BusinessKorea報(bào)道，電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛汽車需求快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)先進(jìn)高性能半導(dǎo)體產(chǎn)品需求激增，從傳統(tǒng)成熟制程轉(zhuǎn)向先進(jìn)制程，使車用電子的先進(jìn)制程競(jìng)爭(zhēng)愈劇烈。

韓國(guó)市場(chǎng)人士消息，車用半導(dǎo)體市場(chǎng)10納米以下先進(jìn)制程競(jìng)爭(zhēng)正在提升，目前車用電子市場(chǎng)開始轉(zhuǎn)向有處理運(yùn)算架構(gòu)（CPU）的高性能芯片，這種變化是借自動(dòng)駕駛和車內(nèi)娛樂(lè)等有電子設(shè)備車技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)，使市場(chǎng)對(duì)高效能半導(dǎo)體需求增加。

三星最近同意供應(yīng)現(xiàn)代汽車Exynos Auto V920娛樂(lè)芯片，采用5納米先進(jìn)制程，2025年供貨。三星表示Exynos Auto V920特點(diǎn)是快速有效控制高達(dá)6個(gè)高分辨率顯示器和12個(gè)鏡頭傳感器，提供車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)和駕駛信息，還有播放高畫質(zhì)多媒體內(nèi)容及玩游戲等。

晶圓代工龍頭臺(tái)積電最近宣布德國(guó)建設(shè)首座歐洲晶圓廠，并導(dǎo)入12納米和16納米制程。臺(tái)積電著眼點(diǎn)是生產(chǎn)提供先進(jìn)車用半導(dǎo)體，使歐洲車廠采購(gòu)到可靠的先進(jìn)制程半導(dǎo)體。

車載芯片真的需要先進(jìn)進(jìn)程嗎？

早前，聯(lián)發(fā)科方面宣告他們旗下采用3nm制程的“天璣車載平臺(tái)”，根據(jù)公開資料顯示，“天璣車載平臺(tái)”將采用3nm制程打造，它包含了用于驅(qū)動(dòng)8K、120Hz HDR屏幕的MiraVision顯示技術(shù)，能夠兼容“多個(gè)原生HDR攝像頭”的圖像信號(hào)處理單元，可以通過(guò)聯(lián)發(fā)科的APU技術(shù)為汽車提供一定程度的ADAS輔助駕駛功能，此外還能外掛聯(lián)網(wǎng)模塊，從而實(shí)現(xiàn)WiFi7、5G網(wǎng)絡(luò)、GPS，甚至是衛(wèi)星聯(lián)網(wǎng)能力。

其實(shí)目前關(guān)于這個(gè)平臺(tái)的資料還相當(dāng)欠缺，聯(lián)發(fā)科方面也并未公布具體架構(gòu)等方面的細(xì)節(jié)，因此大家也基本不用指望它能夠在短期內(nèi)上市。但即便如此，有個(gè)問(wèn)題也引發(fā)了我們的關(guān)注，那就是“在車載娛樂(lè)平臺(tái)用上3nm制程，真的有必要嗎？”

眾所周知，如今最積極追求先進(jìn)半導(dǎo)體制程的產(chǎn)品莫過(guò)于智能手機(jī)里的SoC。而這也是因?yàn)槭謾C(jī)受限于電池容量和產(chǎn)品形態(tài)，對(duì)于芯片的功耗、發(fā)熱都極為敏感，所以芯片的峰值功耗降低個(gè)一兩瓦，可能就意味著手機(jī)的續(xù)航能夠多出兩三個(gè)小時(shí)，打游戲時(shí)機(jī)身溫度能降低好幾度。

但是汽車可不是這樣的，無(wú)論油車還是新能源車，“車載娛樂(lè)系統(tǒng)”里那枚主控芯片的功耗高低，基本上都不太可能會(huì)對(duì)整車的續(xù)航帶來(lái)什么實(shí)質(zhì)性影響。

