汽车芯片未来展望：10000 个挑战点待突破

在当今科技飞速发展的时代，现代汽车正经历着一场革命性的变革，迅速演变成 “车轮上的数据中心”。它不再仅仅是简单的交通工具，还需具备自主性、安全性以及持续的软件更新能力。这一系列的新需求使得高性能计算成为汽车不可或缺的要素。然而，汽车的运行环境与数据中心、智能手机有着天壤之别。汽车系统必须在车辆 10 - 15 年的使用寿命内，承受高温、振动以及全天候运行的恶劣条件，并且要保证可靠运行。

在这样的背景下，比利时的研究机构 imec 发挥着至关重要的作用。该机构拥有数十年的半导体创新经验，正将这些宝贵的经验应用于汽车行业面临的一个紧迫挑战 —— 设计强大、高效且长期稳健的车载计算平台。imec 汽车副总裁 Bart Plackle 在比利时安特卫普举行的 ITF World 2025 上指出：“汽车将成为人们所拥有的最高端的计算设备，但它是在道路上行驶，而非处于温控服务器机房中。随着汽车自主性水平的不断提高，现有所有权模式也将发生转变，汽车系统将几乎不间断地运行。”

Plackle 还强调，欧洲凭借丰富的汽车传统和全新的半导体战略，在引领移动出行与微电子融合方面具有独特的优势。在《欧洲芯片法案》等支持区域发展的举措推动下，imec 处于这一转型的核心位置。欧洲汽车产业实力雄厚，拥有众多知名汽车制造商、一级供应商以及悠久的行业历史。而 imec 拥有深厚的技术底蕴，涵盖先进的封装、芯片架构和系统集成等领域，正在进行前沿研究，以满足汽车级工业应用的需求。

几十年来，单片系统级芯片 (SoC) 一直是驱动从智能手机到汽车电子控制单元 (ECU) 等各种设备的核心。但随着自动驾驶和联网汽车计算需求的急剧增加，这种传统方法的局限性日益凸显。Plackle 指出：“你不能因为一个良率问题就放弃一个价值数十亿美元的设计。”

Chiplet 作为一种小型模块化处理单元，可组合成一个封装，已在数据中心和消费设备中证明了其价值。如今，imec 认为 Chiplet 应应用于汽车领域，并通过其汽车 Chiplet 计划 (ACP) 来推动这一进程。Plackle 表示：“我们看到其他应用场景，如高性能计算 (HPC)、数据中心和平板电脑等，也开始转向 Chiplet。考虑到自动驾驶汽车所需的性能水平，汽车显然需要这种级别的性能和灵活性，而 Chiplet 正是实现这些的关键。”

Chiplet 具有诸多优势，如更高的良率、成本效益、架构灵活性以及异构集成等，每个 Chiplet 都可针对特定功能进行优化。然而，将这种模式应用于汽车领域也带来了新的问题。Plackle 提出：“10,000 个连接能否在恶劣环境下持续使用 15 年？这是我们正在努力验证的问题之一。”

目前，ACP 计划正从架构可行性研究阶段迈向实际实施阶段。位于德国海尔布隆的 Imec 先进芯片设计加速器正在创建功能参考平台，以展示 Chiplet 在实际汽车场景中的可行性。Plackle 表示：“我们并非在开发具体产品，而是在构建基于 Chiplet 的 ECU 的参考模型。这些都是 A 级样品，是汽车制造商评估该技术并建立信心的重要依据。”

除了芯片设计，imec 还运用热机械模拟装置和配备传感器的虚拟芯片来测试封装在压力下的状况，并预测故障。Plackle 解释道：“我们希望发现故障，因为任何分层或焊球剪切现象都能让我们了解薄弱点所在，从而改进设计，提高其可靠性。”

仅依靠计算能力并不能使汽车变得智能，传感器同样起着关键作用。Imec 的 SENSAI 项目正在推动下一代传感器技术的发展，例如 CMOS 摄像头、短波红外成像和全固态硅光子激光雷达 (LiDAR)。Plackle 指出：“如今的传感器市场较为混乱，每家汽车制造商都在尝试不同的传感器组合，但目前尚未形成确定哪种组合效果最佳的标准。”

为了解决这一问题，Imec 构建了模拟框架，即传感器架构的数字孪生，用于虚拟测试不同的传感器配置。Plackle 表示：“我们可以在不实际构建新传感器的情况下，模拟其对事故率和极端情况的影响，这有助于降低成本并加速开发进程。”

此外，Imec 还开展了重点研发项目，包括开发由多个相干模块组成的广域虚拟孔径雷达系统以提高精度，以及开发固态调频连续波激光雷达以克服当前系统的机械弱点。

Plackle 强调：“没有哪家公司能够单枪匹马地让芯片和传感器在汽车上发挥作用，这需要一个协作的生态系统。”IMEC 的标准化和汽车再利用 (STAR) 计划应运而生，该计划将汽车制造商、一级供应商和半导体公司聚集在一起。通过研讨会、论坛和技术焦点小组，STAR 正在就接口、协议和互操作性层建立共识，为实现规模经济奠定基础。

汽车芯片的未来充满挑战，但在 imec 等机构的不懈努力下，我们有理由相信，汽车行业将克服重重困难，迎来更加智能、安全和高效的发展阶段。