我是穿拖鞋的汉子，魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。
老规矩，分享一段喜欢的文字，避免自己成为高知识低文化的工程师：
周末洗了一个澡，换了一身衣服，出了门却不知道去哪儿，不知道去找谁，漫无目的走着，大概这就是成年人最深的孤独吧!
旧人不知我近况，新人不知我过往，近况不该旧人知，过往不与新人讲。纵你阅人何其多，再无一人恰似我。
时间不知不觉中，来到新的一年。2025开始新的忙碌。成年人的我也不知道去哪里渡自己的灵魂，独自敲击一些文字算是对这段时间做一个记录。
一、背景信息
面向软件定义汽车（SDV）的下一代电气/电子（E/E）架构正朝着集中化方向发展。大数据分析预测，到 2032 年，全球生产的所有车辆中，有 30% 将采用具备区域控制器（见图表 1）的 E/E 架构。对于半导体行业而言，尤为重要的是，这一转变将需要集中式、高性能的计算单元。未来十年，汽车微组件和逻辑半导体的市场规模预计将在 2032 年增长至 600 亿美元。在同一时间段内，整个汽车半导体市场的规模预计将从 600 亿美元增长至 1400 亿美元。其 10% 的复合年增长率（CAGR）超过了半导体市场中所有其他垂直领域。
集中式、高性能计算单元通常为高级驾驶辅助系统（ADAS）提供功能支持，未来还将为自动驾驶（AD）以及信息娱乐和车辆运动控制等任务提供支持。即将到来的新一代电气/电子（E/E）架构将主要由两种典型架构主导——独立的、特定领域的计算单元以及跨域的中央计算单元（见图）。基于此特性，汽车制造商（OEMs）和一级供应商可以通过不同方式实现集中式计算单元，例如采用机架式设置、带有多个芯片的印刷电路板（PCB），或是用于多个领域的融合芯片。
在所有情况下，选择最有效的片上系统（SoC）或系统级封装（SiP）都至关重要，原因如下。首先，SoC 和 SiP 不仅能够实现前沿的信息娱乐服务，并支持生成式人工智能（gen AI）用例（例如用于车载助手），还完成了实现自动驾驶汽车（例如通过实现识别其他车辆和交通参与者的感知功能）所必需的基本计算。其次，SoC 和 SiP 是成本的主要驱动因素，并且会极大地影响整体物料清单（BOM）。最后，它们的功耗可能会影响车辆的节能运行，而这一点对于向纯电动汽车（BEV）的过渡尤为重要。
因此，汽车制造商在持续提高计算能力和效率方面投入巨大。因此，在即将推出的电气/电子（E/E）架构的概念阶段，高级驾驶辅助系统（ADAS）/自动驾驶（AD）和信息娱乐领域出现了两种新兴趋势，并受到了广泛关注：融合芯片和基于芯片粒的芯片设计。
本文将讨论融合芯片和基于芯片粒的芯片设计如何成为未来 E/E 架构中集中式计算的推动因素，并探讨为何它们对于首席技术官在制定集中式计算战略决策时是重要的组成部分。
二、融合芯片推进集中式计算
融合芯片：驱动高级驾驶辅助系统（ADAS）/自动驾驶（AD）与信息娱乐领域迈向集中式计算新纪元
融合芯片正逐步成为推动软件定义汽车（SDV）功能与计算整合集成的关键一步。具体而言，融合芯片巧妙地将信息娱乐与高级驾驶辅助系统（ADAS）/自动驾驶（AD）的核心功能集成于单一硅片之上，构建出高度集成的“融合”芯片解决方案。
融合芯片的技术整合逻辑
从技术层面审视，这种整合策略看似顺理成章。当前，ADAS/AD与信息娱乐领域均对前沿的多核中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）、人工智能（AI）加速器以及数字信号处理器提出了严苛要求。两者均致力于采用小于十纳米的极小节点尺寸，以此提升计算效能与能效比。然而，深入探究后，我们发现这种整合在多个维度上凸显了两大领域的显著差异：
ADAS/AD与信息娱乐领域的技术差异
