汽车半导体技术革新：SiC、Chiplet、RISC-V的协同作用

随着电动汽车和智能汽车技术的迅猛发展，汽车半导体市场正经历前所未有的变革。在这场变革中，碳化硅（SiC）、Chiplet、RISC-V三大技术成为了推动汽车半导体发展的关键动力。本文将深入探讨这三种技术如何为汽车半导体行业带来新的机遇和挑战。

 

SiC：电动汽车的“绿色心脏”

碳化硅（SiC）作为一种宽带隙材料，具有独特的物理特性优势，如高击穿电压、低功率损耗和优秀的热管理性能。这些特性使SiC成为电动汽车动力系统等高压应用的理想选择。随着全球电动汽车需求的持续增长，SiC功率器件在汽车领域的应用不断增加，特别是在逆变器、车载充电器（OBC）、直流转换器（DC-DC）以及充电桩等领域。

 

SiC的应用使得电动汽车产品更轻巧、高效，有助于提高电动汽车的续航里程。例如，采用SiC MOSFET的电动汽车能够行驶更远的距离，并能够更快地充电，这使得电动汽车在拥挤和人口密集的城市地区成为内燃机车辆的有效替代选择。此外，SiC制造能力的增长也促进了其广泛采用，随着越来越多的制造商投资SiC生产设施并开发更好的制造技术，SiC基产品的可用性有所增加。

 

根据IDC的预测，到2027年，汽车半导体整体规模将超过792亿美金。其中，SiC功率器件市场预计将从2023年的31亿美元增长到2029年的108亿美元，复合年增长率达23.1%。电动汽车占据了大部分市场份额，特别是逆变器领域，其占比超过了80%。

 

SiC的广泛应用不仅提升了电动汽车的性能和效率，还推动了功率半导体市场的快速增长。预计到2030年，全球将生产3900万辆电池电动汽车，相当于2022年至2030年的复合年增长率为22%。这反过来又推动了功率半导体市场，预计到2030年，该市场将使用约50%的硅器件、35%的SiC器件和12%的氮化镓器件。

 

Chiplet：重塑汽车芯片的未来

随着汽车电子电气架构的演进，汽车芯片面临着更高的算力需求和通信速度要求。传统的单一芯片设计已经难以满足这些需求，而Chiplet技术则提供了一种新的解决方案。Chiplet技术是一种将多个小型半导体芯片（Chiplets）聚合在一起，形成一个更复杂的芯片系统的创新架构。这种方法能够在性能与成本之间取得更好的平衡，相应提升生产效率和性能。

 

Chiplet将多个功能模块集成在同一封装中，可以灵活选择不同的制造工艺和材料，以满足特定应用的需求。这种方法不仅能缩短开发周期，还能降低研发成本。在汽车领域，Chiplet技术被视为一种有效应对方案，能够帮助行业突破摩尔定律的限制。根据IDC的预测，2024年可能是Chiplet应用于汽车领域的元年，到2030年，约30%的中央域控制器芯片将采用Chiplet技术。

 

Chiplet架构的灵活性不仅体现在硬件设计上，还体现在系统级架构的优化上。例如，Chiplet技术能够实现高安全功能与娱乐交互功能的子系统隔离，分别集成于不同Die中。此外，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，同时研发投入和一次性生产投入则比7nm芯片的投入要少的多。

 

在车载中央计算单元（如自动驾驶汽车的域控制器）的设计中，Chiplet技术的引入将针对不同计算任务（如图像处理、人工智能推理、数据通信等）定制专用芯粒，然后通过高速互连技术进行组合，从而实现更高的系统集成度、更低的能耗和更强的计算能力。这意味着，戈登·摩尔于半个多世纪前的洞察，不仅为半导体行业的发展路径设定了导向，且为当今Chiplet技术在车载计算领域的革新性应用提供了坚实的理论基础。

 

RISC-V：汽车产业的开源新机遇

RISC-V是一种基于精简指令集（RISC）原则的开源指令集架构（ISA），它允许开发者自由地进行创新和定制，以满足特定需求。在汽车领域，RISC-V架构因其低功耗、低成本和灵活性而备受关注。随着全球汽车销量放缓，汽车半导体市场面临一定的挑战，但RISC-V等新技术仍为行业带来了新的机遇。

 

RISC-V的应用主要体现在以下几个方面：首先，RISC-V的精简指令集设计使得处理器更加高效，能够更快地处理数据和执行任务。这对于需要实时响应的车辆控制系统尤为重要，如自动驾驶、车辆动态稳定控制等。通过采用RISC-V技术，汽车制造商可以设计出性能更优、能耗更低的处理器，从而提升整体车辆性能。

 

其次，RISC-V的开源特性使得安全研究人员可以更容易地对其进行审查和改进，从而提高系统的安全性。此外，RISC-V的模块化设计允许开发者针对特定的安全需求进行定制，如加密算法、安全启动等，进一步增强车辆的安全性。

 

第三，RISC-V的开源模式大大降低了传统专有指令集架构所需的授权费用。汽车制造商可以自由地使用和修改RISC-V架构，无需担心高昂的授权费用，这有助于降低整车成本，提高市场竞争力。

 

最后，RISC-V的开放性和灵活性为汽车产业的创新提供了广阔的空间。开发者可以根据具体需求定制指令集，开发出更适合汽车应用的处理器。这种灵活性不仅有助于推动现有技术的进步，还可能催生出全新的应用场景，如更智能的车载系统、更高效的能源管理等。

 

在汽车领域，RISC-V的应用正在不断推进。国家新能源汽车技术创新中心、北京开源芯片研究院和中科海芯三方联合成立了RISC-V车规级的联合实验室，旨在推动国内RISC-V车规芯片技术的快速发展。北京开源芯片研究院负责提供有竞争力的、稳定性的、自主开发的IP核，中科海芯负责把这些IP核产品化，国家新能源汽车技术创新中心则利用其在生态领域的积累，提供从芯片设计到开发到制造到应用的规范化流程和工具。

 

此外，国际上也有多家芯片巨头投身布局RISC-V。例如，英特尔在2022年发布了EyeQ Ultra系统的芯片，其中包含了12核RISC-V芯片。欧洲四家半导体公司博世、英飞凌、北欧半导体和恩智浦与美国高通公司在德国慕尼黑联合成立了一家新的RISC-V公司Quintauris，共同推动RISC-V在汽车领域的应用。

 

结语

SiC、Chiplet、RISC-V三大技术正成为汽车半导体发展的三大动力。SiC以其独特的物理特性，为电动汽车的续航和性能提供了有力支持；Chiplet技术通过模块化设计，降低了芯片设计的复杂性和研发成本，提升了汽车芯片的算力和通信速度；RISC-V架构则以其开源性和灵活性，为汽车产业的创新提供了广阔空间。

 

随着这些技术的不断成熟和应用，汽车半导体市场将迎来更加繁荣的发展。未来，我们将看到更多基于这些技术的创新产品和解决方案，为电动汽车和智能汽车的发展注入新的活力。同时，这些技术也将推动汽车半导体产业向更高效、更环保、更智能的方向发展，为全球汽车产业的可持续发展做出贡献。