轉(zhuǎn)自：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

可擴(kuò)展算力架構(gòu)、更高良率、異質(zhì)集成能力與更強(qiáng)可靠性，多芯片設(shè)計(jì)有效彌補(bǔ)了單片式SoC的局限。

受算力需求攀升、功能安全要求提高以及向可擴(kuò)展半導(dǎo)體架構(gòu)轉(zhuǎn)型等因素驅(qū)動(dòng)，現(xiàn)代汽車(chē)電子正經(jīng)歷快速變革。支撐這一變革的最重要技術(shù)突破之一，便是多芯片系統(tǒng)集成方案的普及。

多芯片設(shè)計(jì)是指將多顆同質(zhì)或異質(zhì)半導(dǎo)體裸片集成于單一封裝內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的可擴(kuò)展性、更高性能與更好的可靠性。這一架構(gòu)演進(jìn)對(duì)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、自動(dòng)駕駛及數(shù)字座艙應(yīng)用尤為關(guān)鍵，傳統(tǒng)的單片式SoC設(shè)計(jì)已難以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的需求。

汽車(chē)應(yīng)用環(huán)境對(duì)電子器件提出了極為嚴(yán)苛的工作條件要求。器件必須耐受振動(dòng)、極端溫度、濕度與電磁干擾，同時(shí)滿(mǎn)足功能安全標(biāo)準(zhǔn)。此外，車(chē)輛需在極少維護(hù)的情況下可靠運(yùn)行 10–15 年。隨著汽車(chē)自動(dòng)駕駛等級(jí)提升，算力需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。更高等級(jí)的自動(dòng)駕駛需要復(fù)雜的處理鏈路，包括 CPU、GPU、AI 加速器、數(shù)字信號(hào)處理器及高帶寬存儲(chǔ)子系統(tǒng)。這些需求往往超出單片芯片制造的實(shí)際極限，進(jìn)而推動(dòng)行業(yè)向模塊化多芯片架構(gòu)轉(zhuǎn)型。

多芯片設(shè)計(jì)具備多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。首先，它提升了可擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)人員可復(fù)用成熟裸片并以不同組合方式集成，相較于為每款產(chǎn)品重新設(shè)計(jì)全新單片芯片，能大幅縮短開(kāi)發(fā)周期并降低風(fēng)險(xiǎn)。其次，將功能拆分至更小尺寸裸片可提升制造良率。大尺寸單片裸片缺陷率更高，而小裸片能顯著提升有效芯片產(chǎn)出概率。第三，多芯片封裝支持異質(zhì)集成，設(shè)計(jì)人員可將采用不同工藝節(jié)點(diǎn)的組件組合使用，例如將先進(jìn)數(shù)字邏輯芯片采用前沿工藝，模擬或 I/O 電路采用成熟工藝，從而在功耗、性能與成本間實(shí)現(xiàn)最優(yōu)平衡。

此外，其核心優(yōu)勢(shì)還在于互聯(lián)性能提升。封裝內(nèi)部的裸片間通信，相比傳統(tǒng) PCB 板上的芯片間通信，帶寬顯著更高、時(shí)延更低。這對(duì)自動(dòng)駕駛中的AI推理運(yùn)算、傳感器融合及高清攝像頭處理尤為重要。2.5D 中介層、3D 堆疊與微凸點(diǎn)互聯(lián)等先進(jìn)封裝技術(shù)可實(shí)現(xiàn)極高 I/O 密度，支持將存儲(chǔ)器堆疊在計(jì)算裸片上方，或?qū)⒐δ苣K分布至多顆裸片，同時(shí)維持高數(shù)據(jù)吞吐量。

安全性與可靠性仍是汽車(chē)多芯片系統(tǒng)的核心考量。ISO 26262 等標(biāo)準(zhǔn)要求具備故障檢測(cè)、冗余設(shè)計(jì)與故障安全機(jī)制。多芯片架構(gòu)也帶來(lái)額外挑戰(zhàn)，包括裸片間互聯(lián)監(jiān)測(cè)、熱熱點(diǎn)管控及封裝級(jí)可靠性保障。為應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員引入硅生命周期管理（SLM）技術(shù)，包括工藝、電壓與溫度傳感器、糾錯(cuò)編碼及健康監(jiān)測(cè)電路。這些機(jī)制支持預(yù)測(cè)性維護(hù)與現(xiàn)場(chǎng)診斷，確保故障及早被發(fā)現(xiàn)并處理，避免危及行車(chē)安全。

區(qū)域架構(gòu)與軟件定義汽車(chē)等新興整車(chē)設(shè)計(jì)趨勢(shì)，也進(jìn)一步推動(dòng)了多芯片架構(gòu)的應(yīng)用。現(xiàn)代設(shè)計(jì)不再將大量小型電控單元分散布置于車(chē)身，而是將算力資源集中于高性能處理器。多芯片平臺(tái)可靈活擴(kuò)展算力，覆蓋從入門(mén)級(jí)駕駛輔助到完全自動(dòng)駕駛的各級(jí)別車(chē)型。廠(chǎng)商可通過(guò)將基礎(chǔ)裸片與可選 GPU 或AI加速器裸片組合，打造芯片系列，實(shí)現(xiàn)高效的產(chǎn)品差異化。

盡管優(yōu)勢(shì)顯著，多芯片設(shè)計(jì)也帶來(lái)了工程復(fù)雜性。設(shè)計(jì)人員需謹(jǐn)慎劃分功能、優(yōu)化互聯(lián)拓?fù)洌Ⅱ?yàn)證多裸片間的系統(tǒng)級(jí)行為。更高功耗密度使熱管理難度加大，驗(yàn)證流程需同時(shí)兼顧裸片級(jí)與封裝級(jí)交互。不過(guò)，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具的進(jìn)步與標(biāo)準(zhǔn)化互聯(lián)協(xié)議的普及，正讓這些挑戰(zhàn)逐步可控。

多芯片半導(dǎo)體集成正成為下一代汽車(chē)電子的基礎(chǔ)技術(shù)。憑借可擴(kuò)展算力架構(gòu)、更高良率、異質(zhì)集成能力與更強(qiáng)可靠性，多芯片設(shè)計(jì)有效彌補(bǔ)了單片式 SoC 的局限。隨著汽車(chē)持續(xù)向自動(dòng)駕駛與軟件定義功能演進(jìn)，多芯片系統(tǒng)將在支撐未來(lái)汽車(chē)平臺(tái)所需的性能、安全與靈活性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。