尽管信息娱乐领域亦存在与功能安全相关的应用（如驾驶舱集群支持），但ADAS/AD领域对汽车安全完整性等级B（ASIL-B）乃至ASIL-D的功能安全合规性要求更为严苛。这是因为ADAS/AD系统需承担众多实时关键功能（如执行器控制任务），其安全性直接关系到行车安全。相比之下，信息娱乐领域普遍采用的安全岛式方法，在ADAS/AD领域则显得捉襟见肘。
此外，ADAS/AD领域对硬件/软件（HW/SW）协同设计提出了更高要求。为实现高效的感知元素处理，需针对特定神经网络架构（如卷积神经网络和变换器）对计算硬件（如AI加速器）进行深度优化。
融合芯片设计的挑战与突破
尽管在过去两年中，融合芯片设计面临重重挑战，但无晶圆厂半导体厂商及新进入者凭借不懈努力，已成功将这一理论构想转化为现实产品。同时，多家一级供应商亦展示了采用融合芯片的计算单元设计，并大力倡导其在软件定义汽车背景下的显著优势。这些努力不仅推动了ADAS/AD与信息娱乐领域的深度融合，更为汽车行业的智能化发展注入了新的活力。
融合芯片对汽车制造商（OEMs）的益处
融合芯片为汽车制造商（OEMs）带来的显著优势
采用融合芯片技术，汽车制造商能够显著削减物理计算单元的数量，并进一步简化计算逻辑的集成与整合流程。这一变革不仅促进了整个车辆生命周期内无线（OTA）更新的实现——作为软件定义汽车（SDV）发展的核心驱动力，还简化了信息娱乐系统与高级驾驶辅助系统（ADAS）/自动驾驶（AD）领域的工具链和开发框架，从长远来看，有望大幅降低研发与生产成本。
今年，全球半导体联盟（GSA）针对汽车半导体价值链上的所有关键利益相关者展开了一项深入调查。调查结果显示，推动开发模式的革新（如优化开发环境和工具链）以及成本效益的考量（如知识产权和封装成本的节约）是促使汽车制造商决定采用融合芯片（将ADAS/AD与信息娱乐功能融为一体）的主要因素，分别占比28%和57%。
应对汽车制造商采用融合芯片过程中的挑战
然而，向融合芯片的转型之路并非坦途，同样伴随着一系列挑战。首先，融合芯片对技术复杂性的要求更高，特别是在验证工作方面，以确保信息娱乐系统与ADAS/AD能够无干扰地协同运行。这是因为两者必须保持相对独立，任何一方的计算需求都不得对另一方造成干扰。此外，信息娱乐与ADAS领域之间的协调需求也将增加组织的运营负担。
其次，满足3级（L3）及以上自动驾驶系统的冗余要求成为一大难题。2级自动驾驶系统已要求具备条件自动驾驶能力、计算冗余、执行器（制动和转向）冗余以及电源冗余。当信息娱乐与ADAS/AD的计算功能被整合到单一的高度集成芯片上时，是否还需要部署第二块芯片成为一个争议点。因为在主芯片发生故障的情况下，信息娱乐功能并不需要额外的计算能力支持，此时部署第二块芯片可能会造成资源的浪费。
其他挑战还包括：由于功能安全要求的提升，电磁兼容性（EMC）的合规性要求变得更加复杂；对于功能安全需求和专用加速器的优化空间受限；以及难以在两个领域中选择最优供应商，且锁定效应日益增强。
在调查中，参与者还指出了采用融合片上系统（SoC）所面临的三大主要挑战：确保无干扰运行（33%）、处理组织层面的问题（25%）以及满足ADAS/AD的冗余要求（19%）。相比之下，计算能力的可扩展性以及物理和制造方面的困难（分别占13%和10%）则被视为相对较小的挑战。
融合芯片的预期发展时间线与全面推广规划
鉴于更高级别自动驾驶系统对冗余性的严格要求，融合芯片在面向L0至L2级自动驾驶应用（例如自适应巡航控制[ACC]、车道偏离预警[LDW]和自动紧急制动[AEB]）的部署场景中，展现出尤为可行的解决方案潜力，而针对L3级及以上自动驾驶应用（例如脱手和脱眼场景）的适配，则预计在2030年之前尚需进一步探索与优化。此外，融合片上系统（SoC）有望承担起跨领域功能的整合任务，如驾驶员监控与乘员检测，这些功能在欧洲即将实施的新车评估计划（NCAP）法规框架下，正变得愈发关键。
在信息娱乐领域，融合芯片以其卓越的集成能力，能够高效控制驾驶舱集群、中控台与乘客显示屏、增强现实显示屏、全景泊车系统、后排娱乐设施以及电子后视镜等广泛功能，为用户提供更加丰富、便捷的驾乘体验。
