隨著電動汽車和智能汽車技術(shù)的迅猛發(fā)展，汽車半導(dǎo)體市場正經(jīng)歷前所未有的變革。在這場變革中，碳化硅（SiC）、Chiplet、RISC-V三大技術(shù)成為了推動汽車半導(dǎo)體發(fā)展的關(guān)鍵動力。本文將深入探討這三種技術(shù)如何為汽車半導(dǎo)體行業(yè)帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

SiC：電動汽車的“綠色心臟”

碳化硅（SiC）作為一種寬帶隙材料，具有獨(dú)特的物理特性優(yōu)勢，如高擊穿電壓、低功率損耗和優(yōu)秀的熱管理性能。這些特性使SiC成為電動汽車動力系統(tǒng)等高壓應(yīng)用的理想選擇。隨著全球電動汽車需求的持續(xù)增長，SiC功率器件在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增加，特別是在逆變器、車載充電器（OBC）、直流轉(zhuǎn)換器（DC-DC）以及充電樁等領(lǐng)域。

SiC的應(yīng)用使得電動汽車產(chǎn)品更輕巧、高效，有助于提高電動汽車的續(xù)航里程。例如，采用SiC MOSFET的電動汽車能夠行駛更遠(yuǎn)的距離，并能夠更快地充電，這使得電動汽車在擁擠和人口密集的城市地區(qū)成為內(nèi)燃機(jī)車輛的有效替代選擇。此外，SiC制造能力的增長也促進(jìn)了其廣泛采用，隨著越來越多的制造商投資SiC生產(chǎn)設(shè)施并開發(fā)更好的制造技術(shù)，SiC基產(chǎn)品的可用性有所增加。

根據(jù)IDC的預(yù)測，到2027年，汽車半導(dǎo)體整體規(guī)模將超過792億美金。其中，SiC功率器件市場預(yù)計(jì)將從2023年的31億美元增長到2029年的108億美元，復(fù)合年增長率達(dá)23.1%。電動汽車占據(jù)了大部分市場份額，特別是逆變器領(lǐng)域，其占比超過了80%。

SiC的廣泛應(yīng)用不僅提升了電動汽車的性能和效率，還推動了功率半導(dǎo)體市場的快速增長。預(yù)計(jì)到2030年，全球?qū)⑸a(chǎn)3900萬輛電池電動汽車，相當(dāng)于2022年至2030年的復(fù)合年增長率為22%。這反過來又推動了功率半導(dǎo)體市場，預(yù)計(jì)到2030年，該市場將使用約50%的硅器件、35%的SiC器件和12%的氮化鎵器件。

Chiplet：重塑汽車芯片的未來

隨著汽車電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)，汽車芯片面臨著更高的算力需求和通信速度要求。傳統(tǒng)的單一芯片設(shè)計(jì)已經(jīng)難以滿足這些需求，而Chiplet技術(shù)則提供了一種新的解決方案。Chiplet技術(shù)是一種將多個小型半導(dǎo)體芯片（Chiplets）聚合在一起，形成一個更復(fù)雜的芯片系統(tǒng)的創(chuàng)新架構(gòu)。這種方法能夠在性能與成本之間取得更好的平衡，相應(yīng)提升生產(chǎn)效率和性能。

Chiplet將多個功能模塊集成在同一封裝中，可以靈活選擇不同的制造工藝和材料，以滿足特定應(yīng)用的需求。這種方法不僅能縮短開發(fā)周期，還能降低研發(fā)成本。在汽車領(lǐng)域，Chiplet技術(shù)被視為一種有效應(yīng)對方案，能夠幫助行業(yè)突破摩爾定律的限制。根據(jù)IDC的預(yù)測，2024年可能是Chiplet應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的元年，到2030年，約30%的中央域控制器芯片將采用Chiplet技術(shù)。

Chiplet架構(gòu)的靈活性不僅體現(xiàn)在硬件設(shè)計(jì)上，還體現(xiàn)在系統(tǒng)級架構(gòu)的優(yōu)化上。例如，Chiplet技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高安全功能與娛樂交互功能的子系統(tǒng)隔離，分別集成于不同Die中。此外，在Chiplet的系統(tǒng)級架構(gòu)設(shè)計(jì)下，通過2.5D/3D堆疊等先進(jìn)封裝技術(shù)，使用10nm工藝制造出來的芯片可以達(dá)到7nm芯片的集成度，同時研發(fā)投入和一次性生產(chǎn)投入則比7nm芯片的投入要少的多。

