上海2022年10月12日 /美通社/ -- 近年來,智能汽車行業(yè)對于大算力芯片的需求迅速增長,但是高昂的芯片成本令不少車企望而卻步,影響了汽車智能化發(fā)展的速度。與此同時,一種名為芯粒(Chiplet)的技術突然火了起來,這種技術通過將一顆大芯片拆分成若干小芯片,再重新封裝在一起,能夠大幅降低大算力芯片的成本,用相對傳統(tǒng)的工藝實現(xiàn)甚至超過更先進工藝所能達到的性價比。
芯粒技術能否解決智能汽車的算力瓶頸?專家們對此眾說紛紜,有觀點認為芯粒(Chiplet)技術并不適合汽車市場,這種觀點是否合理?焉知特別采訪了芯礪智能創(chuàng)始人兼CEO張宏宇,作為智能汽車芯片領域的先行者,其圍繞當前行業(yè)熱點問題分享了如下觀點。
算力競賽:后摩爾時代路在何方?
汽車智能化的本質是軟件化。未來的智能汽車無不高度依賴于軟件,而軟件定義汽車的基礎是高性能芯片。在智能汽車賽道的白熱化競爭中,算力不足已成為一個主要瓶頸。
英偉達剛剛發(fā)布了一則轟動性新聞,推出其2000 TOPS算力的DRIVE Thor-X中央計算平臺芯片;高通也不甘示弱,緊隨其后發(fā)布了同等級算力的Snapdragon Ride Flex芯片。這標志著智能汽車的算力競賽正式拉開帷幕。
但在后摩爾時代,大算力芯片的研發(fā)和制造成本居高不下,一款5nm芯片的研發(fā)費用已超過5億美元,3nm的研發(fā)費用超過15億美元。工藝方面,英偉達的Thor-X采用臺積電4nm工藝制造,其代價可想而知。此外,大算力芯片的面積不斷增大,良率隨之下降,價格不斷飆升,令車企叫苦不迭。
反觀中國智能汽車市場,眾多車企的激烈競爭使產(chǎn)品差異化、多樣化愈發(fā)突顯,伴隨市場需求碎片化,芯片設計者無法攤薄制造和研發(fā)投入,更加制約了國產(chǎn)大算力芯片的發(fā)展,加重了汽車行業(yè)對進口芯片的依賴。
后摩爾時代,半導體行業(yè)如何破解保持低成本的同時又能滿足不斷增長的大算力需求難題?誰又能擔此重任?
時不我待,汽車大算力芯片機會顯現(xiàn)
面對算力需求越來越大、芯片成本越來越高的客觀形勢,半導體行業(yè)需有引領者挺身而出,以開放、創(chuàng)新的思路開辟智能汽車算力競賽的發(fā)展新路徑。
2021年11月,清華大學電子工程系90級科班出身,擁有25年國際化企業(yè)SoC產(chǎn)品研發(fā)及管理經(jīng)驗的張宏宇一手創(chuàng)辦了芯礪智能科技(上海)有限公司(以下簡稱:芯礪智能),擔負起利用芯粒(Chiplet)技術開辟車載大算力芯片發(fā)展新路徑的使命。
作為全球首家利用芯粒技術研發(fā)車載大算力芯片的高科技初創(chuàng)企業(yè),芯礪智能致力于成為智能汽車平臺芯片的全球領導者。最近半年內,該公司獲得了近3億元天使輪及產(chǎn)業(yè)輪融資,公司的產(chǎn)品研發(fā)節(jié)奏持續(xù)提速。
芯礪智能CEO張宏宇在接受采訪時表示:“對于半導體產(chǎn)業(yè)來說,現(xiàn)在確實是一個百年難遇的好機會,特別是智能汽車芯片領域,亟需可以超越摩爾定律的技術創(chuàng)新,而Chiplet是最具有實現(xiàn)性的選擇?!?/p>
初心不改,肩負使命再度出山
創(chuàng)建芯礪智能,已經(jīng)是張宏宇的第三次創(chuàng)業(yè),1999年他在美國加入初創(chuàng)的掌微科技(Centrality),做的是車載導航娛樂系統(tǒng)的SoC芯片,可以說是吹響了汽車智能化的第一聲號角。而且公司做得非常成功,到2007年已經(jīng)做到全球市占率第一(超過70%),年出貨量超過1000萬顆車規(guī)級SoC芯片。也就是在那一年,掌微被美國上市公司SiRF以將近3億美元的價格收購。
2015年,賽靈思(Xilinx)找他去負責SoC研發(fā)部門,因為這個部門的前任領導人去了特斯拉,和AMD的架構師Jim Keller一起為特斯拉開發(fā)FSD芯片。
他在賽靈思服務五年,做了兩代高性能計算平臺芯片產(chǎn)品 -- 16nm Ultrascale+?和7nm Versal?,都通過了車規(guī)和功能安全認證,也讓張宏宇積累了更多經(jīng)驗。
“賽靈思讓我有幸回到車載芯片這個行業(yè),并且從高性能計算平臺的角度去重新審視和思考?!睆埡暧钫f。