据近期公开声明，融合芯片在量产车型中的首次部署预计将于2026年至2027年间实现，这一进程主要由注重成本效益的大规模汽车制造商以及技术积淀相对较浅但热衷于技术创新的新兴企业共同推动。
采用芯片粒实现汽车定制芯片设计
从广义视角审视，“芯片粒”代表着一种前沿的封装技术形态6，即通过创新技术与方法，显著提升半导体器件的性能、功能与集成度，超越传统封装技术的局限。芯片粒架构作为半导体设计领域的一次范式革新，使得多个专用芯片能够以模块化的方式集成于单一封装之中。这一架构赋予汽车制造商极大的灵活性，使其能够为每个子组件精心挑选最适宜的技术解决方案，同时强调并非所有组件均需采用最尖端的节点尺寸制造。因此，在专用高级驾驶辅助系统（ADAS）/自动驾驶（AD）芯片、信息娱乐芯片以及融合芯片的设计中，均有望广泛采用基于芯片粒的设计理念。
得益于芯片粒设计带来的高度灵活性，我们甚至可以预见，在整体芯片设计需支持不同计算负载的场景下（例如，通过灵活配置专用中央处理器[CPU]芯片粒），芯片粒技术将发挥关键作用。因此，区域控制器领域亦可能成为芯片粒技术的一个有趣应用方向，因为其计算需求会随着架构类型的不同而有所变化（例如，从简单的输入/输出聚合器到功能完备的计算单元）。
在现代芯片设计中，我们不再追求将所有功能（例如，CPU、内存、人工智能[AI]加速器、串行器与解串器）都集成于单一硅片之上，而是根据各功能模块的特性与需求，分别采用最适合且最具经济效益的技术节点尺寸进行实现（详见图表3）。这意味着，CPU和加速器子系统可能会采用最小的可用节点尺寸，以追求极致的性能表现，而其他功能模块则可能采用较大的节点尺寸，以平衡成本与性能之间的关系。为确保这些单独制造的组件能够无缝协同工作，我们需要一种通用接口标准，如通用芯片粒互连快速通道（UCIe）。目前，业界正积极开展相关标准的制定工作，以期为芯片粒技术的广泛应用奠定坚实基础。
三、基于芯片粒的芯片设计对汽车制造商的益处
基于芯片粒的芯片设计为汽车制造商带来的显著优势
在汽车科技领域，专家们普遍认为，基于芯片粒的芯片设计为汽车制造商带来了两大核心益处：
1、整体晶圆尺寸的有效缩减
采用芯片粒设计，能够巧妙规避因单片式设计方法而导致的晶圆尺寸（面积）持续膨胀问题。近年来，随着芯片复杂性的不断提升，其晶圆面积亦呈现显著增长趋势，甚至已逼近极紫外光刻（EUV）技术的掩模版极限——858平方毫米。这一现象在数据中心所使用的图形处理器（GPU）中尤为显著，因为更大的晶圆尺寸意味着能够容纳更多的晶体管，进而提升计算与处理能力。然而，需明确的是，工艺良率受限于缺陷密度（即单位面积内的缺陷数量），晶圆尺寸越大，其包含一个或多个缺陷的概率就越高，仅仅因其覆盖的面积更广。即便仅存在一个缺陷，也可能导致整片晶圆报废。从长远视角审视，更小的晶圆尺寸将带来更高的良率，从而有效降低生产成本。
尽管晶圆尺寸的缩减是芯片粒设计的一大显著优势，但预计汽车芯片在2030年代中期之前尚不会达到如此庞大的尺寸。相较之下，“乐高原则”在汽车行业中的应用显得更为关键。
2、乐高原则的灵活应用
“乐高原则”，即通过标准化手段实现的模块化芯片设计，赋予了汽车制造商根据特定需求，从现有设计池或库中灵活混合搭配组件的能力。这一原则的应用带来了诸多益处，其中组件的重复使用尤为突出。鉴于汽车行业的生产规模相对较小（例如，年汽车产量近1亿辆，而智能手机年出货量则高达近15亿部），因此，定制化地重复使用组件将显著提高针对性芯片设计的成本效益。
此外，乐高原则还带来了新芯片上市时间的加速、通过精准选择所需组件提升的可扩展性，以及为专用芯片（如加速器）提供的更多供应商选择。在汽车半导体价值链的调查中，绝大多数受访者（61%）认为，通过混合搭配或乐高原则设计出最佳芯片的灵活性，是汽车行业采用芯片粒的主要驱动力。而降低总运营成本和实现单个知识产权（IP）组件的大规模生产，虽被视为基于芯片粒设计的重要益处，但其影响力相对较小（19%）。
芯片粒生态系统：驱动行业变革的关键力量
