芯粒（Chiplet）技術(shù)如何開(kāi)辟智能汽車(chē)算力競賽發(fā)展新路徑？

近年來(lái)，智能汽車(chē)行業(yè)對于大算力芯片的需求迅速增長(cháng)，但是高昂的芯片成本令不少車(chē)企望而卻步，影響了汽車(chē)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(lái)，這種技術(shù)通過(guò)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，用相對傳統的工藝實(shí)現甚至超過(guò)更先進(jìn)工藝所能達到的性?xún)r(jià)比。

芯粒技術(shù)能否解決智能汽車(chē)的算力瓶頸？專(zhuān)家們對此眾說(shuō)紛紜，有觀(guān)點(diǎn)認為芯粒（Chiplet）技術(shù)并不適合汽車(chē)市場(chǎng)，這種觀(guān)點(diǎn)是否合理？焉知特別采訪(fǎng)了芯礪智能創(chuàng )始人兼CEO張宏宇，作為智能汽車(chē)芯片領(lǐng)域的先行者，其圍繞當前行業(yè)熱點(diǎn)問(wèn)題分享了如下觀(guān)點(diǎn)。

算力競賽：后摩爾時(shí)代路在何方？

汽車(chē)智能化的本質(zhì)是軟件化。未來(lái)的智能汽車(chē)無(wú)不高度依賴(lài)于軟件，而軟件定義汽車(chē)的基礎是高性能芯片。在智能汽車(chē)賽道的白熱化競爭中，算力不足已成為一個(gè)主要瓶頸。

英偉達剛剛發(fā)布了一則轟動(dòng)性新聞，推出其2000 TOPS算力的DRIVE Thor-X中央計算平臺芯片；高通也不甘示弱，緊隨其后發(fā)布了同等級算力的Snapdragon Ride Flex芯片。這標志著(zhù)智能汽車(chē)的算力競賽正式拉開(kāi)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)費用已超過(guò)5億美元，3nm的研發(fā)費用超過(guò)15億美元。工藝方面，英偉達的Thor-X采用臺積電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(chē)企叫苦不迭。

反觀(guān)中國智能汽車(chē)市場(chǎng)，眾多車(chē)企的激烈競爭使產(chǎn)品差異化、多樣化愈發(fā)突顯，伴隨市場(chǎng)需求碎片化，芯片設計者無(wú)法攤薄制造和研發(fā)投入，更加制約了國產(chǎn)大算力芯片的發(fā)展，加重了汽車(chē)行業(yè)對進(jìn)口芯片的依賴(lài)。

后摩爾時(shí)代，半導體行業(yè)如何破解保持低成本的同時(shí)又能滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的大算力需求難題？誰(shuí)又能擔此重任？

時(shí)不我待，汽車(chē)大算力芯片機會(huì )顯現

面對算力需求越來(lái)越大、芯片成本越來(lái)越高的客觀(guān)形勢，半導體行業(yè)需有引領(lǐng)者挺身而出，以開(kāi)放、創(chuàng )新的思路開(kāi)辟智能汽車(chē)算力競賽的發(fā)展新路徑。

2021年11月，清華大學(xué)電子工程系90級科班出身，擁有25年國際化企業(yè)SoC產(chǎn)品研發(fā)及管理經(jīng)驗的張宏宇一手創(chuàng )辦了芯礪智能科技（上海）有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：芯礪智能），擔負起利用芯粒（Chiplet）技術(shù)開(kāi)辟車(chē)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(chē)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(chē)平臺芯片的全球領(lǐng)導者。最近半年內，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)節奏持續提速。

芯礪智能CEO張宏宇在接受采訪(fǎng)時(shí)表示：“對于半導體產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，現在確實(shí)是一個(gè)百年難遇的好機會(huì )，特別是智能汽車(chē)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)現性的選擇?！?/p>

初心不改，肩負使命再度出山

創(chuàng )建芯礪智能，已經(jīng)是張宏宇的第三次創(chuàng )業(yè)，1999年他在美國加入初創(chuàng )的掌微科技（Centrality），做的是車(chē)載導航娛樂(lè )系統的SoC芯片，可以說(shuō)是吹響了汽車(chē)智能化的第一聲號角。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(guò)70%），年出貨量超過(guò)1000萬(wàn)顆車(chē)規級SoC芯片。也就是在那一年，掌微被美國上市公司SiRF以將近3億美元的價(jià)格收購。

2015年，賽靈思（Xilinx）找他去負責SoC研發(fā)部門(mén)，因為這個(gè)部門(mén)的前任領(lǐng)導人去了特斯拉，和AMD的架構師Jim Keller一起為特斯拉開(kāi)發(fā)FSD芯片。