就更不要說(shuō)芯片發(fā)熱量的問(wèn)題了。要知道，許多車型的中控內(nèi)部都有大量熱管，甚至是風(fēng)扇進(jìn)行主動(dòng)散熱。別說(shuō)是幾瓦的低功耗芯片，就是塞個(gè)上百瓦的PC處理器進(jìn)去一樣也能穩(wěn)定運(yùn)行，幾乎不太可能存在散熱方面的瓶頸。

在這樣的背景下，說(shuō)得夸張一點(diǎn)的話，那就是手機(jī)上可能需要3nm制程才能“壓住”的SoC，換到車載平臺(tái)可能7nm、10nm，甚至14nm都完全夠用。而且眾所周知的是，越落后的制程雖然功耗和發(fā)熱會(huì)越大，但制造成本也會(huì)相應(yīng)的低不少。

那么在功耗、發(fā)熱不會(huì)夠成體驗(yàn)瓶頸的前提下，為什么車載娛樂(lè)系統(tǒng)的芯片不干脆去使用更老、更便宜的半導(dǎo)體制程生產(chǎn)呢？其實(shí)答案很簡(jiǎn)單，可能并非“不想”，而是確實(shí)“做不到”。

首先，現(xiàn)階段的許多車載娛樂(lè)平臺(tái)本身從技術(shù)“底子”上來(lái)說(shuō)，與手機(jī)、筆記本電腦里所使用的芯片存在著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。比如大家熟悉的高通驍龍SA8155、SA8195，其實(shí)都是“源自”移動(dòng)端SoC的設(shè)計(jì)。

而這些手機(jī)SoC里的核心部分、也就是它們的CPU，絕大多數(shù)都源自ARM的公版架構(gòu)方案。比如SA8155包含四個(gè)Cortex-A76核心和四個(gè)Cortex-A55核心，而這些Cortex核心在最初設(shè)計(jì)的時(shí)候，并沒(méi)有考慮車載平臺(tái)（高功耗、高發(fā)熱）的特性，所以它們從最“根源”的架構(gòu)上，就已經(jīng)注定要與相對(duì)先進(jìn)、省電，同時(shí)成本也更高的半導(dǎo)體制程綁定了。

這是什么概念呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，比如ARM尚未正式公布的下一代“超大核”Cortex-X4，它從一開始的架構(gòu)設(shè)計(jì)、電路特性可能全都是建立在“以3nm制程去打造”這個(gè)前提上。就算芯片廠商覺得3nm太貴、不需要這么低的功耗，那么能不能換成5nm或者7nm去把它造出來(lái)呢？大概率是不能的。因?yàn)锳RM很可能沒(méi)法提供“7nm Cortex-X4”的設(shè)計(jì)資料，如果非要生搬硬套去放大制程，那么極大可能會(huì)以失敗告終，芯片是生產(chǎn)不出來(lái)的。

換句話說(shuō)，只要高通、三星、聯(lián)發(fā)科這些芯片廠商，是基于“最新款移動(dòng)SoC架構(gòu)”去設(shè)計(jì)、制造他們的車載平臺(tái)，那么幾乎就注定了只能使用與“新款移動(dòng)SoC”相同的半導(dǎo)體制程。哪怕這種制程對(duì)于車載芯片來(lái)說(shuō)完全是浪費(fèi)、是徒增成本，也幾乎沒(méi)辦法避免。

Chiplet技術(shù)應(yīng)用爐火純青

目前，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)，芯片良品率也開始大幅下降。而相比于手機(jī)賽道，汽車行業(yè)正處于智能化加速提升的周期，對(duì)于芯片的性能要求被無(wú)限放大。

此外，以特斯拉為代表的車企自研芯片趨勢(shì)盛行，不同車企對(duì)于計(jì)算平臺(tái)的同質(zhì)化，仍然是有所顧忌。比如，在座艙領(lǐng)域，高通近乎壟斷的格局，也讓更多的車企和芯片廠商在思考替代方案。

一方面，對(duì)于芯片廠商來(lái)說(shuō)，繼續(xù)選擇單芯片、更先進(jìn)制程工藝，還是選擇Chipet（小芯粒高速互聯(lián)）方案，是一個(gè)戰(zhàn)略抉擇。目前來(lái)看，后者正在成為主流趨勢(shì)。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，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，模塊化的芯粒可以減少重復(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。