在車載中央計(jì)算單元（如自動駕駛汽車的域控制器）的設(shè)計(jì)中，Chiplet技術(shù)的引入將針對不同計(jì)算任務(wù)（如圖像處理、人工智能推理、數(shù)據(jù)通信等）定制專用芯粒，然后通過高速互連技術(shù)進(jìn)行組合，從而實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)集成度、更低的能耗和更強(qiáng)的計(jì)算能力。這意味著，戈登·摩爾于半個多世紀(jì)前的洞察，不僅為半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展路徑設(shè)定了導(dǎo)向，且為當(dāng)今Chiplet技術(shù)在車載計(jì)算領(lǐng)域的革新性應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

RISC-V：汽車產(chǎn)業(yè)的開源新機(jī)遇

RISC-V是一種基于精簡指令集（RISC）原則的開源指令集架構(gòu)（ISA），它允許開發(fā)者自由地進(jìn)行創(chuàng)新和定制，以滿足特定需求。在汽車領(lǐng)域，RISC-V架構(gòu)因其低功耗、低成本和靈活性而備受關(guān)注。隨著全球汽車銷量放緩，汽車半導(dǎo)體市場面臨一定的挑戰(zhàn)，但RISC-V等新技術(shù)仍為行業(yè)帶來了新的機(jī)遇。

RISC-V的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，RISC-V的精簡指令集設(shè)計(jì)使得處理器更加高效，能夠更快地處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行任務(wù)。這對于需要實(shí)時響應(yīng)的車輛控制系統(tǒng)尤為重要，如自動駕駛、車輛動態(tài)穩(wěn)定控制等。通過采用RISC-V技術(shù)，汽車制造商可以設(shè)計(jì)出性能更優(yōu)、能耗更低的處理器，從而提升整體車輛性能。

其次，RISC-V的開源特性使得安全研究人員可以更容易地對其進(jìn)行審查和改進(jìn)，從而提高系統(tǒng)的安全性。此外，RISC-V的模塊化設(shè)計(jì)允許開發(fā)者針對特定的安全需求進(jìn)行定制，如加密算法、安全啟動等，進(jìn)一步增強(qiáng)車輛的安全性。

第三，RISC-V的開源模式大大降低了傳統(tǒng)專有指令集架構(gòu)所需的授權(quán)費(fèi)用。汽車制造商可以自由地使用和修改RISC-V架構(gòu)，無需擔(dān)心高昂的授權(quán)費(fèi)用，這有助于降低整車成本，提高市場競爭力。

最后，RISC-V的開放性和靈活性為汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新提供了廣闊的空間。開發(fā)者可以根據(jù)具體需求定制指令集，開發(fā)出更適合汽車應(yīng)用的處理器。這種靈活性不僅有助于推動現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)步，還可能催生出全新的應(yīng)用場景，如更智能的車載系統(tǒng)、更高效的能源管理等。

在汽車領(lǐng)域，RISC-V的應(yīng)用正在不斷推進(jìn)。國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心、北京開源芯片研究院和中科海芯三方聯(lián)合成立了RISC-V車規(guī)級的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，旨在推動國內(nèi)RISC-V車規(guī)芯片技術(shù)的快速發(fā)展。北京開源芯片研究院負(fù)責(zé)提供有競爭力的、穩(wěn)定性的、自主開發(fā)的IP核，中科海芯負(fù)責(zé)把這些IP核產(chǎn)品化，國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心則利用其在生態(tài)領(lǐng)域的積累，提供從芯片設(shè)計(jì)到開發(fā)到制造到應(yīng)用的規(guī)范化流程和工具。

此外，國際上也有多家芯片巨頭投身布局RISC-V。例如，英特爾在2022年發(fā)布了EyeQ Ultra系統(tǒng)的芯片，其中包含了12核RISC-V芯片。歐洲四家半導(dǎo)體公司博世、英飛凌、北歐半導(dǎo)體和恩智浦與美國高通公司在德國慕尼黑聯(lián)合成立了一家新的RISC-V公司Quintauris，共同推動RISC-V在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。

結(jié)語

SiC、Chiplet、RISC-V三大技術(shù)正成為汽車半導(dǎo)體發(fā)展的三大動力。SiC以其獨(dú)特的物理特性，為電動汽車的續(xù)航和性能提供了有力支持；Chiplet技術(shù)通過模塊化設(shè)計(jì)，降低了芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和研發(fā)成本，提升了汽車芯片的算力和通信速度；RISC-V架構(gòu)則以其開源性和靈活性，為汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新提供了廣闊空間。

隨著這些技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，汽車半導(dǎo)體市場將迎來更加繁榮的發(fā)展。未來，我們將看到更多基于這些技術(shù)的創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案，為電動汽車和智能汽車的發(fā)展注入新的活力。同時，這些技術(shù)也將推動汽車半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向更高效、更環(huán)保、更智能的方向發(fā)展，為全球汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。