近幾年,異軍突起的特斯拉成為汽車智能化的先驅,在汽車電子電氣架構方面率先實現(xiàn)了中央計算平臺和軟硬件分離,能夠通過OTA遠程升級方式不斷更新汽車軟件和改善用戶體驗。特斯拉用IT技術從互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)視角顛覆了百年間幾乎一成不變的汽車產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)商業(yè)模式,給汽車行業(yè)帶來了新生。
這讓張宏宇又一次看到了機會。如果要往軟硬件分離、軟件定義汽車方向發(fā)展,硬件就必須采用中央計算架構,并能提供足夠的算力。放眼看,現(xiàn)在全球還沒有一個特別適合大算力車載中央計算平臺的芯片產(chǎn)品。
相時而動,當機立決。2020年,張宏宇離開賽靈思,開始籌劃又一次創(chuàng)業(yè)。
獨辟蹊徑,瞄準智能汽車芯片算力瓶頸靶心
張宏宇認為,芯片廠商的成功取決于產(chǎn)品定義能否滿足市場的需求。市場中有許多車企,一定會有各自不同的要求,特別是中國市場非常多元化,有一些激進者,希望采用最大算力的芯片;也有些按部就班,偏向于采用中低算力芯片。每個車企的不同車型也有不同層次的需求。對芯片公司來說,當然希望能夠滿足大多數(shù)客戶的產(chǎn)品需求,要做到這一點,就需要有可以方便擴展算力的架構和相對通用的平臺。但從車企角度來看,每家都希望有自己特色的差異化方案,所以兩者是矛盾的。怎么解決呢?
“要解決這個矛盾,芯片的架構設計必須有兩個特點。第一,有足夠的通用性和可擴展性,能夠對不同的客戶需求有很好的適應性;第二,有足夠的靈活性,能夠針對一些特定客戶的需求實現(xiàn)一定程度的定制?!睆埡暧畋硎尽?/p>
舉例來說,無論是智能座艙還是智能駕駛,客戶對算力的需求都不盡相同。換句話說,市場對于芯片的CPU、GPU和NPU等算力單元的配置都存在非常多樣化的需求,僅僅依靠少數(shù)幾款芯片無法滿足。同時,每一款芯片的銷量也相對有限,難以攤薄研發(fā)成本,導致芯片價格居高不下。顯然,傳統(tǒng)的技術路線存在明顯的瓶頸,無法有效提供算力的擴展性和靈活性,來滿足智能汽車市場的多樣化需求。因此,芯礪智能選擇了Chiplet作為實現(xiàn)中央計算平臺芯片的核心技術路線。
熱潮涌動,Chiplet能否突破摩爾定律天花板?
在過去數(shù)十年當中,仰賴于摩爾定律,算力需求的增長并沒有對芯片的價格產(chǎn)生直接的壓力。如今,摩爾定律已經(jīng)逐漸失效,依靠更先進的工藝已經(jīng)無法降低大算力芯片的高昂成本,因此Chiplet技術得到了越來越多芯片廠商的青睞。但是,Chiplet在超越摩爾這條路上到底能有多大作用呢?
張宏宇認為:“作用非常大,而且是未來幾年真正可實現(xiàn)的超越摩爾定律的一條路?!焙竽枙r代,Chiplet是被寄予厚望的異構集成技術。它是在封裝中集成多個不同功能的小芯片(裸片),這些小芯片可以采用不同架構甚至不同工藝,所以叫異構集成。之所以說Chiplet最現(xiàn)實,是因為其在服務器領域已經(jīng)成功應用,AMD在過去5年中業(yè)務發(fā)展得非常好,原因就是Chiplet做得好。
Chiplet解決了服務器領域最先碰到的擴展性和算力瓶頸的問題。比如,原來CPU是8核、16核、32核,現(xiàn)在是64核、128核,如果用單芯片,芯片會越來越大,越來越貴,甚至無法制造。
為此,服務器芯片供應商率先改變方式,將大芯片拆成小芯片再拼裝,用先進封裝和異構集成來解決問題。當然,Chiplet也不能跟先進封裝完全劃等號,而且先進封裝在車載芯片的可靠性方面尚未得到驗證,成本也相對較高。先進封裝概念涉及硅片設計和晶圓制造,不同的小芯片通過硅中間層實現(xiàn)互連,中間用TSV(過孔)互連,挑戰(zhàn)很大。況且,目前具有規(guī)?;冗M封裝生產(chǎn)能力的,只有臺積電、英特爾、三星等少數(shù)廠家。張宏宇說,Chiplet完全可以通過傳統(tǒng)封裝來實現(xiàn),從而滿足車載芯片可靠性和成本控制的要求。當然,這需要在Chiplet互連技術上有一定的創(chuàng)新。芯礪智能在這方面有自主研發(fā)的IP,來降低對封裝技術的要求。
此外,要真正做好Chiplet,還要有創(chuàng)新的架構設計。
