作者：Arm 汽車事業(yè)部產(chǎn)品與解決方案副總裁 Suraj Gajendra；imec 汽車技術(shù)副總裁 Bart Placklé

在向新一代復(fù)雜的軟件定義汽車 (SDV) 轉(zhuǎn)變的過程中，汽車行業(yè)正在經(jīng)歷深刻的變革，促使大量的車載電子組件整合至更少數(shù)量的高性能計(jì)算元件。與此同時(shí)，汽車技術(shù)的快速演進(jìn)也帶來了一個(gè)愈發(fā)棘手的難題：如何以一種節(jié)省資源且更具成本效益的方式提供所需的算力？

傳統(tǒng)的單片半導(dǎo)體設(shè)計(jì)正接近自身極限。對(duì)自動(dòng)駕駛、沉浸式信息娛樂和互聯(lián)增強(qiáng)的需求，正在將傳統(tǒng)芯片架構(gòu)推向一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

幸運(yùn)的是，芯粒技術(shù)有助于應(yīng)對(duì)此類挑戰(zhàn)。在汽車行業(yè)中，芯粒已經(jīng)成為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可在實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的車用系統(tǒng)級(jí)芯片 (SoC) 設(shè)計(jì)的同時(shí)，增強(qiáng)計(jì)算的可擴(kuò)展性和靈活性。

芯粒技術(shù)對(duì)汽車行業(yè)的重要性

汽車行業(yè)的領(lǐng)軍者已經(jīng)在積極投資新一代的汽車架構(gòu)，有望從芯粒集成中受益。汽車行業(yè)近期的發(fā)展趨勢(shì)也起到了推動(dòng)作用，其中包括：

集中式計(jì)算架構(gòu)：行業(yè)正在朝向采用高性能計(jì)算單元的集中式架構(gòu)過渡。算力的集中化使得在汽車應(yīng)用中采用先進(jìn)的芯粒架構(gòu)成為可能。

人工智能 (AI) 的興起：AI 決策對(duì)于自動(dòng)駕駛變得愈發(fā)重要，芯粒使整車廠能夠?qū)?chuàng)新周期獨(dú)立開來，以確保自身的平臺(tái)能夠適應(yīng)未來的發(fā)展。

性能擴(kuò)展：隨著汽車集成了更多的先進(jìn)功能，其對(duì)更高算力的需求也持續(xù)激增。芯粒技術(shù)通過集成專用處理單元，有效推動(dòng)了性能擴(kuò)展，無需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化：包括 Arm 芯粒系統(tǒng)架構(gòu) (Chiplet System Architecture, CSA) 和 imec 的汽車芯粒計(jì)劃 (Automotive Chiplet Program, ACP) 在內(nèi)等行業(yè)倡議，正在為芯粒的互操作性設(shè)定新的基準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)化接口將是確保廣泛普及和降低集成復(fù)雜性的關(guān)鍵。

與此同時(shí)，依賴單片芯片的傳統(tǒng)系統(tǒng)往往在滿足日益增長(zhǎng)的算力、可擴(kuò)展性和效率方面難以為繼，所面臨的主要挑戰(zhàn)包括：

系統(tǒng)的日益復(fù)雜：隨著汽車日漸朝著軟件驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體架構(gòu)無法支持當(dāng)前對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和 AI 決策等日益增長(zhǎng)的需求。

制造上的瓶頸：摩爾定律的放緩讓使用傳統(tǒng) SoC 來擴(kuò)展性能變得更加昂貴和困難。

可靠性的疑慮：對(duì)于任務(wù)關(guān)鍵型汽車應(yīng)用而言，在單片設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)故障隔離和冗余將更具挑戰(zhàn)性。

新的芯片構(gòu)建方式

基礎(chǔ)計(jì)算層面的靈活性能夠推動(dòng)整車廠不斷創(chuàng)新，從而開發(fā)出隨著技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展的定制化解決方案。Arm 在 2024 年三月宣布計(jì)劃推出汽車計(jì)算子系統(tǒng) (CSS)，意在通過增強(qiáng)的計(jì)算和集成能力來加速基于芯粒的設(shè)計(jì)構(gòu)建過程。借助這種模塊化方法，整車廠和芯片供應(yīng)商可以定制和擴(kuò)展自身的汽車技術(shù)，以滿足特定市場(chǎng)的要求并適應(yīng)不斷變化的全球法規(guī)。