芯片粒生态系统的蓬勃发展，无疑是推动芯片粒技术迈向成功的重要引擎。这些生态系统不仅促进了标准化进程，更为芯片粒在数据中心、汽车行业等多元垂直领域的广泛应用营造了有利环境。
-> 标准化进程的里程碑：UCIe标准的引领
通用芯片粒互连快速通道（UCIe）标准的诞生，堪称标准化进程中的一大飞跃。自2022年3月首个标准（UCIe 1.0）问世以来，汽车工作组的成立，更为该标准的持续演进注入了汽车行业的独特视角与定制化贡献，使其更加贴合汽车行业的实际需求。
-> 新兴生态系统的崛起：汽车芯片粒联盟的典范
除了标准化进程的推动，新兴生态系统在促进芯片粒技术普及方面同样功不可没。以独立纳米电子研发中心Imec赞助的汽车芯片粒联盟为例，该联盟汇聚了50余位汽车半导体价值链的精英，共同探讨与分享汽车芯片粒设计的最新进展，为芯片粒技术在汽车行业的落地生根提供了肥沃的土壤。
四、芯片粒技术：汽车制造商面临的挑战与机遇
尽管芯片粒技术展现出巨大的发展潜力，但其仍处于发展初期阶段。汽车制造商在考虑大规模部署时，必须审慎评估并应对一系列挑战。
-> 汽车行业适用性的严苛考验
为满足汽车行业的严苛要求，芯片粒设计必须严格遵循所有必要的设备和制造规范（如AEC-Q100和IATF 16949），并具备在恶劣环境下稳定运行的能力，包括抵御振动和温度变化等不利因素。相比之下，数据中心当前的应用场景提供了更为稳定的环境和更少的挑战，这无疑对芯片粒设计提出了更高的要求。
-> 互连标准化的迫切需求
如前所述，生态系统参与者应积极拥抱通用标准，以便将设计元素无缝组合。然而，当前行业中大型企业纷纷组建不同联盟、制定不同标准的现状，无疑增加了互连标准化的难度。因此，全球范围内广泛接受的标准对于实现乐高原则（即模块化设计原则）至关重要，这也是推动芯片粒技术广泛应用的关键所在。
-> 新开发范式的采纳与开放性的探索
为确保芯片粒技术的成功落地，价值链上的各个参与者（包括知识产权持有者、代工厂、集成设备制造商和封装企业）需积极探索新的合作模式。尽管所有参与者均认为这是推动芯片粒技术发展的关键要素，但实现这一目标却并非易事。部分原因在于知识产权方面的复杂挑战以及责任归属的开放性问题。例如，在多方提供芯片粒构建模块的情况下，如何确定由哪一方负责芯片的整体可靠运行，成为了一个亟待解决的问题。从验证和确认的角度来看，价值链参与者普遍认为，采用混合搭配的“商店”方法创建芯片粒并不现实，这要求各方在合作过程中保持高度的开放性和透明度。
-> 芯片粒的预期时间线和推广计划
价值链中的大多数高级领导者预计，未来十年内芯片粒将得到更广泛的应用。在调查中，48%的行业领导者预计汽车应用的芯片粒将在2027年至2030年之间出现，而38%的人预测将在2030年至2035年之间出现。只有8%的人预计该技术将在2025年至2027年之间提前取得进展。鉴于汽车行业通常的研发和推广周期，这一延迟并不令人意外。
此外，向芯片粒的过渡预计将是渐进的。尽管乐高原则颇具吸引力，但首批芯片粒设计很可能是同构的。在这些设计中，知识产权模块将来自同一供应商，并采用专有或既定标准，如外设组件互连快速通道（PCIe）。使用单一外部供应商构建模块的设计很可能是下一步，这也将有助于解决责任归属问题。真正的异构设计，即包含来自多个供应商或采用多种技术节点尺寸组合的设计，很可能在2030年代中期及以后才会出现。
芯片粒设计的意义显而易见，因为它们能够在计算需求不断增加的情况下，使芯片绕过现有界限，同时保持成本效益。一旦芯片粒生态系统和标准得以实现，利益相关者应量化当前应用场景的益处和机遇。
-> 融合芯片和芯片粒对汽车半导体价值链各参与方的影响
软件定义汽车（SDV）的兴起和供应链问题促使汽车制造商进一步深入半导体价值链。汽车制造商认识到，要实现自动驾驶和信息娱乐领域的先进功能，全面了解半导体技术对于保持竞争力至关重要。
