车轮上的计算机。这就是人们目前对汽车的看法。实际上，从打开车窗到计算当前扭矩需求下的最佳油气混合物，汽车中发生的一切都由微控制器监控和驱动。但是，就计算能力进入汽车的程度而言，这只是刚刚触及表面。


自动驾驶汽车L3和robotaxis的崛起

自动驾驶时代即将到来，汽车行业的计算需求也将随之进入一个新时代。自动驾驶汽车需要大量传感器来扫描环境，并为汽车提供模拟人类驾驶所需的数据。IDTechEx 的 "2024-2044 年自动驾驶汽车和机器人轴 "报告发现，领先的 SAE 4 级机器人轴拥有多达 40 个独立传感器。再加上汽车市场即将推出的自动驾驶技术，这将推动汽车传感器市场实现 13% 的 10 年复合年增长率。然而，如果没有高性能计算来处理传感器的数据并构建环境的三维渲染图，为车辆的程序化驾驶策略提供依据，那么传感器本身几乎毫无用处。

高性能计算（HPC）从传感器阵列中获取实时数据输出，并执行若干重要流程。它所面临的两个关键挑战是传感器融合和物体分类，而对于完成这两项工作的顺序存在一些分歧。有些人认为早期融合是最好的，在这种情况下，所有传感器数据都会被整合到场景的三维渲染中，然后由车辆的高性能计算单元运行人工智能算法，对检测到的每个物体进行识别和标记。另一些人则认为，应从每个传感器生成一个物体列表，然后将结果进行融合。这样做的好处是可以交叉参考每个传感器的检测结果，并检查是否一致。但这样做的缺点是在处理来自不同传感器的目标列表之间的差异时面临挑战。

无论采用后期融合还是早期融合，HPC 仍将以图像处理的形式进行大量数据处理，并运行人工智能算法进行图像分类和制定驾驶策略。处理这些任务的关键部件是图形处理器（GPU）、计算处理器（CPU）和内存。通常情况下，这些都是独立的分立组件；然而，自动驾驶汽车对 HPC 的特殊要求导致它们被组合到称为 SOC 或片上系统的单芯片上。这些芯片将 GPU、CPU、RAM 等集成到一块硅片上。理想的 SOC 可以接收来自车辆所有自动驾驶传感器的数据，对其进行处理，对所有检测到的物体进行识别和分类，并根据驾驶策略创建一套转向、油门和制动操作。因此，SOC 负责整个自动驾驶系统。

要满足自动驾驶的计算要求，关键在于将所有这些功能集成到一个芯片上。由于物理分隔几乎为零，芯片的每个部分都能以接近零的延迟、几乎无噪声和巨大的带宽交换数据。这与将分立元件分布在印刷电路板上的做法截然不同，更多的接口和更多的数据线会带来噪音和延迟。

Mobileye 和 Nvidia 最近一直在提高计算能力，从几 TOPS（每秒太赫兹运算）到几十 TOPS，再到现在的几百 TOPS，目标是几千 TOPS。这些改进的主要途径是台积电和三星等领先代工厂采用越来越小的节点尺寸。它们一直在通过其支持的代工厂采用更小的节点技术来实现这些改进。


汽车芯片超先进制程迈进

日本芯片设计公司Socionext近期宣布，已开始研发3nm的ADAS（先进驾驶辅助系统）和自动驾驶定制化SoC，芯片将采用台积电的最新"N3A"工艺，预计2026年进行量产（委托台积电生产）。

长期以来，汽车芯片一直被认为是“工艺落后者”，但在汽车电动化、智能化、网联化和共享化趋势的推动下，28nm以下成熟工艺制程的车规级芯片已经跟不上产业的快速转型。实际上，汽车芯片正在加速迈向先进制程——2019年高通推出7nm工艺骁龙8155车规级芯片；汽车行业在2022年开始使用5nm工艺；今年上半年，联发科声明，将于2024年发布首款3nm汽车芯片，并在2025年实现量产。

