粒论坛 (ACF)上，imec 宣布将有新成员加入 ACP 计划。这彰显了 ACP 和汽车行业芯粒技术迅猛发展的势头。该论坛吸引了来自汽车和半导体行业的 120 多名与会者参加，最终得出的核心启示是：行业需要迅速行动起来，加快芯粒技术的持续开发和部署。除了 ACP 之外，诸如 UCIe 和 CSA 等全行业标准，也将是芯粒在整个汽车行业实现规模化应用的关键。这些标准将成为 Arm 汽车 CSS 等新技术的基础，有助于加快芯粒的开发和部署。

今日的合作将造就未来的创新

汽车行业正处于根本性转型的前沿，而芯粒正是新时代的基石。芯粒将重新定义车辆的设计、定制和提升方式，整车厂也能得益于芯粒带来的基础灵活性，获得不受束缚的创新能力。

各方携手合作，方能在汽车行业推动芯粒的采用。如今借助 ACP 等计划和倡议形成的合作关系，势必会推动未来的创新，从而开发出更智能、更安全的汽车，并以此满足不断演进的驾乘体验。