芯粒（Chiplet）技術(shù)如何開辟智能汽車算力競(jìng)賽發(fā)展新路徑？

近年來，智能汽車行業(yè)對(duì)于大算力芯片的需求迅速增長(zhǎng)，但是高昂的芯片成本令不少車企望而卻步，影響了汽車智能化發(fā)展的速度。與此同時(shí)，一種名為芯粒（Chiplet）的技術(shù)突然火了起來，這種技術(shù)通過將一顆大芯片拆分成若干小芯片，再重新封裝在一起，能夠大幅降低大算力芯片的成本，用相對(duì)傳統(tǒng)的工藝實(shí)現(xiàn)甚至超過更先進(jìn)工藝所能達(dá)到的性價(jià)比。

芯粒技術(shù)能否解決智能汽車的算力瓶頸？專家們對(duì)此眾說紛紜，有觀點(diǎn)認(rèn)為芯粒（Chiplet）技術(shù)并不適合汽車市場(chǎng)，這種觀點(diǎn)是否合理？焉知特別采訪了芯礪智能創(chuàng)始人兼CEO張宏宇，作為智能汽車芯片領(lǐng)域的先行者，其圍繞當(dāng)前行業(yè)熱點(diǎn)問題分享了如下觀點(diǎn)。

算力競(jìng)賽：后摩爾時(shí)代路在何方？

汽車智能化的本質(zhì)是軟件化。未來的智能汽車無不高度依賴于軟件，而軟件定義汽車的基礎(chǔ)是高性能芯片。在智能汽車賽道的白熱化競(jìng)爭(zhēng)中，算力不足已成為一個(gè)主要瓶頸。

英偉達(dá)剛剛發(fā)布了一則轟動(dòng)性新聞，推出其2000 TOPS算力的DRIVE Thor-X中央計(jì)算平臺(tái)芯片；高通也不甘示弱，緊隨其后發(fā)布了同等級(jí)算力的Snapdragon Ride Flex芯片。這標(biāo)志著智能汽車的算力競(jìng)賽正式拉開帷幕。

但在后摩爾時(shí)代，大算力芯片的研發(fā)和制造成本居高不下，一款5nm芯片的研發(fā)費(fèi)用已超過5億美元，3nm的研發(fā)費(fèi)用超過15億美元。工藝方面，英偉達(dá)的Thor-X采用臺(tái)積電4nm工藝制造，其代價(jià)可想而知。此外，大算力芯片的面積不斷增大，良率隨之下降，價(jià)格不斷飆升，令車企叫苦不迭。

反觀中國(guó)智能汽車市場(chǎng)，眾多車企的激烈競(jìng)爭(zhēng)使產(chǎn)品差異化、多樣化愈發(fā)突顯，伴隨市場(chǎng)需求碎片化，芯片設(shè)計(jì)者無法攤薄制造和研發(fā)投入，更加制約了國(guó)產(chǎn)大算力芯片的發(fā)展，加重了汽車行業(yè)對(duì)進(jìn)口芯片的依賴。

后摩爾時(shí)代，半導(dǎo)體行業(yè)如何破解保持低成本的同時(shí)又能滿足不斷增長(zhǎng)的大算力需求難題？誰又能擔(dān)此重任？

時(shí)不我待，汽車大算力芯片機(jī)會(huì)顯現(xiàn)

面對(duì)算力需求越來越大、芯片成本越來越高的客觀形勢(shì)，半導(dǎo)體行業(yè)需有引領(lǐng)者挺身而出，以開放、創(chuàng)新的思路開辟智能汽車算力競(jìng)賽的發(fā)展新路徑。

2021年11月，清華大學(xué)電子工程系90級(jí)科班出身，擁有25年國(guó)際化企業(yè)SoC產(chǎn)品研發(fā)及管理經(jīng)驗(yàn)的張宏宇一手創(chuàng)辦了芯礪智能科技（上海）有限公司（以下簡(jiǎn)稱：芯礪智能），擔(dān)負(fù)起利用芯粒（Chiplet）技術(shù)開辟車載大算力芯片發(fā)展新路徑的使命。

作為全球首家利用芯粒技術(shù)研發(fā)車載大算力芯片的高科技初創(chuàng)企業(yè)，芯礪智能致力于成為智能汽車平臺(tái)芯片的全球領(lǐng)導(dǎo)者。最近半年內(nèi)，該公司獲得了近3億元天使輪及產(chǎn)業(yè)輪融資，公司的產(chǎn)品研發(fā)節(jié)奏持續(xù)提速。