他在賽靈思服務(wù)五年，做了兩代高性能計算平臺芯片產(chǎn)品 -- 16nm Ultrascale+?和7nm Versal?，都通過(guò)了車(chē)規和功能安全認證，也讓張宏宇積累了更多經(jīng)驗。

“賽靈思讓我有幸回到車(chē)載芯片這個(gè)行業(yè)，并且從高性能計算平臺的角度去重新審視和思考?！睆埡暧钫f(shuō)。

近幾年，異軍突起的特斯拉成為汽車(chē)智能化的先驅?zhuān)谄?chē)電子電氣架構方面率先實(shí)現了中央計算平臺和軟硬件分離，能夠通過(guò)OTA遠程升級方式不斷更新汽車(chē)軟件和改善用戶(hù)體驗。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(chē)產(chǎn)業(yè)和傳統商業(yè)模式，給汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)了新生。

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

相時(shí)而動(dòng)，當機立決。2020年，張宏宇離開(kāi)賽靈思，開(kāi)始籌劃又一次創(chuàng )業(yè)。

獨辟蹊徑，瞄準智能汽車(chē)芯片算力瓶頸靶心

張宏宇認為，芯片廠(chǎng)商的成功取決于產(chǎn)品定義能否滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求。市場(chǎng)中有許多車(chē)企，一定會(huì )有各自不同的要求，特別是中國市場(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(chē)企的不同車(chē)型也有不同層次的需求。對芯片公司來(lái)說(shuō)，當然希望能夠滿(mǎn)足大多數客戶(hù)的產(chǎn)品需求，要做到這一點(diǎn)，就需要有可以方便擴展算力的架構和相對通用的平臺。但從車(chē)企角度來(lái)看，每家都希望有自己特色的差異化方案，所以?xún)烧呤敲艿?。怎么解決呢？

“要解決這個(gè)矛盾，芯片的架構設計必須有兩個(gè)特點(diǎn)。第一，有足夠的通用性和可擴展性，能夠對不同的客戶(hù)需求有很好的適應性；第二，有足夠的靈活性，能夠針對一些特定客戶(hù)的需求實(shí)現一定程度的定制?！睆埡暧畋硎?。

舉例來(lái)說(shuō)，無(wú)論是智能座艙還是智能駕駛，客戶(hù)對算力的需求都不盡相同。換句話(huà)說(shuō)，市場(chǎng)對于芯片的CPU、GPU和NPU等算力單元的配置都存在非常多樣化的需求，僅僅依靠少數幾款芯片無(wú)法滿(mǎn)足。同時(shí)，每一款芯片的銷(xiāo)量也相對有限，難以攤薄研發(fā)成本，導致芯片價(jià)格居高不下。顯然，傳統的技術(shù)路線(xiàn)存在明顯的瓶頸，無(wú)法有效提供算力的擴展性和靈活性，來(lái)滿(mǎn)足智能汽車(chē)市場(chǎng)的多樣化需求。因此，芯礪智能選擇了Chiplet作為實(shí)現中央計算平臺芯片的核心技術(shù)路線(xiàn)。

熱潮涌動(dòng)，Chiplet能否突破摩爾定律天花板？

在過(guò)去數十年當中，仰賴(lài)于摩爾定律，算力需求的增長(cháng)并沒(méi)有對芯片的價(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(wú)法降低大算力芯片的高昂成本，因此Chiplet技術(shù)得到了越來(lái)越多芯片廠(chǎng)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？

張宏宇認為：“作用非常大，而且是未來(lái)幾年真正可實(shí)現的超越摩爾定律的一條路?！焙竽枙r(shí)代，Chiplet是被寄予厚望的異構集成技術(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甚至不同工藝，所以叫異構集成。之所以說(shuō)Chiplet最現實(shí)，是因為其在服務(wù)器領(lǐng)域已經(jīng)成功應用，AMD在過(guò)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)域最先碰到的擴展性和算力瓶頸的問(wèn)題。比如，原來(lái)CPU是8核、16核、32核，現在是64核、128核，如果用單芯片，芯片會(huì )越來(lái)越大，越來(lái)越貴，甚至無(wú)法制造。

為此，服務(wù)器芯片供應商率先改變方式，將大芯片拆成小芯片再拼裝，用先進(jìn)封裝和異構集成來(lái)解決問(wèn)題。當然，Chiplet也不能跟先進(jìn)封裝完全劃等號，而且先進(jìn)封裝在車(chē)載芯片的可靠性方面尚未得到驗證，成本也相對較高。先進(jìn)封裝概念涉及硅片設計和晶圓制造，不同的小芯片通過(guò)硅中間層實(shí)現互連，中間用TSV（過(guò)孔）互連，挑戰很大。況且，目前具有規?；冗M(jìn)封裝生產(chǎn)能力的，只有臺積電、英特爾、三星等少數廠(chǎng)家。張宏宇說(shuō)，Chiplet完全可以通過(guò)傳統封裝來(lái)實(shí)現，從而滿(mǎn)足車(chē)載芯片可靠性和成本控制的要求。當然，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(lái)降低對封裝技術(shù)的要求。

