從智能座艙芯片看SIP技術(shù)

座艙因?yàn)榘踩燃?jí)低，并且需要快速迭代，因而很適合SIP技術(shù)的落地。

智能座艙已成為車輛新的價(jià)值增長(zhǎng)點(diǎn)，消費(fèi)者買車時(shí)越來(lái)關(guān)注車輛的智能化及科技感了，而其核心就是SOC；此外，智能座艙也呈現(xiàn)出“消費(fèi)電子化”趨勢(shì)，因?yàn)?155就是車規(guī)版的手機(jī)芯片855。

基于車載可靠性要求及芯片車規(guī)認(rèn)證的原因，車載電子技術(shù)的發(fā)展一直是落后于消費(fèi)類電子的，通常來(lái)講至少落后3～5年。高通在2019年推出的智能座艙平臺(tái)SOC SA8155P系列，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)源于2018發(fā)布的驍龍855，從時(shí)間上來(lái)看，差了一年；但落實(shí)到技術(shù)應(yīng)用上，時(shí)間差就要兩到三年了。

不過(guò)，如果采用了SIP技術(shù)，源于消費(fèi)電子產(chǎn)品的技術(shù)在智能座艙中的應(yīng)用便會(huì)加快，同時(shí)，其使用難度和使用成本也會(huì)降低。

接下來(lái)，我們聊一聊SIP技術(shù)。

SIP的定義及其優(yōu)勢(shì)

所謂SIP，是指系統(tǒng)級(jí)封裝(System in Package)，類似于我們經(jīng)常談到的SOC（System on chip，系統(tǒng)級(jí)芯片），SOC是在一個(gè)chip上做了個(gè)系統(tǒng)，比如手機(jī)的SOC芯片，就是在一個(gè)chip上集成了一系列的其他集成電路從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的功能。

以目前很火的高通座艙芯片SA8155來(lái)舉例，這個(gè)SOC集成了以下電路：

CPU+GPU

DSP+NPU

音頻+視頻-攝像頭處理及接口

其他接口如USB、PCIe等，還有一些通用I/O

LTE modem、Wi-Fi + Bluetooth可選

并且通過(guò)了AEC-Q100 Grade-3認(rèn)證，可以用于車載應(yīng)用。

高通 SA8155P（來(lái)源：Qualcomm）

但大家發(fā)現(xiàn)沒(méi)有，比起手機(jī)用的SOC芯片，SA8155似乎還少點(diǎn)東西？LTE、WiFi、BLE藍(lán)牙變成了可選，不標(biāo)配了（手機(jī)應(yīng)用可都是標(biāo)配啊）。GPS和NFC呢？沒(méi)有，需要外置才行，SOC有接口可以支持。

高通驍龍 855P（來(lái)源：Qualcomm）

現(xiàn)在，我們拿4G模組來(lái)舉例，看看SIP和SOC有啥差別。

受益于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，4G模組在T-Box產(chǎn)品中得到了大規(guī)模應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)眾多模組供應(yīng)商中已有不少聲稱可以提供車載解決方案，并推出了車規(guī)級(jí)模組。

為方便客戶應(yīng)用，一些車規(guī)級(jí)模組在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)極大地簡(jiǎn)化原本復(fù)雜的SOC設(shè)計(jì)，比如可以把電源芯片（如PMIC芯片）、內(nèi)存（如DDR芯片）、存儲(chǔ)（如eMMC芯片）集成進(jìn)去，甚至連電源濾波電容都能給你集成進(jìn)去，如果把模組以一個(gè)PCB封裝的形式做成一個(gè)大的“芯片”，這就是我們俗稱的“SIP封裝”了。大一點(diǎn)的比如平時(shí)我們見(jiàn)到的4G/5G通信模組和其他智能模組，小一點(diǎn)的如WiFi-BLE模組、GPS模組等，實(shí)際上都是SIP。