芯礪智能CEO張宏宇在接受采訪時(shí)表示：“對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，現(xiàn)在確實(shí)是一個(gè)百年難遇的好機(jī)會(huì)，特別是智能汽車芯片領(lǐng)域，亟需可以超越摩爾定律的技術(shù)創(chuàng)新，而Chiplet是最具有實(shí)現(xiàn)性的選擇?！?/p>

初心不改，肩負(fù)使命再度出山

創(chuàng)建芯礪智能，已經(jīng)是張宏宇的第三次創(chuàng)業(yè)，1999年他在美國(guó)加入初創(chuàng)的掌微科技（Centrality），做的是車載導(dǎo)航娛樂系統(tǒng)的SoC芯片，可以說是吹響了汽車智能化的第一聲號(hào)角。而且公司做得非常成功，到2007年已經(jīng)做到全球市占率第一（超過70%），年出貨量超過1000萬顆車規(guī)級(jí)SoC芯片。也就是在那一年，掌微被美國(guó)上市公司SiRF以將近3億美元的價(jià)格收購。

2015年，賽靈思（Xilinx）找他去負(fù)責(zé)SoC研發(fā)部門，因?yàn)檫@個(gè)部門的前任領(lǐng)導(dǎo)人去了特斯拉，和AMD的架構(gòu)師Jim Keller一起為特斯拉開發(fā)FSD芯片。

他在賽靈思服務(wù)五年，做了兩代高性能計(jì)算平臺(tái)芯片產(chǎn)品 -- 16nm Ultrascale+?和7nm Versal?，都通過了車規(guī)和功能安全認(rèn)證，也讓張宏宇積累了更多經(jīng)驗(yàn)。

“賽靈思讓我有幸回到車載芯片這個(gè)行業(yè)，并且從高性能計(jì)算平臺(tái)的角度去重新審視和思考。”張宏宇說。

近幾年，異軍突起的特斯拉成為汽車智能化的先驅(qū)，在汽車電子電氣架構(gòu)方面率先實(shí)現(xiàn)了中央計(jì)算平臺(tái)和軟硬件分離，能夠通過OTA遠(yuǎn)程升級(jí)方式不斷更新汽車軟件和改善用戶體驗(yàn)。特斯拉用IT技術(shù)從互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)視角顛覆了百年間幾乎一成不變的汽車產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)商業(yè)模式，給汽車行業(yè)帶來了新生。

這讓張宏宇又一次看到了機(jī)會(huì)。如果要往軟硬件分離、軟件定義汽車方向發(fā)展，硬件就必須采用中央計(jì)算架構(gòu)，并能提供足夠的算力。放眼看，現(xiàn)在全球還沒有一個(gè)特別適合大算力車載中央計(jì)算平臺(tái)的芯片產(chǎn)品。

相時(shí)而動(dòng)，當(dāng)機(jī)立決。2020年，張宏宇離開賽靈思，開始籌劃又一次創(chuàng)業(yè)。

獨(dú)辟蹊徑，瞄準(zhǔn)智能汽車芯片算力瓶頸靶心

張宏宇認(rèn)為，芯片廠商的成功取決于產(chǎn)品定義能否滿足市場(chǎng)的需求。市場(chǎng)中有許多車企，一定會(huì)有各自不同的要求，特別是中國(guó)市場(chǎng)非常多元化，有一些激進(jìn)者，希望采用最大算力的芯片；也有些按部就班，偏向于采用中低算力芯片。每個(gè)車企的不同車型也有不同層次的需求。對(duì)芯片公司來說，當(dāng)然希望能夠滿足大多數(shù)客戶的產(chǎn)品需求，要做到這一點(diǎn)，就需要有可以方便擴(kuò)展算力的架構(gòu)和相對(duì)通用的平臺(tái)。但從車企角度來看，每家都希望有自己特色的差異化方案，所以兩者是矛盾的。怎么解決呢？

“要解決這個(gè)矛盾，芯片的架構(gòu)設(shè)計(jì)必須有兩個(gè)特點(diǎn)。第一，有足夠的通用性和可擴(kuò)展性，能夠?qū)Σ煌目蛻粜枨笥泻芎玫倪m應(yīng)性；第二，有足夠的靈活性，能夠針對(duì)一些特定客戶的需求實(shí)現(xiàn)一定程度的定制?！睆埡暧畋硎?。

舉例來說，無論是智能座艙還是智能駕駛，客戶對(duì)算力的需求都不盡相同。換句話說，市場(chǎng)對(duì)于芯片的CPU、GPU和NPU等算力單元的配置都存在非常多樣化的需求，僅僅依靠少數(shù)幾款芯片無法滿足。同時(shí)，每一款芯片的銷量也相對(duì)有限，難以攤薄研發(fā)成本，導(dǎo)致芯片價(jià)格居高不下。顯然，傳統(tǒng)的技術(shù)路線存在明顯的瓶頸，無法有效提供算力的擴(kuò)展性和靈活性，來滿足智能汽車市場(chǎng)的多樣化需求。因此，芯礪智能選擇了Chiplet作為實(shí)現(xiàn)中央計(jì)算平臺(tái)芯片的核心技術(shù)路線。

