Yuichi Motohashi.GlobalFoundries 副总监/汽车显示、摄像头、LiDAR 和 SerDes 全球部门负责人 

随着汽车行业加速迈向由数字体验和智能移动性定义的未来，半导体创新的作用从未像现在这样重要。在最近举行的 SID 商务会议上，GlobalFoundries（GF）汽车显示器、摄像头、LiDAR 和 SerDes 全球部门主管 Yuichi Motohashi 就专用半导体技术如何推动车载显示器的发展分享了令人信服的愿景。    

由显示屏驱动的座舱变革 

现代汽车正在迅速转变为数字驾驶舱。从驾驶员仪表盘和中央信息显示屏（CID）到副驾驶员屏幕、电子后视镜和后座娱乐系统，汽车显示屏的数量和面积正呈指数级增长。这种转变不仅仅是为了美观，而是为了提供身临其境、直观和安全的用户体验。 

但汽车显示器与其他消费类显示器不同。它们要求 

• 高亮度（800-1000 尼特），阳光下清晰可见 

• 在极端条件下具有更高的可靠性（最高可达 105°C） 

• 使用寿命更长（5-10 年） 

• 汽车特定质量 要求 ，如 IATF 16949 和 ISO 26262（功能安全） 

• 根据 OEM 需求定制的外形尺寸 

从碎片化屏幕到无缝体验 

下文将介绍车载显示屏架构的演变，它反映了更广泛的集成和沉浸趋势： 

• 传统结构：车辆历来使用多个小型显示器，每个显示器由各自的电子控制单元（ECU）供电。这种设置具有灵活性，但缺乏凝聚力。 

• 在一个大透镜下集成显示屏：当今的主流设计是在一个镜头下集成多个显示屏，提供更身临其境的体验，同时允许原始设备制造商混合和匹配面板规格，如分辨率和对比度。 

• 大型单面板：豪华汽车开始采用大型曲面单面板显示屏。这些显示屏具有无缝、未来感十足的外观，并简化了供应链，但也带来了成本上升、面板产量降低和潜在单点故障等挑战。  

• 未来愿景 - 自由形态面板：下一个前沿领域是横跨整个仪表板的自由曲面超宽面板。虽然这种显示器尚未广泛普及，但其设计自由度和用户体验无与伦比--这需要原始设备制造商、一级供应商和面板制造商之间的深入合作。  

这些架构上的转变推动了电子产品从分布式 ECU 向集中式信息娱乐域控制器的并行转型，要求在一个集中式 ECU 上实现更高的带宽、更低的延迟和更高效的电源管理，以处理仪表盘、气候控制和音频控制等多个应用。 

GF 半导体解决方案：专为汽车设计 

GlobalFoundries 在满足这些需求方面具有得天独厚的优势，它拥有以市场为导向、针对特定应用的平台，可在四个关键领域实现价值： 

• 高压和低功耗平台（如 55HV、40HV、28HV、22FDX+HV） 

• 用于局部调光和非均匀性补偿的高级存储器集成(De-mura) 

• 出色的晶体管匹配，实现精确的模拟性能 

• 从 180 纳米到 12 纳米的汽车级节点 

随着汽车行业加速实现身临其境的一体化车内体验，TDDI（触摸与显示驱动集成）和 LTDI（大型触摸驱动集成）等显示技术正变得举足轻重。GlobalFoundries 站在这一变革的前沿，提供专用的半导体解决方案，以应对这些先进显示系统所面临的独特挑战。  

TDDI 通常用于中小型显示器，它集成了定时控制器 (TCON) 和触摸接口，实现了全阵列局部调光 (FALD) 架构和简化的信号处理。eDP 等高速接口现已内置于 TDDI 中，因此需要既能提供速度又能降低功耗的高效晶体管。 

对于超宽、高分辨率显示器（如超过 15 英寸的显示器），LTDI 需要多个级联驱动器和单独的定时控制器。GF 的差异化工艺技术（包括 40HV 和 28HV 平台）可提供支持这些复杂架构所需的高密度逻辑、低漏电 SRAM 和精确模拟性能。  

凭借 40HV 第 2 代中的 34V 高压支持和 28HV 中出色的晶体管匹配等创新技术，GF 可确保其 TDDI 和 LTDI 解决方案满足汽车环境的严格要求（从极端温度到较长的产品生命周期），同时实现时尚、无缝和安全的用户体验。 

因此，GF 的 AutoPro™ 平台可确保整个生命周期的质量和可靠性，从设计启用和 IP 到制造控制和认证（IATF 16949、ISO 26262、AEC-Q100）。 