芯片與模組對(duì)比（來(lái)源：Qualcomm，Quectel）

從尺寸對(duì)比上我們可以看出來(lái)，SIP比SOC要大得多，封裝上也完全不同，SOC就是一個(gè)芯片，被動(dòng)器件一般是集成不進(jìn)去的，而SIP則大多是基于PCB封裝（綠色的PCB基底很容易識(shí)別，也有采用環(huán)氧樹(shù)脂封裝的，這就和芯片很像了），被動(dòng)器件集成也是很成熟的技術(shù)。

SIP封裝舉例（來(lái)源：heraeus.com）

SIP相比SOC有哪些優(yōu)勢(shì)呢？筆者查閱了大量相關(guān)資料，匯總?cè)缦拢?/p>

(1) 更高的集成度，比如可以集成電源、晶體、存儲(chǔ)器、濾波器件；

SIP的高集成度優(yōu)勢(shì)（來(lái)源：octavosystems.com）

(2) 小型化優(yōu)勢(shì)，相比于傳統(tǒng)的PCBA設(shè)計(jì)，帶來(lái)更高的集成度，比如三疊層芯片技術(shù)；

SIP的小型化優(yōu)勢(shì)（來(lái)源：octavosystems.com）

(3) 靈活性高，可依照客戶或產(chǎn)品的需求進(jìn)行定制化；

(4) 降低生產(chǎn)及制造成本，比如PCB層數(shù)降低50%，面積減小50%以上，PCB貼片點(diǎn)位減少及貼片工藝要求降低帶來(lái)的成本節(jié)約；

(5) 更高的可靠性及更低的故障率——一個(gè)SIP封裝減少了數(shù)百個(gè)焊點(diǎn)及潛在故障點(diǎn)，同時(shí)使SOC免受環(huán)境條件的影響；

(6) 大幅降低測(cè)試及調(diào)試難度，無(wú)需專業(yè)設(shè)備即可上手使用；

(7) 大幅降低使用復(fù)雜度及開(kāi)發(fā)難度，甚至SIP供應(yīng)商還可以提供系統(tǒng)軟件包服務(wù)，進(jìn)而縮短開(kāi)發(fā)周期及降低開(kāi)發(fā)成本；

SIP的小型化優(yōu)勢(shì)（來(lái)源：octavosystems.com）

(8) 幫助Tier 1將設(shè)計(jì)精力轉(zhuǎn)移至系統(tǒng)功能，進(jìn)而為客戶創(chuàng)造更大的價(jià)值；

(9) 降低供應(yīng)鏈成本。SIP封裝減少了大量的元器件，進(jìn)而簡(jiǎn)化了供應(yīng)鏈，這可以從三個(gè)方面降低成本：一是降低供應(yīng)商管理成本，二是降低器件的庫(kù)存成本，三是降低了采購(gòu)成本（這個(gè)很容易理解，類似于車輛的零整比概念）。

那么哪些產(chǎn)品適合做成SIP形式呢？筆者認(rèn)為：

技術(shù)角度：做成SIP可靠性更高，體積更小，性能更好，比如電動(dòng)車用的IGBT模塊，Sic模塊等；

成本角度：做成SIP更便宜；

應(yīng)用角度：做成SIP應(yīng)用更簡(jiǎn)單，或者基于應(yīng)用需求，要求做成SIP的，比如LED模組，或多通道激光器件。

大部分的SIP封裝是基于特定芯片組的，這可以大幅降低用戶使用難度、縮短開(kāi)發(fā)周期、降低設(shè)計(jì)成本，特別是非常適合技術(shù)實(shí)力較低、產(chǎn)品量小的小公司，或應(yīng)用多變，量不大的商用車應(yīng)用，以及乘用車新車型前期。

特別是對(duì)于射頻或通信類應(yīng)用，SIP似乎是更好的選擇。比如T-Box車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，采用SIP后就不需要客戶再使用專門測(cè)試設(shè)備進(jìn)行調(diào)試了（首先設(shè)備很貴，其次調(diào)試對(duì)專業(yè)性要求很高，調(diào)試難度很大），SIP供應(yīng)商會(huì)幫你做好。

