小晶片是一種模組化的晶片設計方法，能夠強化可擴展性、成本效益和效能，進而使車用技術受惠。

作者：Arm 車用事業部產品與解決方案副總裁 Suraj Gajendra；imec 汽車技術副總裁 Bart Placklé

在往次世代複雜的軟體定義汽車（SDV）轉型過程中，汽車產業正在經歷重大的變革，促使大量的車載電子元件整合至更少數量的高效能運算元件。同時，汽車技術的快速演進也帶來了一個更為棘手的難題：如何以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其自身極限。對自動駕駛、沉浸式資訊娛樂和強化互連的需求，正在將傳統晶片架構推向一個轉捩點。

幸運的是，小晶片技術有助於因應此類挑戰。在汽車產業中，小晶片已經成為一項關鍵技術，可在實現創新的車用系統級晶片（SoC）設計的同時，強化運算的可擴展性和靈活性。

小晶片技術對汽車產業的重要性

汽車產業的領導者已在積極投資次世代的汽車架構，並可望從小晶片整合中獲益。汽車產業近期的發展趨勢也發揮了推動作用，其中包括：

• 集中式運算架構：產業正朝向採用高效能運算單元的集中式架構遷移。算力的集中化使在汽車應用中採用先進的小晶片架構成為可能。
• 人工智慧（AI）的興起：決策對自動駕駛變得越來越重要，小晶片使車廠能將創新週期獨立開來，以確保自身的平台能夠適應未來的發展。
• 效能擴展：隨著汽車整合更多的先進功能，對更高算力的需求也持續激增。小晶片技術可透過專用處理單元的整合來推動效能的擴展，無需重新設計整個系統。
• 推展標準化：包括 Arm 小晶片系統架構（Chiplet System Architecture, CSA）和 imec 的汽車小晶片計畫（Automotive Chiplet Program, ACP）在內等產業倡議，正在為小晶片的互通性設定新的基準。標準化介面將是確保廣泛普及和降低整合複雜性的關鍵。

同時，依賴單片晶片的傳統系統，往往在滿足日益成長的算力、可擴展性和效率方面難以為繼，其面臨的主要挑戰包括：

• 系統的日益複雜：隨著汽車日漸朝著軟體驅動方向發展，傳統的半導體架構無法支撐當前對即時資料處理和 AI 決策等日益成長的需求。
• 製造上的瓶頸：摩爾定律的放緩讓使用傳統 SoC 來擴展效能變得更加昂貴和困難。
• 可靠性的疑慮：對於關鍵任務型的汽車應用而言，在單片設計中進行故障隔離和冗餘將更具挑戰性。

建構新型晶片的方式

基礎運算層面的靈活彈性，能夠推動車廠不斷創新，進而開發出隨著技術進步而發展的客製化解決方案。Arm 在 2024 年三月宣佈計畫推出車用運算子系統（CSS），即希望透過強化的運算和整合能力，來加速基於小晶片的設計建構過程。借助這種模組化方法，整車廠和晶片供應商可以客製和擴展自身的汽車技術，以滿足特定市場的要求，並適應不斷變化的全球法規。

此外，小晶片也為生態系提供許多SoC 設計的可能性。透過 Arm 車用（AE）技術，Arm 使合作夥伴能夠將多個多樣可重用的元件整合到更大的汽車系統中，充分展現了 Arm 運算平台的適應性和可擴展性。

imec 的汽車小晶片計畫

imec 汽車技術副總裁 Bart Placklé 表示：「小晶片為汽車產業的發展提供因應之道，具備打造創新型 SoC 架構所需的靈活性和可擴展性，可滿足新一代汽車日益成長的需求。」

小晶片技術的應用代表了車載中央電腦設計的顛覆性轉變。但如果各家車廠各行其道，那麼在往基於小晶片架構遷移的過程中，其成本之高可能會令人望之怯步。為促進汽車生態系的協作並發揮小晶片技術的優勢，imec 於 2024 年底啟動了 ACP。該計畫在產業中獲得廣泛的回應，並獲得包括 Arm、日月光集團、BMW 集團、Bosch、益華電腦、西門子、鴻軒科技、新思科技、Tenstorrent 和 Valeo 等眾多重要的汽車產業上下游領先企業的支持。

透過聚集半導體廠商、電子設計自動化（EDA）企業和 Tier-1 供應商，ACP 計畫正努力解決關鍵技術挑戰，並探索小晶片在汽車應用中的實際應用場景。此一進展也說明產業的典範轉移，正在從以研究和探索為主的市場競爭前期邁入具體的實作階段。而車廠也將在實作階段開始著手落實基於小晶片技術的設計。

imec 推出的 ACP 計畫，透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於高效能車用運算的理想小晶片架構做好準備。接下來的任務將是根據 ACP 的進展開發基於小晶片的參考設計。此外，imec 在德國巴登-符騰堡州海爾布隆市的人工智慧創新園區 （IPAI） 開啟「先進晶片設計加速器 （Advanced Chip Design Accelerator, ACDA） 專案」，將專注於開發尖端的小晶片技術、系統整合、封裝和 AI 能力，以建構適用於市場競爭前期的參考設計，加快向小晶片遷移的進程並降低相關風險。

ACDA 將在加速汽車產業部署基於小晶片的解決方案中發揮關鍵作用，進而確保小晶片技術的順利整合和加速採用，並降低車廠的開發風險，縮短產品上市時間。

在此之前，於 Arm 英國劍橋總部舉辦的汽車小晶片論壇 （ACF）上，imec 宣佈將有新成員加入 ACP。這彰顯了 ACP 和汽車產業小晶片技術迅速發展的態勢。該論壇吸引了來自汽車和半導體產業的 120 多名與會者參加，會中總結的關鍵結論是：產業需要迅速採取行動，加快小晶片技術的持續開發和部署。除了 ACP 之外，例如 UCIe 和 CSA 等全產業標準，也將是小晶片在整個汽車產業實現規模化應用的關鍵。這些標準將成為 Arm 車用 CSS 等新技術的基礎，有助於加快小晶片的開發和部署。

今日的合作將造就未來的創新

汽車產業正處於根本性轉型的前線，而小晶片正是新時代的基礎。小晶片將重新定義汽車的設計、客製化和升級的方式，車廠也能受惠於小晶片帶來的基本的靈活性，得到自由的創新能力。

有了各方攜手合作，才能推動小晶片在汽車產業的採用。如今借助 ACP 等計畫和倡議形成的合作關係，勢必將推動未來的創新，進而開發出更智慧、更安全的汽車，以此滿足不斷演進的駕乘體驗。

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