这一趋势对汽车半导体领域的所有参与方类型都产生了影响，尤其是对汽车制造商、一级供应商、集成设备制造商（IDM）和无晶圆厂企业。如前所述，采用融合芯片的决定很可能需要在未来两到四年内做出，而芯片粒的实施问题则可能会在更远的未来解决。
五、集中化与整合趋势的具体影响
当前，汽车产业正经历着集中化与整合的深刻变革，这一趋势对车身与底盘领域产生了显著影响，其年增长率仅徘徊在1%至2%之间，而动力总成单元甚至出现了轻微下滑。随着这些单元的功能逐步集成至区域控制器或中央计算单元（如车辆运动计算单元）之中，其数量有望进一步缩减。与此同时，高级驾驶辅助系统（ADAS）/自动驾驶（AD）及信息娱乐单元却展现出强劲的增长势头，复合年增长率（CAGR）分别高达22%和6%。前者增长的主要驱动力在于，具备L2+及以上功能（如脱手、脱眼及有条件自动驾驶）的车辆数量正持续攀升。
据麦肯锡分析预测，至2030年，区域控制器的市场价值将跃升至30亿美元，而中央计算单元（涵盖融合系统级芯片（SoC）及车辆运动计算单元）的市场价值更将突破80亿美元大关。
对汽车制造商的影响：战略抉择与路径探索
面对融合SoC的浪潮，汽车制造商在决策过程中需审慎考量以下战略领域：
软件专业知识：在集成需求日益凸显的当下，是否拥有足够的软件架构专业知识和控制能力，将成为决定成败的关键因素。
ADAS/AD：明确支持的自动驾驶功能级别，以及融合SoC上应承载的功能范围，对于汽车制造商而言至关重要。
治理：信息娱乐与ADAS/AD团队的组建方式，以及实现开发及发布时间表一致性的可行性，将直接影响项目的推进效率。
采购策略：从同一供应商采购ADAS/AD和信息娱乐芯片，是否会对战略性采购决策及供应链韧性构成阻碍，需汽车制造商深思熟虑。
物料清单（BOM）与总拥有成本（TCO）经济学：从BOM角度审视，成本节省的空间几何？从总拥有成本角度考量，商业案例的可行性如何？同时，还需考虑投资前几年的要求，如新的开发范式和新工具的引入。
在芯片粒领域，汽车制造商拥有三种策略选择：其一，依赖集成设备制造商（IDM）和无晶圆厂合作伙伴推动芯片粒演进；其二，积极参与标准化机构（如通用芯片粒互连快速通道（UCIe）），确保纳入特定要求；其三，自行积极开发芯片粒，但此选项需投入大量资源，包括组建专门的、专业化的团队。
对一级供应商的影响：顺应趋势，布局未来
一级供应商或将顺应融合SoC的趋势，利用融合SoC打造自身的中央计算单元设计，并向汽车制造商展示潜在的技术和商业优势。部分一级供应商已采取此策略，为2026年至2028年即将到来的量产做好充分准备。
一级供应商在芯片粒方案的选择上，与汽车制造商具有相似性。他们或许希望尽早与汽车制造商携手合作，将汽车制造商对芯片粒的需求融入下一代中央计算单元的开发路线图中。
对代工厂、集成设备制造商（IDM）和无晶圆厂企业的影响：责任与“所有权”的再思考
尽管融合芯片的影响和兴起对代工厂、IDM和无晶圆厂企业的影响相对有限，但芯片粒的相关性却引发了关于最终制造芯片的责任和“所有权”的更广泛讨论。除技术话题外，以下战略领域或许最为关键：
生态系统：哪些生态系统和标准将脱颖而出？对于哪些标准值得提前投资和参与？
知识产权所有权：谁将掌握最终芯片所依赖的知识产权“乐高积木”组合？
责任：若芯片在现场出现问题，谁将对芯片的最终功能负责？此外，该方是否还需负责芯片的制造和互连处理，还是由提供知识产权的一方承担？
开发：需要哪些额外的工具和方法来推动多供应商芯片粒生态系统的形成？基于芯片粒的系统设计验证和确认流程又需进行哪些调整？
商业模式：定价和许可方案如何设定？谁将因此获得补偿？
展望未来，半导体将在中央计算单元中发挥愈发重要的作用。因此，汽车制造商正深入汽车半导体价值链，更积极地参与组件、功能和规格的选择。对融合芯片和基于芯片粒的设计技术、其优势和挑战以及潜在考虑因素的全面了解，将使汽车半导体价值链上的利益相关方在下一代软件驱动的车辆中保持灵活性和竞争力。
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