SIP的優(yōu)勢(shì)總結(jié)（來(lái)源：octavosystems.com）

SIP的車規(guī)級(jí)

接下來(lái)我們講一下SIP的車規(guī)級(jí)問(wèn)題。

在AEC-Q104規(guī)范發(fā)布之前，MCM和SIP等復(fù)雜多芯片模組的制造商應(yīng)該采用哪種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行車規(guī)級(jí)測(cè)試，這是一個(gè)長(zhǎng)期困擾IC設(shè)計(jì)公司和Tier 1的問(wèn)題。所以AEC-Q104規(guī)范一經(jīng)發(fā)布，就引起了行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。

AEC-Q104是AEC與Intel、Infineon、Microchip, NXP, Onsemi、TI等公司一起制定的，是行業(yè)首個(gè)適用于MCM和SIP、定義了BLR（Board Level Reliability板級(jí)可靠性）測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)。這解決了什么問(wèn)題呢？

隨著車輛電動(dòng)化智能化及輔助駕駛技術(shù)的發(fā)展，原來(lái)元器件級(jí)采用AEC標(biāo)準(zhǔn)，零部件級(jí)采用ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)MCM和SIP，沒(méi)有適用標(biāo)準(zhǔn)，AEC-Q104剛好回答了這個(gè)問(wèn)題。

在《5萬(wàn)字長(zhǎng)文說(shuō)清楚到底什么是“車規(guī)級(jí)”》一文中，我們?cè)敿?xì)解讀了AEC-Q104，關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)部分我們就不再贅述了。我們主要看下如果你是做SIP或者是要用SIP的話，AEC-Q104對(duì)你有什么幫助。

對(duì)于SIP制造商，AEC對(duì)子器件（sbu-components）有詳細(xì)的建議和規(guī)定，簡(jiǎn)單來(lái)講就是強(qiáng)烈建議你去使用全部符合AEC-Q認(rèn)證的器件去做MCM，綜合起來(lái)就是以下三點(diǎn)：

(1) MCM要全部采用AEC認(rèn)證的器件；

(2) 然后只需要進(jìn)行Group H測(cè)試即可；

(3) 否則的話你就得把所有測(cè)試項(xiàng)全來(lái)一遍；

AEC-Q104標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法（來(lái)源：aecouncil.com）

而對(duì)于SIP使用者，對(duì)那些聲稱 “車規(guī)級(jí)”的SIP或某些模組，要區(qū)分一下看有沒(méi)有通過(guò)AEC-Q測(cè)試。如果僅僅只是核心芯片有AEC-Q，或聲稱溫度范圍達(dá)到了車載應(yīng)用的最低85度要求，制造工廠有個(gè)IATF16949或PPAP，然后就敢說(shuō)自己是 “車規(guī)級(jí)”的，大家要擦亮眼睛。

某通信模組的 “車規(guī)級(jí)”

上面是一個(gè)反面典型，下面我們看個(gè)正面榜樣。2022年初就有新聞?wù)f國(guó)內(nèi)的一個(gè)科技公司為行業(yè)客戶深度定制的智能座艙模組已通過(guò)AEC-Q104車規(guī)級(jí)認(rèn)證，且已經(jīng)裝車量產(chǎn)，筆者認(rèn)為這算是車載座艙SIP一個(gè)好的開(kāi)端吧。

某款通過(guò)Q104車規(guī)級(jí)智能座艙SIP（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

智能座艙芯片的未來(lái)會(huì)是SIP嗎？

SIP封裝技術(shù)的眾多優(yōu)勢(shì)使其不僅可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，而且在包括智能手機(jī)、手表等消費(fèi)領(lǐng)域也有非常廣闊的市場(chǎng)。