眾所周知，特斯拉在全球率先啟用AMD的座艙計(jì)算平臺(tái)方案（Ryzen APU和基于AMD RDNA 2架構(gòu)的GPU），后者便是Chiplet技術(shù)應(yīng)用的排頭兵，從2015年就開始布局相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品落地。

比如，在AMD的Ryzen 3000系列CPU上，每4個(gè)CPU核心組成一個(gè)CCX，兩個(gè)CCX構(gòu)成一個(gè)CCD——也就是一片die/chiplet。多個(gè)CCD，外加I/O die，就構(gòu)成了完整的芯片。

去年，AMD正式發(fā)布了采用RDNA 3架構(gòu)的新一代旗艦GPU，這是該公司首度在GPU產(chǎn)品中采用Chiplet技術(shù)，擁有多達(dá)580億個(gè)晶體管，每瓦特性能提升了54%，并且提供高達(dá)61TFLOP的算力。

而這只是第一步。

按照計(jì)劃，AMD將尋求在芯片設(shè)計(jì)方面更符合客戶喜好的產(chǎn)品，比如，基于Chiplet技術(shù)，客戶可以靈活配置第三方IP（基于不同工藝）。尤其是汽車智能化的需求不斷釋放，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。

看到這個(gè)機(jī)會(huì)的，還有英偉達(dá)。該公司此前推出的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。

借助先進(jìn)封裝技術(shù)，NVLink-C2C互連鏈路的能效最多可比PCIe Gen 5高出25倍，面積效率高出90倍，可實(shí)現(xiàn)每秒900GB乃至更高的一致互聯(lián)帶寬。

“為應(yīng)對(duì)摩爾定律發(fā)展趨緩的局面，必須開發(fā)小芯片和異構(gòu)計(jì)算?！罢驹谟ミ_(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)。

比如，英偉達(dá)去年正式亮相的“超級(jí)汽車芯片（DRIVE Thor）”，單顆芯片算力達(dá)到2000TFLOPS，并通過(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。

有意思的是，2024年量產(chǎn)、2025年上車的最新一代DRIVE Thor采用的是5nm制程，這一工藝早在2020年就已經(jīng)開始量產(chǎn)。而英偉達(dá)與聯(lián)發(fā)科的聯(lián)姻，更是將Chiplet進(jìn)一步推向舞臺(tái)中央。

5月29日，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)科將開發(fā)集成英偉達(dá)GPU芯粒的SoC，搭載NVIDIA AI和圖形計(jì)算IP，基于chiplet實(shí)現(xiàn)主芯片與GPU芯粒間高速互連。

而從車企端來(lái)看，一方面，定制化需求正在出現(xiàn)，車企越來(lái)越多開始與上游芯片設(shè)計(jì)公司進(jìn)行互動(dòng)，提出自己的明確需求。但后者，更多是通過(guò)提供工具鏈以及構(gòu)建Tier1生態(tài)伙伴圈，來(lái)協(xié)助車企加速系統(tǒng)開發(fā)。

同時(shí)，并不是所有的芯片廠商都可以像英偉達(dá)、高通那樣通過(guò)多個(gè)規(guī)?；膽?yīng)用市場(chǎng)來(lái)平攤高昂的先進(jìn)制程工藝芯片的研發(fā)成本。

另一方面，結(jié)合智能座艙以及智能駕駛輔助算力的快速增長(zhǎng)，算力預(yù)埋、生命周期內(nèi)OTA不斷升級(jí)的驅(qū)使下，市場(chǎng)迫切需要兼具大算力、高性價(jià)比、靈活可擴(kuò)展的車載芯片平臺(tái)。

在芯礪智能看來(lái)，芯粒（Chiplet）技術(shù)的出現(xiàn)，也意味著通過(guò)架構(gòu)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)算力跨越成為可能。而在高工智能汽車研究院看來(lái)，由于不同車企的產(chǎn)品定位差異，實(shí)際上對(duì)于芯片的性能要求并不相同。

