汽车计算芯片会如何发展？

芝能科技出品

随着汽车行业快速向电动化和智能化方向迈进，软件定义汽车已成为大势所趋。汽车功能的复杂性增加，使得强大的计算能力成为支撑这些功能实现的核心需求。

在这一背景下，传统单片系统芯片（SoC）面临成本、灵活性等诸多限制，小芯片系统（Chiplet Systems）逐渐崭露头角。小芯片系统通过将单片芯片拆分成独立功能模块并进行高度集成，能够在成本、性能和灵活性上取得更好平衡。

我们从行业现状出发，分析小芯片系统的技术优势和挑战，并探讨其对价值链的深远影响。

行业现状

近年来，汽车行业向电动化、智能化和自动驾驶方向发展，软件在汽车中的重要性日益增加。
随着高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶技术的进步，软件定义汽车已成为行业的核心趋势。预计到 2030 年，具备 L2 及以上 ADAS 功能的轻型车销量将占汽车市场的 50% 左右，几乎是 2022 年销量的两倍。

此外，车内的数字化应用也在增加，增强现实（AR）导航、车载娱乐等功能逐渐普及，为驾乘人员提供了更为丰富的互动体验。

随着软件功能的不断提升，汽车对计算芯片的需求迅速增加。据预测，2023 年至 2030 年，汽车计算芯片市场的复合年增长率（CAGR）将达到 22%，市场规模预计增至 200 亿至 220 亿美元。

这一增长不仅反映了对芯片计算能力的迫切需求，也预示了芯片技术在汽车领域的广泛应用前景。

传统的分布式汽车电子电气（E/E）架构通常采用 50 至 100 个电气控制单元（ECU）来实现不同功能，面对日益复杂的软件功能，这一架构的局限性日益显现。

分布式架构使系统复杂度增加，且各 ECU 之间的通信和协同困难，影响了整体性能。此外，分布式架构难以高效管理资源，无法满足未来智能汽车对计算能力的高要求。

汽车制造商对芯片需求多样，希望芯片供应商能够提供丰富的产品选择，以应对供应链风险并实现产品差异化。但芯片开发的高成本、研发周期长等问题，使得芯片供应商面临盈利压力。
随着汽车行业对计算需求的提升，如何在成本控制与产品性能之间取得平衡，是芯片供应商的关键课题。

为了满足未来需求，汽车制造商和芯片供应商正逐步探索集中式计算架构，期望通过高性能计算（HPC）芯片、定制化 SoC 以及小芯片系统等新技术来实现软硬件的深度融合。特别是小芯片系统，凭借模块化设计和高扩展性，成为一项备受关注的技术。

小芯片系统通过将传统单片 SoC 分解为多个功能性小芯片模块（Chiplet），并利用先进封装技术（如 2.5D 或 3D 封装）将它们集成在一个封装中。

这种模块化架构允许每个小芯片根据功能需求选择合适的工艺节点。例如，计算密集型的 CPU 可以使用 7 - 14nm 工艺节点，而 I/O 模块则可以选择更大节点，从而实现性能优化和成本控制。

● 良率提升与成本降低及模块化与可扩展性增强

◎ 在传统 SoC 中，任意部分的缺陷可能导致整个芯片报废，而小芯片系统中，单个模块出现缺陷仅影响该模块，提高了整体良率，进而降低了成本。

◎ 此外，单片 SoC 需重新设计才能实现功能更新，而小芯片系统支持小芯片的互换和更新，降低了开发成本，提升了适应市场变化的灵活性。

◎ 供应链弹性提升也是小芯片系统的一大优势，它能够在不同供应商之间进行组件采购和整合，减少对单一供应商的依赖，提高了供应链的弹性和风险防范能力。

长期来看，随着技术和生态系统的成熟，小芯片系统有望缩短产品研发周期，促进汽车计算系统的开放化和定制化，满足市场差异化需求。

● 架构设计复杂性高及先进封装成本高

然而，小芯片系统的实现也面临一些挑战。

◎ 首先，小芯片系统的架构设计复杂性高，需要考虑各小芯片间的兼容性，设计难度和研发成本显著增加。

◎ 其次，小芯片系统依赖于 2.5D 或 3D 封装技术，这些封装工艺的制造成本远高于传统封装，限制了小芯片系统在成本敏感型市场中的推广。

◎ 此外，小芯片系统需要统一接口标准，以实现不同供应商模块的互操作性，但行业利益差异可能导致标准化进程受阻。

◎ 最后，小芯片系统的生态建设需要管理各供应商的协作，确保系统兼容性和功能完整性，这增加了管理难度和成本。

小芯片系统对价值链的影响

当前汽车计算芯片的价值链包含芯片设计、芯片制造、PCB 组装和应用软件开发等环节。传统的单片 SoC 模式使得无晶圆厂设计公司（如 NVIDIA、Qualcomm）、晶圆代工厂（如台积电）和一级供应商（如博世、ZF）在各自领域占据核心地位，但这种模式也存在集成度高、灵活性低的问题。

● 小芯片系统架构的出现，重构了汽车计算芯片的价值链。

◎ 在小芯片系统设计阶段，需要考虑各小芯片之间的协调性和兼容性，为专业化设计公司提供了进入市场的机会。

◎ 在制造环节，不同功能的小芯片可以选择不同工艺节点制造，从而分散对先进节点的需求压力。

◎ 在系统集成方面，集成商的角色逐步显现，使得整体供应链更加细分与灵活。

预计到 2030 年，小芯片系统市场规模将达到约 210 亿至 230 亿美元，

● 小芯片设计和系统集成的利润空间较大，吸引了许多新进入者。

◎ 汽车制造商通过参与小芯片系统设计或与小芯片供应商合作，可以实现定制化需求；

◎ 芯片公司可专注于特定功能的小芯片开发，而新进入者则可以在系统集成领域开辟新机遇。

● 对参与者的影响

◎ 车企：小芯片系统提高了汽车制造商的芯片选择自由度，降低了供应链风险，并增加了产品定制化的可能性。

◎ 芯片供应商：专注于特定功能的小芯片设计将成为一种策略，帮助芯片公司应对复杂多样的市场需求。

◎ 新进入者：小芯片系统架构的模块化特性，为新进入者提供了参与设计和集成的机会，加速了产业生态的多样化。

小芯片系统凭借其模块化、扩展性和定制化优势，有望成为未来汽车计算芯片的核心解决方案，技术标准化、生态系统协调及成本控制仍是制约其发展的主要挑战。

随着小芯片系统的逐步成熟，整个价值链将从单一厂商主导向多元化、开放化发展。

小结

对于汽车制造商和芯片供应商而言，小芯片系统不仅带来了提升产品竞争力的机遇，也提出了如何优化设计与供应链的新课题。未来几年中，围绕小芯片系统的创新与合作将成为推动汽车计算芯片技术发展的重要动力，引领汽车行业进入更高效、更智能的新纪元。