下一代汽車電子電氣架構(gòu)需要復(fù)雜的集中式計算單元來應(yīng)對日益增長的功能需求。融合芯片(Fusion chips)和基于芯粒(chiplet-based)的設(shè)計是潛在的推動因素。
軟件定義汽車 (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,到 2032 年,全球生產(chǎn)的所有汽車中 30% 將采用帶區(qū)域控制器的 E/E 架構(gòu)(圖 1)。對于半導(dǎo)體行業(yè)來說,重要的是,這種轉(zhuǎn)變將需要集中的高性能計算單元。
在未來十年內(nèi),汽車微元件和邏輯半導(dǎo)體市場預(yù)計將在 2032 年增長到 600 億美元。預(yù)計整個汽車半導(dǎo)體市場將在同一時期內(nèi)從 600 億美元增長到 1400 億美元。其 10% 的復(fù)合年增長率超過了半導(dǎo)體市場的所有其他垂直市場。
集中式高性能計算單元通常為高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 或未來的自動駕駛 (AD) 提供功能,以及信息娛樂和車輛運動任務(wù)。兩種原型——獨立的、特定領(lǐng)域的計算單元和跨領(lǐng)域的中央計算單元——將主導(dǎo)下一代 E/E 架構(gòu)(圖 2)。根據(jù)這種性質(zhì),OEM 和一級供應(yīng)商可以通過不同的方式實現(xiàn)集中式計算單元,例如通過基于機架的設(shè)置、帶有多個芯片的印刷電路板 (PCB) 或用于多個域的融合芯片。
在所有情況下,選擇最高效的底層片上系統(tǒng) (SoC) 或系統(tǒng)級封裝 (SiP) 至關(guān)重要,原因如下:
首先,SoC 和 SiP 實現(xiàn)了自動駕駛汽車所需的基本計算(例如,通過實現(xiàn)識別其他車輛和交通參與者的感知功能),此外還提供尖端的信息娛樂服務(wù)并支持生成式人工智能 (gen AI) 用例(例如,用于車載助手)。
其次,SoC 和 SiP 是成本的主要驅(qū)動因素,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輛節(jié)能運行方面發(fā)揮作用,這對于向電池電動汽車 (BEV) 的過渡尤為重要。
因此,汽車 OEM 高度投入,不斷提高計算能力和效率。于是,ADAS/AD 和信息娛樂領(lǐng)域的兩個新興趨勢在即將到來的 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。
本文將討論融合芯片和基于芯粒的芯片設(shè)計作為未來 E/E 架構(gòu)中集中計算的推動因素,并討論為什么它們成為首席技術(shù)官在制定有關(guān)集中計算的戰(zhàn)略決策時的重要因素。
通過融合芯片推進 ADAS/AD 和信息娛樂領(lǐng)域的集中計算
融合芯片可能被視為提高 SDV 功能和計算整合度的合理下一步。也就是說,融合芯片將信息娛樂和 ADAS/AD 的功能合并到一塊硅片上,形成一個單一的“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 和信息娛樂領(lǐng)域都需要最先進的多核中央處理器 (CPU)、圖形處理器 (GPU)、AI 加速器和數(shù)字信號處理器,并且這兩個領(lǐng)域都旨在以非常小的節(jié)點尺寸(即小于 10 納米)實現(xiàn),以提高計算能力和能效。同時,這種整合的幾個方面揭示了這兩個領(lǐng)域的不同之處:
雖然信息娛樂領(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,對汽車安全完整性等級 B (ASIL-B) 和 ASIL-D 功能安全合規(guī)性的需求更為明顯,因為該領(lǐng)域必須執(zhí)行許多實時關(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,因為信息娛樂通常采用這種方法。
在 ADAS/AD 領(lǐng)域,對硬件/軟件 (HW/SW) 進行緊密協(xié)同設(shè)計的需求尤為明顯,以便為實現(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)化計算硬件(例如 AI 加速器)。
在過去的兩年中,盡管融合芯片設(shè)計面臨著諸多挑戰(zhàn),但無晶圓廠半導(dǎo)體廠商和新進入者已經(jīng)將這一理論想法變成了現(xiàn)實。此外,幾家一級供應(yīng)商已經(jīng)展示了使用融合芯片的計算單元設(shè)計,并在 SDV 環(huán)境下宣揚其優(yōu)勢。
通過使用融合芯片,OEM 可以減少物理計算單元的總數(shù),并進一步簡化計算邏輯的整體集成和整合。例如,這種方法對于在整個車輛生命周期內(nèi)促進無線 (OTA) 更新至關(guān)重要,這是 SDV 的關(guān)鍵推動因素。此外,OEM 可以簡化信息娛樂和 ADAS/AD 領(lǐng)域的工具鏈和開發(fā)框架,從長遠來看具有預(yù)期的成本優(yōu)勢。