在智能化發(fā)展日新月異的當(dāng)下，半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新“浪潮”從未停止澎湃。近期，2025年Chiplet峰會在美國加州舉行，多家公司宣布了在芯粒（Chiplet）技術(shù)領(lǐng)域的重要進(jìn)展，包括芯粒系統(tǒng)架構(gòu)、內(nèi)存技術(shù)革新和互連設(shè)計(jì)優(yōu)化。通過推動標(biāo)準(zhǔn)化和增強(qiáng)性能，這些創(chuàng)新正在重新定義芯粒技術(shù)在高性能計(jì)算、人工智能和其他關(guān)鍵領(lǐng)域的角色。

車規(guī)級芯粒系統(tǒng)芯片應(yīng)運(yùn)而生

對于非半導(dǎo)體行業(yè)人士來說，“芯粒”應(yīng)該說是一個陌生的概念。《車規(guī)級芯粒系統(tǒng)芯片綜合研究報告》（以下簡稱《研究報告》）中有這樣的介紹：芯粒是指預(yù)先制造好的未封裝祼片（Die），通常由第三方研發(fā)并經(jīng)過流片驗(yàn)證，具備特定功能，符合標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)，可授權(quán)在不同的芯片項(xiàng)目中重復(fù)使用；芯粒系統(tǒng)芯片則是指基于芯粒的系統(tǒng)芯片，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)、制造、封裝、測試等技術(shù)將多個功能各異、電路不同的芯粒快速集成在一個基板上，可滿足特定應(yīng)用的功能與性能需求。而達(dá)到車規(guī)級，不但要滿足汽車電子系統(tǒng)日益增長的功能與性能需求，而且可靠性、安全性、穩(wěn)定性等指標(biāo)也需符合車用電子元器件的規(guī)格要求。

據(jù)了解，新能源汽車的信息化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展進(jìn)程不斷加速，這對自動駕駛芯片、智能座艙芯片等高端芯片功能與性能要求越來越高，對芯片產(chǎn)品的迭代周期要求越來越短，對芯片制造成本的要求也越來越嚴(yán)苛。未來，依賴先進(jìn)工藝和單芯片全功能集成的傳統(tǒng)高端芯片研發(fā)方式，可能將無法滿足新能源汽車的發(fā)展需求。在這樣的背景下，車規(guī)級芯粒系統(tǒng)芯片應(yīng)運(yùn)而生，憑借獨(dú)特的架構(gòu)和設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)功能集成與性能升級，為汽車芯片的發(fā)展開辟了新的方向。

“芯粒技術(shù)有望成為車用高端芯片突破工藝限制和性能快速升級的新途徑。”清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系教授、國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心汽車芯片首席專家李兆麟認(rèn)為。

具體來看，車規(guī)級芯粒系統(tǒng)芯片可劃分為計(jì)算芯粒芯片、控制芯粒芯片、傳感芯粒芯片、通信芯粒芯片、存儲芯粒芯片、安全芯粒芯片、新能源芯粒芯片7個類別。從計(jì)算芯粒芯片這一智能中樞，到控制芯粒芯片對車輛各系統(tǒng)的精準(zhǔn)調(diào)控；從傳感芯粒芯片對外部環(huán)境的敏銳捕捉，到通信芯粒芯片實(shí)現(xiàn)車輛內(nèi)外信息的無縫連接；再到存儲芯粒芯片對海量數(shù)據(jù)的可靠存儲，以及安全芯粒芯片為汽車信息安全筑起的“銅墻鐵壁”；最后，新能源芯粒芯片（含功率芯粒芯片、驅(qū)動芯粒芯片、電源管理芯粒芯片等）也對車輛的性能、安全性和可靠性起著至關(guān)重要的作用，主要通過對電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)的管理實(shí)現(xiàn)能源的高效轉(zhuǎn)換，提升新能源汽車的能源效率和續(xù)駛里程。

