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在向新一代復雜的軟件定義汽車 (SDV) 轉變的過程中，汽車行業正在經歷深刻的變革，促使大量的車載電子組件整合至更少數量的高性能計算元件。與此同時，汽車技術的快速演進也帶來了一個愈發棘手的難題：如何以一種節省資源且更具成本效益的方式提供所需的算力？
傳統的單片半導體設計正接近自身極限。對智能駕駛、沉浸式信息娛樂和互聯增強的需求，正在將傳統芯片架構推向一個轉折點。
幸運的是，芯粒技術有助于應對此類挑戰。在汽車行業中，芯粒已經成為一項關鍵技術，可在實現創新的車用系統級芯片 (SoC) 設計的同時，增強計算的可擴展性和靈活性。
芯粒技術對汽車行業的重要性
汽車行業的領軍者已經在積極投資新一代的汽車架構，有望從芯粒集成中受益。汽車行業近期的發展趨勢也起到了推動作用，其中包括：
● 集中式計算架構：行業正在朝向采用高性能計算單元的集中式架構過渡。算力的集中化使得在汽車應用中采用先進的芯粒架構成為可能。
● 人工智能 (AI) 的興起：AI 決策對于智能駕駛變得愈發重要，芯粒使整車廠能夠將創新周期獨立開來，以確保自身的平臺能夠適應未來的發展。
● 性能擴展：隨著汽車集成了更多的先進功能，其對更高算力的需求也持續激增。芯粒技術通過集成專用處理單元，有效推動了性能擴展，無需對整個系統進行重新設計。
● 推進標準化：包括 Arm 芯粒系統架構 (Chiplet System Architecture, CSA) 和 imec 的汽車芯粒計劃 (Automotive Chiplet Program, ACP) 在內等行業倡議，正在為芯粒的互操作性設定新的基準。標準化接口將是確保廣泛普及和降低集成復雜性的關鍵。
與此同時，依賴單片芯片的傳統系統往往在滿足日益增長的算力、可擴展性和效率方面難以為繼，所面臨的主要挑戰包括：
● 系統的日益復雜：隨著汽車日漸朝著軟件驅動方向發展，傳統的半導體架構無法支持當前對實時數據處理和 AI 決策等日益增長的需求。
● 制造上的瓶頸：摩爾定律的放緩讓使用傳統 SoC 來擴展性能變得更加昂貴和困難。
● 可靠性的疑慮：對于任務關鍵型汽車應用而言，在單片設計中實現故障隔離和冗余將更具挑戰性。
新的芯片構建方式
基礎計算層面的靈活性能夠推動整車廠不斷創新，從而開發出隨著技術進步而發展的定制化解決方案。Arm 在 2024 年三月宣布計劃推出汽車計算子系統 (CSS)，意在通過增強的計算和集成能力來加速基于芯粒的設計構建過程。借助這種模塊化方法，整車廠和芯片供應商可以定制和擴展自身的汽車技術，以滿足特定市場的要求并適應不斷變化的全球法規。
此外，芯粒也為生態系統提供了眾多的 SoC 設計可能性。通過 Arm 汽車增強 (AE) 技術，Arm 使合作伙伴能夠將多個可復用組件集成到更大的汽車系統中，充分展現了 Arm 計算平臺的適應性和可擴展性。
imec 的汽車芯粒計劃
imec 汽車技術副總裁 Bart Placklé 表示：“芯粒為汽車行業的發展提供了應對之道，具備打造創新型 SoC 架構所需的靈活性和可擴展性，可以滿足新一代汽車日益增長的需求。”
芯粒技術的應用代表了車載中央計算機設計的一種顛覆性轉變。但如果各家整車廠各行其道，那么在向基于芯粒的架構過渡的過程中，其成本之高可能會令人望而卻步。為了促進汽車生態系統的協作并發揮芯粒技術的優勢，imec 于 2024 年底啟動了 ACP。該計劃在行業中得到了廣泛的關注，并獲得包括 Arm、日月光集團、寶馬集團、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上下游領軍企業的支持。
通過將半導體廠商、電子設計自動化 (EDA) 企業和一級供應商聚集在一起，ACP 計劃正力求解決關鍵技術挑戰，并探索芯粒在汽車應用中的實際用例。這一進展也標志著行業的范式轉變，即正在從以研究和探索為主的競爭前期邁入具體的實現階段。而整車廠將在實現階段開始著手實現基于芯粒技術的設計。
imec 推出的 ACP 計劃通過整合汽車價值鏈中的資源和專業知識，為解決關鍵技術挑戰和找到適用于高性能汽車計算的理想芯粒架構鋪平了道路。接下來的任務將是根據 ACP 的進展情況開發基于芯粒的參考設計。此外，imec 在德國巴登-符騰堡州海爾布隆市的人工智能創新園區 (IPAI) 開啟了“先進芯片設計加速器 (Advanced Chip Design Accelerator, ACDA) 項目”，將專注于開發尖端的芯粒技術、系統集成、封裝和 AI 能力，旨在構建適用于競爭前的參考設計，以加快向芯粒過渡的進程并降低相關風險。
ACDA 將在加快汽車行業部署基于芯粒的解決方案中發揮關鍵作用，從而確保芯粒技術的順利集成和加速采用，并降低整車廠的開發風險，縮短產品上市時間。
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 計劃。這彰顯了 ACP 和汽車行業芯粒技術迅猛發展的勢頭。該論壇吸引了來自汽車和半導體行業的 120 多名與會者參加，最終得出的核心啟示是：行業需要迅速行動起來，加快芯粒技術的持續開發和部署。除了 ACP 之外，諸如 UCIe 和 CSA 等全行業標準，也將是芯粒在整個汽車行業實現規模化應用的關鍵。這些標準將成為 Arm 汽車 CSS 等新技術的基礎，有助于加快芯粒的開發和部署。
今日的合作將造就未來的創新
汽車行業正處于根本性轉型的前沿，而芯粒正是新時代的基石。芯粒將重新定義車輛的設計、定制和提升方式，整車廠也能得益于芯粒帶來的基礎靈活性，獲得不受束縛的創新能力。
各方攜手合作，方能在汽車行業推動芯粒的采用。如今借助 ACP 等計劃和倡議形成的合作關系，勢必會推動未來的創新，從而開發出更智能、更安全的汽車，并以此滿足不斷演進的駕乘體驗。
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