以目前很火的智能硬件為例，廠商在設(shè)計(jì)智能可穿戴設(shè)備時(shí)，主要面臨的挑戰(zhàn)是如何將眾多的需求功能全部放入極小的空間內(nèi)，導(dǎo)致整體硬件設(shè)計(jì)及整合難度極大，整合后還需要考慮系統(tǒng)板級(jí)兼容性，而SIP封裝將大量原件整合后，集成度大幅提高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)大幅簡(jiǎn)化。

蘋果就一直在手機(jī)上應(yīng)用SIP技術(shù)，從第1代到第6代，WiFi全部都是使用Murata的SIP，而在Apple Watch以及iphone 7以后已全面采用SIP封裝技術(shù)。行業(yè)巨頭的推動(dòng)將會(huì)使SIP技術(shù)的普及發(fā)展更為順利，同時(shí)我們也要看到SIP也正在成為后摩爾定律時(shí)代行業(yè)發(fā)展的新助力。

現(xiàn)在，回到標(biāo)題，對(duì)于座艙芯片，或者說(shuō)車載應(yīng)用，SIP會(huì)是發(fā)展方向嗎？

前面我們也說(shuō)過(guò)，基于可靠性的原因，車載電子是落后于消費(fèi)類電子的，但隨著自動(dòng)駕駛及車輛智能化技術(shù)的發(fā)展，智能座艙技術(shù)未來(lái)有望擺脫近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)一直落后于消費(fèi)類技術(shù)的魔咒。比如Model 3就直接取消了儀表，且有些新能源車也直接將儀表小型化了，而中控屏則變的越來(lái)越大。儀表從小變大，又變小，直至消失；中控屏從無(wú)到有，直至變?yōu)檎麄€(gè)座艙的中心。

從這種發(fā)展趨勢(shì)我們可以看出來(lái)，智能座艙可以逐漸脫離汽車的一些安全屬性，向消費(fèi)領(lǐng)域靠近。這就給了SIP技術(shù)未來(lái)應(yīng)用于智能座艙的可能性，因?yàn)橹挥蠸IP技術(shù)才可以加速消費(fèi)技術(shù)在座艙的快速迭代，同時(shí)降低使用難度及成本。

我們可以對(duì)比一下手機(jī)應(yīng)用，每年更新的重點(diǎn)就是SOC、內(nèi)存、攝像頭及外觀，那么對(duì)應(yīng)到座艙SIP，如果SIP供應(yīng)商能夠解決SIP車規(guī)級(jí)問(wèn)題，新車型換個(gè)SIP座艙就直接升級(jí)了，那么對(duì)Tier1及OEM來(lái)講，座艙技術(shù)迭代周期向消費(fèi)級(jí)靠近就指日可待了。

智能座艙芯片的SIP方案適合由誰(shuí)來(lái)做？

講了這么多，誰(shuí)適合來(lái)做智能座艙的SIP呢，是傳統(tǒng)的Tier 2還是Tier 1，還是另有他人？我們大概來(lái)探討一下。

汽車行業(yè)有兩個(gè)特點(diǎn)，一是對(duì)外比較封閉。比如汽車芯片供應(yīng)商的格局又極其穩(wěn)定，技術(shù)迭代也遠(yuǎn)沒(méi)有消費(fèi)級(jí)那么快，一個(gè)芯片，賣十幾二十年都很常見(jiàn)，但消費(fèi)級(jí)供應(yīng)商想進(jìn)入汽車行業(yè)卻非常困難。

二是其技術(shù)方案的多樣性。汽車行業(yè)有一點(diǎn)估計(jì)業(yè)內(nèi)的小伙伴們都習(xí)慣了，但是從外部視角來(lái)看可能就會(huì)覺(jué)著奇怪：怎么每家OEM要求都不一樣，每家Tier 1都是在干定制化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，每家產(chǎn)品都不通用？（當(dāng)然，并不絕對(duì)，比如博世的ESC+iBooster，就是基本通用的，一套產(chǎn)品打天下；還是要看tier 1與OEM的博弈結(jié)果，看誰(shuí)的實(shí)力更強(qiáng)）