目前，各大企業(yè)和機(jī)構(gòu)都在大力推動芯粒技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。2022年3月，英特爾、超威半導(dǎo)體（AMD）、ARM、高通、三星、臺積電、谷歌云、Meta和微軟等公司聯(lián)合推出的Die-to-Die互連標(biāo)準(zhǔn)，主要目的是統(tǒng)一芯粒之間的互連接口標(biāo)準(zhǔn)，打造一個開放性的生態(tài)系統(tǒng)。2024年1月，包括豐田、日產(chǎn)、本田在內(nèi)的12家日本汽車制造商、零部件供應(yīng)商和半導(dǎo)體公司組建先進(jìn)汽車芯片研發(fā)聯(lián)盟，重點(diǎn)是利用芯粒技術(shù)開發(fā)下一代汽車SoC。

作為技術(shù)創(chuàng)新和市場推廣的主體，企業(yè)在車規(guī)級芯粒系統(tǒng)芯片領(lǐng)域的積極探索，為整個行業(yè)的發(fā)展帶來動能。2024年1月，英特爾推出全新的開放式汽車芯粒平臺，支持第三方芯粒集成到英特爾的汽車相關(guān)產(chǎn)品中，打破了傳統(tǒng)使用單片SoC的模式。臺積電計(jì)劃2025年底前推出汽車芯粒工藝，完整PDK（工藝設(shè)計(jì)套件）于2026年推出。2024年9月，瑞薩推出第5代R-CarSoC平臺，該平臺主要面向高性能應(yīng)用，AI算達(dá)到1000TOPS，采用芯粒技術(shù)。

降本增效帶來安全和靈活性

致同咨詢TMT半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)合伙人、交易支持服務(wù)聯(lián)席主管合伙人劉波告訴記者，車規(guī)芯粒系統(tǒng)可以理解為用芯片堆疊封裝解決“算力焦慮”的一種技術(shù)路線，其優(yōu)勢主要包括整體提升芯片系統(tǒng)整體算力水平；降低對單芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜度及先進(jìn)制造工藝的要求，降低單芯片的設(shè)計(jì)和制造所需要的時間和成本；隨著芯粒標(biāo)準(zhǔn)化提升，整體實(shí)現(xiàn)大型系統(tǒng)功能芯片所需的重復(fù)開發(fā)和制造減少，芯片標(biāo)準(zhǔn)化提升，實(shí)現(xiàn)整體行業(yè)技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化，為未來汽車之間進(jìn)行信息傳輸、互聯(lián)互通搭建基礎(chǔ)。

“芯粒技術(shù)對于車載芯片及智能汽車行業(yè)的影響，將主要體現(xiàn)在提升汽車算力水平，降低‘算力焦慮’，同時規(guī)范汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)，為未來汽車互聯(lián)互通創(chuàng)造外部環(huán)境；在標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證之后，將有助于降低芯片驗(yàn)證周期，豐富汽車芯片功能及擴(kuò)展應(yīng)用場景。”劉波說。

根據(jù)《研究報告》，車規(guī)級芯粒系統(tǒng)芯片展現(xiàn)出諸多顯著優(yōu)勢：首先，有效突破傳統(tǒng)封裝技術(shù)的限制，大幅提升互連帶寬，降低封裝成本，為汽車電子電控系統(tǒng)提供更為靈活和高效的解決方案；其次，在設(shè)計(jì)之初便充分考慮汽車行業(yè)對環(huán)境適應(yīng)性、實(shí)時性、確定性、功能安全、信息安全、低功耗及故障檢測與容錯等方面的嚴(yán)格要求。此外，車規(guī)級芯粒系統(tǒng)芯片的設(shè)計(jì)方法論——芯粒級IP復(fù)用與預(yù)制組合，為汽車電子電控系統(tǒng)的快速發(fā)展注入新的活力，通過精心挑選和組合不同功能的芯粒，可以迅速構(gòu)建出滿足特定需求的定制化芯片，大幅縮短產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到上市的時間周期。

