Chiplets sind einzelne Halbleiterchips, von denen jeder für eine bestimmte Systemfunktion zuständig ist. Diese Chips werden mithilfe fortschrittlicher Verpackungstechniken integriert, um ein vollständiges, leistungsstarkes System zu schaffen. Diese heterogene Integration verschiedener Prozesstechnologien umfasst FinFET für die Logik, FD-SOI für HF, BCD für power sowie FD-SOI oder CMOS für analoge Mischsignale, um ein System-in-Package zu bilden.

Im Gegensatz zum Verbraucher- oder Rechenzentrumsmarkt können die Produktlebenszyklen in der Automobilbranche mehr als 15 Jahre betragen. Zudem basieren Fahrzeugsysteme auf zahlreichen analogen Sensoren, Schaltern, Lasten und Aktoren, was eine Reihe von IPs für analoge und gemischte Signale erfordert, um eine präzise, sicherheitskritische Sensorik und Steuerung zu gewährleisten.

Diese langen Produktlebenszyklen sowie die Notwendigkeit, sich weiterentwickelnde Analog- und Mixed-Signal-Fähigkeiten mit steigenden Anforderungen an die digitale Rechenleistung in Einklang zu bringen, sind die Haupttreiber für den Einsatz von Chiplet-basierten Systemen in der Automobilindustrie. Chiplets für die Automobilindustrie ermöglichen die Integration von I/O- und power auf ausgereiften Prozessknoten, um den Lebenszyklen der Branche und den spezifischen Produktmerkmalen gerecht zu werden. Gleichzeitig könnten andere, stark digital ausgerichtete Chiplets aktualisiert, neu qualifiziert oder von verschiedenen Anbietern bezogen werden.

Software-definierte Fahrzeuge bieten erhebliche Möglichkeiten für Chiplets in verschiedenen Bereichen, einschließlich domänenübergreifender zonaler Steuergeräte, zentraler Computer-Cluster, Infotainment-Systeme und intelligenter Sensormodule wie Radar, Lidar und Sensorfusionssysteme. Dies kann durch den Einsatz verschiedener Prozesstechnologien für bestimmte Anwendungen erreicht werden, darunter:

Rechnen & Datenverarbeitung

  • Führende CPU-, GPU- und KI-Beschleuniger-Chips auf Sub-10nm-Knoten
  • power -/MPU-Chiplets mit TSN-Ethernet, 10BaseT1S und CAN-XL auf den 12LP+- und 22FDX-Plattformen von GF

Speicher und Datenverarbeitung

  • Zentraler nichtflüchtiger Speicher und HBM-Chiplet

Konnektivität & E/A

  • Austauschbare E/A-Chips für verschiedene Anwendungen, optimiert auf GFs 22FDX
  • Drahtlose Chiplets (Wi-Fi, Bluetooth, UWB) auf dem 22FDX von GF

Wahrnehmung & Erfassung

  • Radar RF Front-End Chiplets auf dem 22FDX von GF
  • Lidar Front-End Chiplets auf der Silizium-Photonik-Plattform von GF
  • Module für die Sensorfusion

Power

  • Chiplets für Power und -verteilung auf der 55BCD-Plattform von GF

Durch die technologische Optimierung verbessern Chiplet-Systeme für die Automobilindustrie die Kosteneffizienz auf Systemebene, indem sie die Waferkosten über führende und ausgereifte Prozessknoten hinweg skalieren und den Gesamtertrag des Systems im Vergleich zu großen monolithischen SoCs erhöhen. Chiplet-Architekturen bieten auch Skalierbarkeit und Modularität, indem sie verschiedene Chiplets mischen und anpassen, um verschiedene Leistungsanforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus bieten sie Flexibilität in der Lieferkette durch die Beschaffung führender Chiplets von mehreren Anbietern, was dazu beiträgt, unterschiedliche Kunden- und regionale Anforderungen zu erfüllen.

Die Entwicklung von Chiplets für die Automobilindustrie steht jedoch vor mehreren Herausforderungen. Dazu gehören erhebliche Investitionen in die Gehäusetechnik aufgrund der Komplexität und strenger Zuverlässigkeitsstandards; im Vergleich zu Rechenzentren begrenzte Kühlkapazitäten, die sich auf das Wärmemanagement vonpower auswirken, sowie langfristige thermische Belastungen, die den Verschleiß der Gehäuse beschleunigen können. Chiplet-Systeme erfordern zudem robuste Ökosystem-Frameworks für Integration und Interoperabilität. Zwar beginnen branchenübliche EDA-Tools, Simulations-, Entwurfs- und Verifikationsabläufe für Chiplets zu unterstützen, doch sind diese noch nicht so etabliert wie bei monolithischen Lösungen. Die derzeitige Die-to-Die-Standardisierung wird in erster Linie vom UCIe-Konsortium vorangetrieben, das sich kontinuierlich um die Festlegung von Standards für die Fertigung und Testbarkeit bemüht.

Anfang 2025 kündigte GlobalFoundries (GF) das erste Zentrum für fortschrittliches Packaging und Testkapazitäten in New York an, das sich auf wichtige Chips für KI-, Automobil- und andere Anwendungen konzentriert. Die Einrichtung wird neue Produktionskapazitäten für fortschrittliches Packaging, Wafer-to-Wafer-Bonding, Montage und Tests von 3D- und heterogenen integrierten Chips unter Verwendung der 12LP+, 22FDX und anderer führender Plattformen von GF bieten.

Zusätzlich zu diesen geplanten Investitionen und Weiterentwicklungen erweitert GF sein IP-Portfolio, um Chiplet-basierte Systeme zu unterstützen, und arbeitet aktiv mit Branchenführern an Standardisierung, Zuverlässigkeit und Qualifizierung zusammen, um die strengen Anforderungen von Automobilanwendungen zu erfüllen.

Wael Fakhreldin ist Director of Automotive Processing bei GlobalFoundries. Sein Schwerpunkt liegt auf Mikrocontrollern, Mikroprozessoren, KI-Beschleunigern und Chiplets für die nächste Generation elektronischer Fahrzeugarchitekturen.