筆者了解到，華為一開(kāi)始進(jìn)入汽車行業(yè)就是想做那種標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，可以行業(yè)通吃，每家都能通用，后來(lái)發(fā)現(xiàn)汽車行業(yè)完全不是這么玩的——每家OEM都要求定制，從硬件到軟件都要根據(jù)OEM的要求來(lái)。我們業(yè)內(nèi)人士都很習(xí)慣了，但是初入局者可能直接就被干懵了。

前段時(shí)間的“靈魂論”一出，就立即引來(lái)了多方的批評(píng)，但吃瓜群眾們不知道的是，并非某一家OEM很“封閉”，而是整個(gè)汽車行業(yè)都很封閉，這個(gè)沒(méi)有辦法，但凡對(duì)安全有要求的行業(yè)，大都“封閉”，這是行業(yè)屬性。

按道理來(lái)講，封閉性和多樣性是互相矛盾的，但放到汽車行業(yè)，這兩個(gè)矛盾點(diǎn)卻又這么和諧地共存著。封閉就會(huì)帶來(lái)新技術(shù)進(jìn)入困難，迭代慢；技術(shù)多樣性又會(huì)導(dǎo)致通用性低，產(chǎn)品量小，成本高，這都會(huì)阻礙SIP技術(shù)的車載應(yīng)用。

從Tier 1角度來(lái)講，目前做汽車電子零部件的Tier 1都比較大，有能力提供全方位的軟硬件解決方案。這其中有幾方面考慮：

(1) 上文提到的SIP的“靈活性”只是相對(duì)的，即它相比于定制SOC要靈活得多，但相比于Tier 1自己找芯片“拼接”的方案，就不夠靈活了——一旦采用了SIP，Tier 1就不能自己改設(shè)計(jì)了，若要改，就得找SIP供應(yīng)商。在這個(gè)技術(shù)快速迭代的時(shí)代，Tier 1顯然不愿意一點(diǎn)方案修改就要去找SIP供應(yīng)商。

(2) 成本是否可控？前面講SIP的優(yōu)勢(shì)時(shí)提到的“供應(yīng)鏈成本降低”，這個(gè)也是硬幣的正反面，如果降不下來(lái)，可能還會(huì)更高了都說(shuō)不定。

(3) 最后供應(yīng)鏈安全可能也是一個(gè)原因，比如目前汽車行業(yè)普遍缺芯的情況，SIP方案可能就很危險(xiǎn)，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案則較容易進(jìn)行設(shè)計(jì)更改及芯片替換。

所以目前很少會(huì)看到Tier 1直接去用SIP的，一般都是直接基于SOC芯片方案去做的。大的Tier 1自身技術(shù)實(shí)力強(qiáng)，產(chǎn)品也有量，可以得到芯片原廠強(qiáng)有力的技術(shù)支持，而用了模組后，Tier 1和Tier 2芯片供應(yīng)商中間可能就夾了個(gè)Tier 1.5，大廠就會(huì)考慮考慮了。

Tier 1不喜歡直接用SIP的另一個(gè)原因，我們可以追溯到SIP的起源：PCBA模塊技術(shù)。PCBA模塊技術(shù)目前還在汽車行業(yè)大量使用，算是SIP的雛形和替代方案。

PCBA（Printed Circuit Board Assembly 印刷電路板組件）模塊技術(shù)——其實(shí)就是把特定功能電路做成一個(gè)小的電路板模塊，接口可以是插針連接器，也可以是繞著板子周圍的貼片的焊盤，下面就是一個(gè)典型的PCBA射頻模塊，可以看出集成了一個(gè)IC，外圍有晶體振蕩器及其他被動(dòng)元件如電阻、電容、磁珠等，還有一個(gè)板載天線。