此外，芯粒也為生態(tài)系統(tǒng)提供了眾多的 SoC 設(shè)計(jì)可能性。通過 Arm 汽車增強(qiáng) (AE) 技術(shù)，Arm 使合作伙伴能夠?qū)⒍鄠€(gè)可復(fù)用組件集成到更大的汽車系統(tǒng)中，充分展現(xiàn)了 Arm 計(jì)算平臺(tái)的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。

imec 的汽車芯粒計(jì)劃

“imec 汽車技術(shù)副總裁 Bart Placklé 表示：芯粒為汽車行業(yè)的發(fā)展提供了應(yīng)對(duì)之道，具備打造創(chuàng)新型 SoC 架構(gòu)所需的靈活性和可擴(kuò)展性，可以滿足新一代汽車日益增長(zhǎng)的需求。”

芯粒技術(shù)的應(yīng)用代表了車載中央計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的一種顛覆性轉(zhuǎn)變。但如果各家整車廠各行其道，那么在向基于芯粒的架構(gòu)過渡的過程中，其成本之高可能會(huì)令人望而卻步。為了促進(jìn)汽車生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)作并發(fā)揮芯粒技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，imec 于 2024 年底啟動(dòng)了 ACP。該計(jì)劃在行業(yè)中得到了廣泛的關(guān)注，并獲得包括 Arm、日月光集團(tuán)、寶馬集團(tuán)、博世、Cadence、西門子、鴻軒科技、新思科技、Tenstorrent 和法雷奧等眾多重要的汽車行業(yè)上下游領(lǐng)軍企業(yè)的支持。

通過將半導(dǎo)體廠商、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (EDA) 企業(yè)和一級(jí)供應(yīng)商聚集在一起，ACP 計(jì)劃正力求解決關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，并探索芯粒在汽車應(yīng)用中的實(shí)際用例。這一進(jìn)展也標(biāo)志著行業(yè)的范式轉(zhuǎn)變，正在從以研究和探索為主的競(jìng)爭(zhēng)前期邁入具體的實(shí)現(xiàn)階段。而整車廠將在實(shí)現(xiàn)階段開始著手實(shí)現(xiàn)基于芯粒技術(shù)的設(shè)計(jì)。

imec 推出的 ACP 計(jì)劃通過整合汽車價(jià)值鏈中的資源和專業(yè)知識(shí)，為解決關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)和找到適用于高性能汽車計(jì)算的理想芯粒架構(gòu)鋪平了道路。接下來的任務(wù)將是根據(jù) ACP 的進(jìn)展情況開發(fā)基于芯粒的參考設(shè)計(jì)。此外，imec 在德國巴登-符騰堡州海爾布隆市的人工智能創(chuàng)新園區(qū) (IPAI) 開啟了“先進(jìn)芯片設(shè)計(jì)加速器 (Advanced Chip Design Accelerator, ACDA) 項(xiàng)目”，將專注于開發(fā)尖端的芯粒技術(shù)、系統(tǒng)集成、封裝和 AI 能力，旨在構(gòu)建適用于競(jìng)爭(zhēng)前的參考設(shè)計(jì)，以加快向芯粒過渡的進(jìn)程并降低相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。

ACDA 將在加快汽車行業(yè)部署基于芯粒的解決方案中發(fā)揮關(guān)鍵作用，從而確保芯粒技術(shù)的順利集成和加速采用，并降低整車廠的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

在此前于 Arm 總部英國劍橋舉辦的汽車芯粒論壇 (ACF)上，imec 宣布將有新成員加入 ACP 計(jì)劃。這彰顯了 ACP 和汽車行業(yè)芯粒技術(shù)迅猛發(fā)展的勢(shì)頭。該論壇吸引了來自汽車和半導(dǎo)體行業(yè)的 120 多名與會(huì)者參加，最終得出的核心啟示是：行業(yè)需要迅速行動(dòng)起來，加快芯粒技術(shù)的持續(xù)開發(fā)和部署。除了 ACP 之外，諸如 UCIe 和 CSA 等全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也將是芯粒在整個(gè)汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵。這些標(biāo)準(zhǔn)將成為 Arm 汽車 CSS 等新技術(shù)的基礎(chǔ)，有助于加快芯粒的開發(fā)和部署。

今日的合作將造就未來的創(chuàng)新

汽車行業(yè)正處于根本性轉(zhuǎn)型的前沿，而芯粒正是新時(shí)代的基石。芯粒將重新定義車輛的設(shè)計(jì)、定制和提升方式，整車廠也能得益于芯粒帶來的基礎(chǔ)靈活性，獲得不受束縛的創(chuàng)新能力。

各方攜手合作，方能在汽車行業(yè)推動(dòng)芯粒的采用。如今借助 ACP 等計(jì)劃和倡議形成的合作關(guān)系，勢(shì)必會(huì)推動(dòng)未來的創(chuàng)新，從而開發(fā)出更智能、更安全的汽車，并以此滿足不斷演進(jìn)的駕乘體驗(yàn)。