此外，要真正做好Chiplet，還要有創(chuàng )新的架構設計。

芯片拆小后帶來(lái)的直接好處是良率提升，因為芯片面積越大，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(wèn)題，降低了成本。不過(guò)，客戶(hù)要的不僅僅是更低的成本，還需要更高的性?xún)r(jià)比。成本下降是好事，但芯片拆分之后性能也會(huì )下降。因為一顆芯片內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定也是一個(gè)難題。

要解決這個(gè)問(wèn)題，首先是從架構設計上解決怎么“拆”，像庖丁解牛那樣充分了解不同的系統架構和數據流，知道在哪里下刀；然后才是“合”的問(wèn)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(kāi)辟算力競賽新路徑

芯礪智能獨創(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(xiàn)，結合創(chuàng )新的嵌入式高性能計算平臺（eHPC, embedded High Performance Computer）芯片架構，可利用相對成熟的半導體制造和封裝技術(shù)，突破對先進(jìn)工藝的依賴(lài)。

eHPC平臺主要針對需要高算力和低成本的新興需求。本來(lái)兩者是矛盾的，因為高算力一般意味著(zhù)高成本，像服務(wù)器芯片；低成本一般就意味著(zhù)低算力，像移動(dòng)計算芯片；如果像車(chē)載算力平臺芯片那樣，既要高算力又要低成本，就需要創(chuàng )新的eHPC架構以及Chiplet技術(shù)來(lái)實(shí)現。

車(chē)載中央計算平臺芯片的性?xún)r(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(hù)愿意買(mǎi)單，兩者缺一不可。如果用Chiplet實(shí)現芯片異構集成，同時(shí)把底層軟件和工具鏈集成好，客戶(hù)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軟硬件基本上能夠兼容，無(wú)論是2000TOPS還是100TOPS的NPU算力，無(wú)論是10TFLOPS還是1TFLOPS的GPU算力，客戶(hù)都不需要改變其開(kāi)發(fā)環(huán)境。這樣，既簡(jiǎn)化了系統集成，又能方便應用創(chuàng )新。

芯礪智能的產(chǎn)品是車(chē)載中央計算平臺芯片，技術(shù)路線(xiàn)是Chiplet異構集成，秉持的是一種開(kāi)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(kāi)放其中一部分，就像特斯拉中央計算平臺方案中有自研的FSD芯片，也有其他廠(chǎng)商的芯片那樣。

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

孰輕孰重？半導體企業(yè)的“大”與“強”

半導體企業(yè)如何才能做大做強呢？張宏宇認為：“半導體企業(yè)最重要的是做強，做強了才能做大，做大了未必能做強?！比绻揽繃a(chǎn)替代，或許能夠解決從0到1的問(wèn)題，但要解決企業(yè)從1發(fā)展到100的問(wèn)題，首先必須依靠過(guò)硬的產(chǎn)品，才能夠在激烈競爭的市場(chǎng)上生存下來(lái)，然后再通過(guò)不斷積累的技術(shù)優(yōu)勢，逐步贏(yíng)得越來(lái)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爭力，這需要花時(shí)間，光靠買(mǎi)一些技術(shù)不可能做強做大?！彼f(shuō)。

據張宏宇介紹，目前公司成立還不到一年，已經(jīng)有150多人的團隊，到年底將接近200人。在產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度方面，速度至少比國外大公司快一倍，因為團隊既有豐富的實(shí)戰經(jīng)驗，又有高昂的斗志和拼搏精神。

“芯”篤行遠，賦能智能汽車(chē)高效更“芯”換代

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

芯礪智能對智能汽車(chē)市場(chǎng)的需求有自己獨到的見(jiàn)解，并擁有一系列差異化的核心競爭力，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(kāi)放的并行計算架構、算力內核和高效、完整的工具鏈，而且與生態(tài)合作伙伴密切協(xié)同，能夠為客戶(hù)提供具有差異化特色、靈活可定制、全球領(lǐng)先的車(chē)載大算力平臺芯片及解決方案。在智能駕駛、智能座艙和艙駕一體等不同應用、大跨度差異化需求高速增長(cháng)的當下，芯礪智能正在幫助智能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高效地更“芯”換代，開(kāi)辟智能汽車(chē)算力競賽的發(fā)展新路徑！

消息來(lái)源：焉知智能汽車(chē)