从10到1000 TOPS：为什么汽车芯片需要新的架构？

公众号记得加星标⭐️，第一时间推送不会错过。

汽车行业目前正经历着“世纪巨变”。

在2025年汽车电动汽车技术展望峰会上，Aritrak Technologies技术总监Namrta Sharma重点阐述了芯片组架构如何成为下一代汽车半导体的关键推动因素。随着汽车向软件定义平台转型，Sharma强调，半导体设计必须不断发展，以满足前所未有的计算需求，同时兼顾成本、可扩展性和上市时间。

为了阐明背景，Sharma描述了汽车行业正在发生的变革。“我们都应该认同，我们正经历着一场蜕变，”她说道，并补充说，汽车行业目前正经历着“世纪巨变”。汽车不再仅仅由机械和电子部件构成。相反，现代汽车正日益成为一个软件驱动的平台。

汽车行业计算需求的增长

“汽车不再仅仅是机械和电气系统，”Sharma指出，“汽车是软件定义的车辆。因此，半导体在汽车中的作用也在发生变化。它不再只是添加一些功能，而是真正定义了汽车，是汽车的核心智能。”这种转变极大地扩展了汽车内部对半导体的需求。现代汽车电子设备必须支持电气化、电池管理、车载信息娱乐系统、持续互联和高级驾驶辅助系统（ADAS），同时还要为自动驾驶奠定基础。

Sharma强调，这些功能背后的计算需求呈指数级增长。“如果你看一下计算量，就会发现十年前，L2级ADAS只需要10 TOPS，也就是每秒10万亿次运算，”她解释说。“但现在，完全自动驾驶所需的计算量约为1000 TOPS。这相当于100倍的差距。”

采用传统的单片芯片设计来满足如此高的性能要求变得越来越困难。将CPU、GPU、通信电路和电源管理组件集成到单个系统级芯片（SoC）中，会导致半导体芯片尺寸极其巨大。然而，制造如此大尺寸的芯片受到物理和经济因素的制约。“这存在一个极限，称为光罩尺寸极限，”Sharma解释说，“这是我们在代工厂能够制造的最大尺寸，目前约为850平方毫米。”

大型单芯片也面临良率挑战。即使是大型芯片上很小一部分的缺陷，也可能导致整个芯片无法使用，从而造成制造良率的大幅下降和成本的上升。为了解决这些问题，半导体行业越来越多地转向芯片组架构。“解决方案很简单，”Sharma说道，“只需将这个大芯片切割成多个芯片。这些都是小型功能模块，它们被称为芯片组。”

芯片组：一种良率优化解决方案

通过将大型芯片拆分成更小的模块化芯片，芯片组架构有助于克服光刻技术的限制并提高良率。如果出现缺陷，只需丢弃受影响的芯片组，而无需丢弃整个系统。这种模块化方法已在高性能计算系统中得到广泛应用，现在也开始在汽车电子领域发挥作用。

Sharma还指出，芯片组技术能够实现异构集成。无需使用最先进（也是最昂贵）的工艺节点来制造每个组件，而是可以使用针对其特定功能优化的工艺节点来制造不同的芯片组。“例如，CPU需要最高的计算能力，所以它采用最新的工艺节点，”她解释说，“但其他组件，例如传感器或内存引擎，则无需如此。”

芯片优化上市时间

除了成本和良率优势外，芯片组还能显著缩短产品上市时间。Sharma 强调，模块化架构使半导体公司能够重复利用成熟的组件，并将精力集中在产品差异化上。“你无需设计整个芯片，也无需设计整个系统级芯片 (SoC)，”她说道，“你只需设计具有差异化的芯片组即可。”这种灵活性也使制造商能够快速扩展系统，以适应不同的汽车细分市场。

只需更换或修改单个芯片，即可轻松调整性能水平，无需重新设计整个架构即可实现快速定制。然而，Sharma 提醒说，向基于芯片的系统过渡也带来了新的挑战。由于多个芯片集成到单个封装中，设计复杂性从芯片级转移到了系统级。这就需要能够协同优化硅、封装和互连技术的先进电子设计自动化 (EDA) 工具。

测试与标准

因此，测试和验证也变得更加复杂。芯片集成的成功取决于确保集成到系统中的每个组件都是“已知合格芯片”。正如Sharma指出的，这需要新的测试方法和基础设施，能够对单个芯片以及整个系统中的芯片进行验证。

芯片组长期成功的另一个关键因素是行业标准的制定。Sharma强调了新兴互连标准的重要性，例如通用芯片组互连高速标准（UCIe），该标准旨在实现不同厂商芯片组之间的互操作性。随着生态系统的发展，Sharma认为半导体价值链上的合作将发挥至关重要的作用。代工厂、设计公司、EDA公司、基板供应商和行业联盟已经在携手合作，共同建立支持芯片组系统所需的标准和基础设施。