但，現(xiàn)實(shí)情況是，市面上能拿到的芯片，都是標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。車企只能在功能定義、軟件算法層面進(jìn)行差異化的開發(fā)，同時(shí)，產(chǎn)品路線圖必須與芯片廠商保持一致。此外，為了拿到最新一代產(chǎn)品的首發(fā)，車企往往需要支付不菲的費(fèi)用。

這就給了Chiplet技術(shù)以及類似芯礪智能這樣的車載智能芯片平臺(tái)供應(yīng)商新的機(jī)會(huì)。在這種全新的芯片開發(fā)模式下，芯礪智能可以根據(jù)不同數(shù)量、種類的芯粒所組合而成的芯片，滿足市場(chǎng)和不同客戶對(duì)芯片算力的多樣化需求。

6月15日，芯礪智能自主研發(fā)的Die-to-Die Interconnect IP拿到了ISO 26262 ASIL-D Ready認(rèn)證證書，這意味著，該公司的IP滿足最高功能安全要求，可以應(yīng)用在安全性要求最高的車載場(chǎng)景。

而Chiplet技術(shù)的核心之一，就在于如何實(shí)現(xiàn)小芯粒間的高速互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)大帶寬下的多芯片算力合并，完成異構(gòu)復(fù)雜高性能SoC的高效集成。

同時(shí)，智能汽車電子架構(gòu)從分布式ECU到集中式多域控制器，再到未來(lái)的中央計(jì)算平臺(tái)（艙駕一體）演進(jìn)，Chiplet技術(shù)更是具備了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。


臺(tái)積電將是7nm以下工藝最大的受益者

臺(tái)積電是全球領(lǐng)先的芯片代工企業(yè)，早在2018年4月就實(shí)現(xiàn)7nm芯片的量產(chǎn)，2019年實(shí)現(xiàn)7nm EUV工藝，如今更是實(shí)現(xiàn)了3nm工藝的量產(chǎn)。市場(chǎng)占有率方面，臺(tái)積電更是當(dāng)仁不讓，60%的市占率讓對(duì)手瑟瑟發(fā)抖，排在第二的三星電子市場(chǎng)占有率為13%，中芯國(guó)際僅為5%。

此外，臺(tái)積電的制造水平更勝一籌，相同面積的晶圓上晶體管數(shù)量最多，良品率更高、漏電率更低。

根據(jù)最新數(shù)據(jù)，目前14款先進(jìn)工藝的汽車芯片中，有11款已采用或計(jì)劃采用臺(tái)積電代工，僅有3款選擇三星電子代工，而聯(lián)電、格芯、中芯國(guó)際連湯都喝不上。

2020年，臺(tái)積電推出了基于7nm汽車設(shè)計(jì)支持平臺(tái)（ADEP）。該平臺(tái)包攬了汽車芯片設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用、生態(tài)等全流程、多體系。

2022年三季度，臺(tái)積電推出5nm汽車芯片平臺(tái)“N5A”。該平臺(tái)針對(duì)汽車座艙和自動(dòng)駕駛，符合三大汽車工藝標(biāo)準(zhǔn)。

此外，臺(tái)積電還計(jì)劃在2024年業(yè)界第一款基于3nm的汽車芯片平臺(tái)——“N3AE”。

N3AE是在消費(fèi)級(jí)的N3E基礎(chǔ)上，進(jìn)行了改造和升級(jí)，計(jì)劃在2025年量產(chǎn)3nm汽車芯片。而作為第一個(gè)吃螃蟹的高通，仍然是第一批客戶，預(yù)計(jì)驍龍8755將是全球第一款3nm汽車芯片。

可以看出，“臺(tái)積電+高通”模式，將在汽車芯片領(lǐng)域刮起一陣風(fēng)，想要成功、想要盈利就只能站在風(fēng)口上。

臺(tái)積電不出意料地再次引領(lǐng)芯片革命，成為先進(jìn)汽車芯片的最大受益者。