芯片拆小后帶來的直接好處是良率提升,因為芯片面積越大,良率就越低;良率越低,成本就越高。把芯片拆小解決了產(chǎn)品良率問題,降低了成本。不過,客戶要的不僅僅是更低的成本,還需要更高的性價比。成本下降是好事,但芯片拆分之后性能也會下降。因為一顆芯片內部的通信效率一定比多顆芯片之間的通信效率要高,所以拆成小芯片后要維持性能的穩(wěn)定也是一個難題。
要解決這個問題,首先是從架構設計上解決怎么“拆”,像庖丁解牛那樣充分了解不同的系統(tǒng)架構和數(shù)據(jù)流,知道在哪里下刀;然后才是“合”的問題 -- 采用合理的互連和封裝技術進行集成。
貴在創(chuàng)新,Chiplego(芯礪)開辟算力競賽新路徑
芯礪智能獨創(chuàng)的Chiplet互連技術能提供高帶寬、低延遲的片間(die-to-die)互連總線,結合創(chuàng)新的嵌入式高性能計算平臺(eHPC, embedded High Performance Computer)芯片架構,可利用相對成熟的半導體制造和封裝技術,突破對先進工藝的依賴。
eHPC平臺主要針對需要高算力和低成本的新興需求。本來兩者是矛盾的,因為高算力一般意味著高成本,像服務器芯片;低成本一般就意味著低算力,像移動計算芯片;如果像車載算力平臺芯片那樣,既要高算力又要低成本,就需要創(chuàng)新的eHPC架構以及Chiplet技術來實現(xiàn)。
車載中央計算平臺芯片的性價比很重要,生態(tài)也很重要,后者決定芯片是不是好用。任何產(chǎn)品要讓客戶愿意買單,兩者缺一不可。如果用Chiplet實現(xiàn)芯片異構集成,同時把底層軟件和工具鏈集成好,客戶拿去以后,只要把上層軟件和算法放上去跑就夠了。不同算力配置的系統(tǒng)軟硬件基本上能夠兼容,無論是2000TOPS還是100TOPS的NPU算力,無論是10TFLOPS還是1TFLOPS的GPU算力,客戶都不需要改變其開發(fā)環(huán)境。這樣,既簡化了系統(tǒng)集成,又能方便應用創(chuàng)新。
芯礪智能的產(chǎn)品是車載中央計算平臺芯片,技術路線是Chiplet異構集成,秉持的是一種開放的心態(tài):Chiplet所集成的多顆小芯片不一定都是自己的,可以開放其中一部分,就像特斯拉中央計算平臺方案中有自研的FSD芯片,也有其他廠商的芯片那樣。
“我們要做的是賦能整個產(chǎn)業(yè),不能單打獨斗,芯礪智能的Chiplet互連接口可以開放給更多的廠商使用。”張宏宇說。
孰輕孰重?半導體企業(yè)的“大”與“強”
半導體企業(yè)如何才能做大做強呢?張宏宇認為:“半導體企業(yè)最重要的是做強,做強了才能做大,做大了未必能做強?!比绻揽繃a(chǎn)替代,或許能夠解決從0到1的問題,但要解決企業(yè)從1發(fā)展到100的問題,首先必須依靠過硬的產(chǎn)品,才能夠在激烈競爭的市場上生存下來,然后再通過不斷積累的技術優(yōu)勢,逐步贏得越來越大的市場份額。
“做企業(yè)不能太急功近利,要扎扎實實建立一些差異化的核心競爭力,這需要花時間,光靠買一些技術不可能做強做大?!彼f。
據(jù)張宏宇介紹,目前公司成立還不到一年,已經(jīng)有150多人的團隊,到年底將接近200人。在產(chǎn)品研發(fā)進度方面,速度至少比國外大公司快一倍,因為團隊既有豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗,又有高昂的斗志和拼搏精神。
“芯”篤行遠,賦能智能汽車高效更“芯”換代
Chiplet技術路線兼具靈活擴展、降低成本、提高良率和加快產(chǎn)品上市等優(yōu)勢,是公認的后摩爾時代半導體產(chǎn)業(yè)針對大算力芯片的最優(yōu)解之一。在產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的共同推動下,Chiplet正在不斷擴大其商業(yè)應用版圖。
芯礪智能對智能汽車市場的需求有自己獨到的見解,并擁有一系列差異化的核心競爭力,特別是在Chiplet等核心技術方面的積淀和創(chuàng)新。不僅有先進、開放的并行計算架構、算力內核和高效、完整的工具鏈,而且與生態(tài)合作伙伴密切協(xié)同,能夠為客戶提供具有差異化特色、靈活可定制、全球領先的車載大算力平臺芯片及解決方案。在智能駕駛、智能座艙和艙駕一體等不同應用、大跨度差異化需求高速增長的當下,芯礪智能正在幫助智能汽車產(chǎn)業(yè)高效地更“芯”換代,開辟智能汽車算力競賽的發(fā)展新路徑!