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。