前面我們講SIP時(shí)提過(guò)，PCBA模塊應(yīng)用比起IC有一個(gè)特別大的優(yōu)勢(shì)，就是在射頻或通信應(yīng)用方面，模塊貼上就能用，不用設(shè)計(jì)PCB天線（做過(guò)的小伙伴們都清楚這意味著什么），也不需要再使用專門測(cè)試設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)及調(diào)試了，省時(shí)省事省成本。所以在車載應(yīng)用中，這方面的應(yīng)用是最先發(fā)展起來(lái)的，但是也僅限于Tier 1內(nèi)部，而非行業(yè)通用。

PCBA模塊舉例（來(lái)源：mokotechnology.com）

PCBA模塊技術(shù)因?yàn)榧夹g(shù)難度較低，Tier 1可以直接自己做。非常適合那些模塊化應(yīng)用的功能，組成PCBA模塊后就可以平臺(tái)化應(yīng)用了，對(duì)產(chǎn)品來(lái)講就是貼上就能用，可以有效降低測(cè)試成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，避免重復(fù)造輪子。

 還有就是，因?yàn)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%B1%BD%E8%BD%A6%E9%9B%B6%E9%83%A8%E4%BB%B6/">汽車零部件的生命周期都很長(zhǎng)，核心功能在每個(gè)產(chǎn)品上基本上不會(huì)變，對(duì)Tier 1來(lái)講，自研PCBA模塊是一種低成本的模塊化、通用化設(shè)計(jì)，何樂(lè)而不為呢。

可能有的小伙伴們會(huì)說(shuō)，既然PCBA模塊這么好，為什么沒(méi)有供應(yīng)商來(lái)做一個(gè)行業(yè)通用的模塊呢？這就又要回到前面我們提到的汽車行業(yè)的封閉性和多樣性問(wèn)題了，另外可能還要考慮成本及供應(yīng)鏈問(wèn)題。

比如一個(gè)PCBA模塊是某個(gè)芯片供應(yīng)商用自家芯片做的全家桶解決方案，因?yàn)檫@也是他們最擅長(zhǎng)的。然后問(wèn)題就來(lái)了，對(duì)Tier 1來(lái)講，一是方案可能不是最優(yōu)的，或者功能多了，或者功能少了，或者性能有問(wèn)題；二是成本很可能不是最優(yōu)的（不過(guò)也不一定，全家桶方案也可能給個(gè)打包價(jià)，成本會(huì)更便宜）；三就是供應(yīng)鏈安全問(wèn)題，這是商業(yè)問(wèn)題，略過(guò)不談。當(dāng)然了，用全家桶方案也有個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是技術(shù)支持和芯片的兼容性會(huì)比較好，這個(gè)比較容易理解，就像你用蘋果手表配合iPhone肯定最好用一樣。

我們?cè)倩氐狡囆袠I(yè)解決方案的多樣性，特別是復(fù)雜的多芯片集成的PCBA模塊，比如用于視頻處理或座艙應(yīng)用的PCBA模塊，業(yè)內(nèi)一般稱之為核心板。這種PCBA都是要用到多家芯片，單個(gè)芯片供應(yīng)商就不好來(lái)做了，也不擅長(zhǎng)，同時(shí)Tier 1也不擅長(zhǎng)，這時(shí)候其實(shí)就很適合有專門的Tier1.5來(lái)做了。

核心板PCBA模塊舉例（來(lái)源：9tripod.com）

整體來(lái)講，目前SIP的車載應(yīng)用還不多，但是基于SIP封裝的眾多優(yōu)勢(shì)及未來(lái)智能座艙的發(fā)展方向來(lái)看，SIP技術(shù)還是很有前景的。但是汽車行業(yè)基于其自身的特殊性，SIP車載應(yīng)用的未來(lái)，道阻且長(zhǎng)。

參考資料：

1. https://octavosystems.com/sip-technology/

2.https://en.ctimes.com.tw/DispNews.asp?O=HK24AC0VAG6SAA00N7

3. http://aecouncil.com/AECDocuments.html

4. https://www.qualcomm.cn/