汽车芯片正由过去工艺制程相对落后、量大价低的行业洼地，摇身一变成为芯片行业高精尖技术的应用先锋，芯片企业争相抢占的技术制高点。

据悉，Socionext还将在最先进的2nm芯片的设计上和台积电以及Arm进行合作，将利用台积电的2nm制程技术，计划2025年上半年开始向客户出货样品，样品将采用把功能各异的芯片进行组合的Chiplet技术。

值得注意的是，英伟达和联发科也早在5月29日宣布达成合作：联发科将开发集成英伟达 GPU 芯粒（chiplet）的汽车SoC，搭载英伟达AI和图形计算IP。该芯粒支持互连技术，可实现芯粒间流畅且高速的互连互通。

随着汽车“新四化”浪潮的推进，汽车电子架构从分布式向中央与集成转变，衍生出跨域融合的新计算芯片需求。今天汽车芯片要解决的问题是怎样在算力扩展的需求下，做到高性能低成本，同时还要安全可靠。

Chiplet可以大幅简化汽车芯片迭代时的设计工作和车规流程，同时增加汽车芯片的可靠性，提供更好的灵活性，满足车载市场碎片化、多元化的需求，具有独到的技术优势。

并且，在Chiplet的系统级架构设计下，通过2.5D/3D堆叠等先进封装技术，使用10nm工艺制造出来的芯片可以达到7nm芯片的集成度，其研发投入和一次性生产投入则比7nm芯片的投入要少的多。

国产芯片加速替代

目前，国产汽车的“芯痛”问题不仅在于较低的自主可控率，还包括整车企业不敢用国产芯、前端芯片设计企业不愿进入汽车行业等。

对此，拥有汽车与集成电路两张王牌的上海无法坐视。市经信委主任张英说，上海是汽车产业重镇，已布局8家整车企业、600余家国内外核心零部件企业，今年前10月，仅新能源汽车产量就达103万辆，占全国14%；上海集成电路产业同样硬核，规模已超3800亿元，约占全国25%。市经信委智能制造推进处处长韩大东还补充了一组人才数据。“上海汽车产业中高端人才占全国22%，上海集中了全国40%的集成电路人才。这两大产业，上海在全国可谓集中度最高、产业链最完整、竞争力最强。因此我们推动汽车与芯片‘车芯联动’，培育从芯片研发、设计、生产、封装测试、验证一直到整车应用的完整产业链群，也有信心为行业蹚出一条有效路径。”

韩大东介绍，上海集成电路企业逾1300家，其中芯片企业约400家。“我们计划第一步，三年内培育100家以上的新能源汽车芯片的研发设计企业、两家IDM（半导体行业垂直整合制造）主导企业。这是我们的重中之重。”

为实现目标，市经信委和上海汽车芯片产业联盟还安排了配套的绝招，包括揭牌上海汽车芯片工程中心，以及上海汽车芯片检测认证公共实验室。芯片企业流片费用较高，且必须依托晶圆制造厂，但晶圆厂因产能紧张，往往无暇顾及小订单。上海汽车芯片工程中心可提供小批量试制线，帮助中小车规级芯片企业解决晶圆制造问题，计划形成月产能5000片的制造能力。上海汽车芯片检测认证公共实验室则致力于为汽车芯片产业链上下游企业提供相关的检测、资质认可服务。

据了解，上海汽车芯片产业联盟于今年2月由上汽集团、联合电子、华大半导体、华虹宏力等40多家企业共同发起成立。联盟成立后，上汽集团即拿出49款急需联合攻关的高算力、高规格汽车芯片，面向联盟揭榜挂帅，征求国产化替代可行性。结果，被联盟成员“一口回绝”的极少，大部分芯片都被归为“可讨论”范畴，这极大提振了业内信心。另外，自2021年起，上海市集成电路行业协会已连续三年编制“长三角汽车电子芯片手册”，谋求区域抱团共进。据协会高级顾问徐秀法介绍，苏浙皖沪三省一市参与该手册征集的企业数，已从2021年的48家，增至去年69家，征集到的国产车规级芯片数从148种增加到215种。“通过生态搭建、上下游协同联合攻关，再加上政策支持，3至5年后，国产化率一定会有显著突破。”徐秀法说。