熱潮涌動(dòng)，Chiplet能否突破摩爾定律天花板？

在過去數(shù)十年當(dāng)中，仰賴于摩爾定律，算力需求的增長(zhǎng)并沒有對(duì)芯片的價(jià)格產(chǎn)生直接的壓力。如今，摩爾定律已經(jīng)逐漸失效，依靠更先進(jìn)的工藝已經(jīng)無法降低大算力芯片的高昂成本，因此Chiplet技術(shù)得到了越來越多芯片廠商的青睞。但是，Chiplet在超越摩爾這條路上到底能有多大作用呢？

張宏宇認(rèn)為：“作用非常大，而且是未來幾年真正可實(shí)現(xiàn)的超越摩爾定律的一條路。”后摩爾時(shí)代，Chiplet是被寄予厚望的異構(gòu)集成技術(shù)。它是在封裝中集成多個(gè)不同功能的小芯片（裸片），這些小芯片可以采用不同架構(gòu)甚至不同工藝，所以叫異構(gòu)集成。之所以說Chiplet最現(xiàn)實(shí)，是因?yàn)槠湓诜?wù)器領(lǐng)域已經(jīng)成功應(yīng)用，AMD在過去5年中業(yè)務(wù)發(fā)展得非常好，原因就是Chiplet做得好。

Chiplet解決了服務(wù)器領(lǐng)域最先碰到的擴(kuò)展性和算力瓶頸的問題。比如，原來CPU是8核、16核、32核，現(xiàn)在是64核、128核，如果用單芯片，芯片會(huì)越來越大，越來越貴，甚至無法制造。

為此，服務(wù)器芯片供應(yīng)商率先改變方式，將大芯片拆成小芯片再拼裝，用先進(jìn)封裝和異構(gòu)集成來解決問題。當(dāng)然，Chiplet也不能跟先進(jìn)封裝完全劃等號(hào)，而且先進(jìn)封裝在車載芯片的可靠性方面尚未得到驗(yàn)證，成本也相對(duì)較高。先進(jìn)封裝概念涉及硅片設(shè)計(jì)和晶圓制造，不同的小芯片通過硅中間層實(shí)現(xiàn)互連，中間用TSV（過孔）互連，挑戰(zhàn)很大。況且，目前具有規(guī)模化先進(jìn)封裝生產(chǎn)能力的，只有臺(tái)積電、英特爾、三星等少數(shù)廠家。張宏宇說，Chiplet完全可以通過傳統(tǒng)封裝來實(shí)現(xiàn)，從而滿足車載芯片可靠性和成本控制的要求。當(dāng)然，這需要在Chiplet互連技術(shù)上有一定的創(chuàng)新。芯礪智能在這方面有自主研發(fā)的IP，來降低對(duì)封裝技術(shù)的要求。

此外，要真正做好Chiplet，還要有創(chuàng)新的架構(gòu)設(shè)計(jì)。

芯片拆小后帶來的直接好處是良率提升，因?yàn)樾酒娣e越大，良率就越低；良率越低，成本就越高。把芯片拆小解決了產(chǎn)品良率問題，降低了成本。不過，客戶要的不僅僅是更低的成本，還需要更高的性價(jià)比。成本下降是好事，但芯片拆分之后性能也會(huì)下降。因?yàn)橐活w芯片內(nèi)部的通信效率一定比多顆芯片之間的通信效率要高，所以拆成小芯片后要維持性能的穩(wěn)定也是一個(gè)難題。

要解決這個(gè)問題，首先是從架構(gòu)設(shè)計(jì)上解決怎么“拆”，像庖丁解牛那樣充分了解不同的系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)據(jù)流，知道在哪里下刀；然后才是“合”的問題 -- 采用合理的互連和封裝技術(shù)進(jìn)行集成。