“芯粒系統(tǒng)屬于一個比較新的技術(shù)業(yè)務(wù)，中國芯片制造水平與世界先進(jìn)水平存在一定差距，但芯片封裝能力與世界先進(jìn)水平差異相對較小，因此在這個主要依賴封裝技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，我們對未來的發(fā)展空間表示樂觀。”劉波表示，國內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司例如華為等，已在布局芯粒系統(tǒng)所需要的封裝基板、設(shè)備和技術(shù)投入，著手進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證和測試。雖然過去車規(guī)級芯片的國產(chǎn)化率較低，但隨著最近幾年來的發(fā)展，中低端產(chǎn)品的國產(chǎn)化水平不斷提升。在芯粒這個新的技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)外企業(yè)其實(shí)都處于發(fā)展初期，如果整零雙方緊密合作，國產(chǎn)芯片將獲得更多的“上車”機(jī)會。

制定標(biāo)準(zhǔn)還要突破早期發(fā)展困境

芯粒技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，需要借助標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)、規(guī)范作用，以更快速、穩(wěn)健的推動芯粒技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用。隨著關(guān)注度的不斷提升，芯粒技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)研究制定工作近幾年陸續(xù)啟動。ARM公司近期正式推出其芯粒系統(tǒng)架構(gòu)（CSA）首個公開規(guī)范，進(jìn)一步推動芯粒技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，并減少行業(yè)的碎片化。目前，已有超過60家行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)，如ADTechnology、Alphawave Semi、AMI、楷登電子、云豹智能、Kalray、Rebellions、西門子和新思科技等積極參與了CSA的相關(guān)工作，助力不同領(lǐng)域的芯片戰(zhàn)略制定并遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

與通用芯粒相比，車規(guī)級芯粒需要充分考慮芯粒在汽車上應(yīng)用的實(shí)際需求。只有有效開展車規(guī)級芯粒的標(biāo)準(zhǔn)化工作，才能更好地滿足汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要。據(jù)悉，國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心計(jì)劃聯(lián)合清華大學(xué)、北京大學(xué)、中山大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中科院計(jì)算技術(shù)研究所等單位組建了車規(guī)級芯粒系統(tǒng)芯片專業(yè)委員會，秘書處單位為國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心，在現(xiàn)有的以高校院所為主的成員單位基礎(chǔ)上，廣泛邀請整車、芯片、基礎(chǔ)軟件、工具等企業(yè)單位和檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)等事業(yè)單位，共同把控標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展規(guī)劃，制定系列標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Market.us的研究報告，從2024年至2033年，芯粒行業(yè)的復(fù)合年均增長率預(yù)計(jì)將達(dá)到42.5％，到2033年估值將達(dá)到1070億美元；車規(guī)級芯粒系統(tǒng)芯片也有望迎來廣闊發(fā)展空間。

然而，車規(guī)級芯粒系統(tǒng)在早期發(fā)展階段不會一帆風(fēng)順，還面臨諸多挑戰(zhàn)。劉波指出，首先是安全問題，芯粒系統(tǒng)由多個芯片構(gòu)成，在芯片之間互聯(lián)過程中，需要關(guān)注某個芯片失效或某個連接失效，會對整體系統(tǒng)功能及安全性產(chǎn)生影響，由于汽車運(yùn)行工況較差，發(fā)生失效的風(fēng)險將大幅上升，這是車規(guī)芯粒系統(tǒng)發(fā)展要解決的首要問題。其次是成本問題，目前在整體汽車市場競爭加劇環(huán)境下，汽車廠商對成本敏感度大幅提升，因此在芯粒系統(tǒng)早期發(fā)展過程中，存在成本較高的問題，車企需要平衡目前市場競爭情況下的短期成本控制與長期采用芯粒新系統(tǒng)的技術(shù)趨勢。最后是總需求問題，相對于消費(fèi)電子產(chǎn)品數(shù)以億計(jì)的銷量來講，整車未來采用車規(guī)級芯粒系統(tǒng)芯片的規(guī)模還有待進(jìn)一步確認(rèn)。這可能影響企業(yè)外部的市場投資和企業(yè)內(nèi)部的研發(fā)投入，從而制約車規(guī)級芯粒系統(tǒng)芯片的進(jìn)一步推廣。