貴在創(chuàng)新，Chiplego（芯礪）開辟算力競(jìng)賽新路徑

芯礪智能獨(dú)創(chuàng)的Chiplet互連技術(shù)能提供高帶寬、低延遲的片間（die-to-die）互連總線，結(jié)合創(chuàng)新的嵌入式高性能計(jì)算平臺(tái)（eHPC, embedded High Performance Computer）芯片架構(gòu)，可利用相對(duì)成熟的半導(dǎo)體制造和封裝技術(shù)，突破對(duì)先進(jìn)工藝的依賴。

eHPC平臺(tái)主要針對(duì)需要高算力和低成本的新興需求。本來兩者是矛盾的，因?yàn)楦咚懔σ话阋馕吨叱杀荆穹?wù)器芯片；低成本一般就意味著低算力，像移動(dòng)計(jì)算芯片；如果像車載算力平臺(tái)芯片那樣，既要高算力又要低成本，就需要?jiǎng)?chuàng)新的eHPC架構(gòu)以及Chiplet技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

車載中央計(jì)算平臺(tái)芯片的性價(jià)比很重要，生態(tài)也很重要，后者決定芯片是不是好用。任何產(chǎn)品要讓客戶愿意買單，兩者缺一不可。如果用Chiplet實(shí)現(xiàn)芯片異構(gòu)集成，同時(shí)把底層軟件和工具鏈集成好，客戶拿去以后，只要把上層軟件和算法放上去跑就夠了。不同算力配置的系統(tǒng)軟硬件基本上能夠兼容，無論是2000TOPS還是100TOPS的NPU算力，無論是10TFLOPS還是1TFLOPS的GPU算力，客戶都不需要改變其開發(fā)環(huán)境。這樣，既簡(jiǎn)化了系統(tǒng)集成，又能方便應(yīng)用創(chuàng)新。

芯礪智能的產(chǎn)品是車載中央計(jì)算平臺(tái)芯片，技術(shù)路線是Chiplet異構(gòu)集成，秉持的是一種開放的心態(tài)：Chiplet所集成的多顆小芯片不一定都是自己的，可以開放其中一部分，就像特斯拉中央計(jì)算平臺(tái)方案中有自研的FSD芯片，也有其他廠商的芯片那樣。

“我們要做的是賦能整個(gè)產(chǎn)業(yè)，不能單打獨(dú)斗，芯礪智能的Chiplet互連接口可以開放給更多的廠商使用?！睆埡暧钫f。

孰輕孰重？半導(dǎo)體企業(yè)的“大”與“強(qiáng)”

半導(dǎo)體企業(yè)如何才能做大做強(qiáng)呢？張宏宇認(rèn)為：“半導(dǎo)體企業(yè)最重要的是做強(qiáng)，做強(qiáng)了才能做大，做大了未必能做強(qiáng)?！比绻揽繃?guó)產(chǎn)替代，或許能夠解決從0到1的問題，但要解決企業(yè)從1發(fā)展到100的問題，首先必須依靠過硬的產(chǎn)品，才能夠在激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)上生存下來，然后再通過不斷積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，逐步贏得越來越大的市場(chǎng)份額。

“做企業(yè)不能太急功近利，要扎扎實(shí)實(shí)建立一些差異化的核心競(jìng)爭(zhēng)力，這需要花時(shí)間，光靠買一些技術(shù)不可能做強(qiáng)做大?！彼f。

據(jù)張宏宇介紹，目前公司成立還不到一年，已經(jīng)有150多人的團(tuán)隊(duì)，到年底將接近200人。在產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度方面，速度至少比國(guó)外大公司快一倍，因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)既有豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，又有高昂的斗志和拼搏精神。

“芯”篤行遠(yuǎn)，賦能智能汽車高效更“芯”換代

Chiplet技術(shù)路線兼具靈活擴(kuò)展、降低成本、提高良率和加快產(chǎn)品上市等優(yōu)勢(shì)，是公認(rèn)的后摩爾時(shí)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)針對(duì)大算力芯片的最優(yōu)解之一。在產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的共同推動(dòng)下，Chiplet正在不斷擴(kuò)大其商業(yè)應(yīng)用版圖。

芯礪智能對(duì)智能汽車市場(chǎng)的需求有自己獨(dú)到的見解，并擁有一系列差異化的核心競(jìng)爭(zhēng)力，特別是在Chiplet等核心技術(shù)方面的積淀和創(chuàng)新。不僅有先進(jìn)、開放的并行計(jì)算架構(gòu)、算力內(nèi)核和高效、完整的工具鏈，而且與生態(tài)合作伙伴密切協(xié)同，能夠?yàn)榭蛻籼峁┚哂胁町惢厣?、靈活可定制、全球領(lǐng)先的車載大算力平臺(tái)芯片及解決方案。在智能駕駛、智能座艙和艙駕一體等不同應(yīng)用、大跨度差異化需求高速增長(zhǎng)的當(dāng)下，芯礪智能正在幫助智能汽車產(chǎn)業(yè)高效地更“芯”換代，開辟智能汽車算力競(jìng)賽的發(fā)展新路徑！

消息來源：焉知智能汽車