展望未来 

随着显示技术的不断发展，半导体行业必须与时俱进。GlobalFoundries 不仅跟上了时代的步伐，还通过致力于创新、可靠性和客户合作引领着行业的发展。,  GF 的生产足迹遍布美国、欧洲和亚洲，是全球客户值得信赖的可靠供应商。 

与 GF 合作，不仅仅意味着获得尖端技术，还意味着对未来交通的共同愿景。  

如需了解有关 GF 如何帮助制造先进显示设备的更多信息，请随时通过gf.com与我们联系，或通过[email protected] 与本桥雄一联系。 

本桥雄一（Yuichi Motohashi）是 GlobalFoundries 的终端市场副总监，负责领导全球汽车摄像头、激光雷达、SerDes 和显示器领域的业务，这些产品促进了下一代 ADAS、自动驾驶和增强型车内体验。 

缩小学术界和产业界在半导体创新方面的差距 

每项技术突破的背后，都有大学和研究机构进行的尖端研发。半导体也不例外，因为要不断优化性能、最大限度地提高能效和降低成本，就必须在科学与工程的交汇点上不断创新。  

事实上，这些学术界与工业界的合作有着深厚的渊源，可以追溯到 20 世纪 40 年代。在普渡大学，物理学家卡尔-拉克-霍罗维茨（Karl Lark-Horovitz）领导了锗晶体的开创性工作，推动了雷达技术整流器技术的发展，并为晶体管的发明奠定了重要基础。 

GlobalFoundries 通过其大学合作计划，在学术和创新之间架起了一座桥梁，为下一波芯片创新浪潮提供动力。GlobalFoundries 的大学网络由与全球 80 多所大学、110 多位教授和 600 多名顶尖院校学生的合作组成，推动创新，突破半导体研发的极限。 

普林斯顿实验室诞生富有远见的研究成果 

普林斯顿大学电气与计算机工程系教授考什克-森古普塔（Kaushik Sengupta）就是这方面的一个光辉典范。在实验室的四壁之内，森古普塔教授和他由博士生和博士后组成的智力多元化团队正在全力研究下一代最先进的无线传感通信技术。他们在实现首款人工智能无线电和毫米波频率芯片方面的开创性努力，使他们早在 2022 年就获得了著名的 IEEE IMS 高级实践论文奖[1]，并于 2023 年获得了 IEEE 固态电路杂志的最佳论文奖[2]。 

这项技术是汽车雷达、自主系统和机器人等关键应用的核心，森古普塔和他的团队致力于研究智能环境的未来，以及促成这些进步的幕后无线接口。在像 ChatGPT 这样的人工智能工具成为主流之前，这个团队正在研究人工智能射频集成电路 (RFIC)，准备彻底改变这个行业。 

人工智能在重新定义射频电路设计方面的飞跃 

传统上，设计这些电路是一门艺术，需要丰富的经验和反复的设计过程，可能需要几个月的时间。"射频集成电路设计是电路和电磁学的交叉点。Sengupta 解释说："由于必须在这多个维度之间跳跃，设计过程变得非常复杂。此外，这些电路的工作频率非常高，即使是最小的寄生元件也非常重要。 

受到蛋白质折叠等其他科学领域人工智能进步的启发，Sengupta 教授和他的团队开始研究如何利用人工智能对设计过程进行算法化，从而改变这种模式。他们希望通过在经过整理的数据集上训练定制的人工智能算法，识别出新的、未被发现的射频电路和电磁无源器件，实现射频集成电路的快速端到端设计，将设计时间从数月缩短到数天。 

将研究成果转化为现实的 GF 芯片 

就在这时，Sengupta 教授的研究团队向 GF 提出了他们富有远见的想法。GF 认识到这一方法的新颖性，并通过提供其性能最佳的硅锗技术来支持这项研究，特别是 Sengupta 教授的人工智能驱动射频集成电路设计方法与 GF 的参考设计团队的努力相辅相成，后者专注于应用人工智能和 ML 来加快设计生产力并提高下一代射频解决方案的质量。 

通过GlobalShuttle 多项目晶圆计划，GF 在全球范围内帮助初创企业、研究人员和系统创新者更高效、更经济地实现差异化芯片设计。通过将多个项目整合到一个晶圆上，GlobalShuttle 凭借可扩展性和灵活性降低了定制硅片的门槛，使合作伙伴能够实现其设计愿景，同时避免测试硅片的成本限制。 该计划使普林斯顿大学的研究人员能够展示其设计理念的可行性，并为他们的持续努力获得资助。  

人工智能创造的电路设计开辟了新天地 

该团队利用 GF 的硅锗 9HP 平台成功制造出首个支持深度学习的高频发射机系统，取得了革命性的成果。人工智能设计的电路具有极其复杂的结构，打破了人们对该领域的传统理解。"森古普塔教授说："这些人工智能算法产生的电磁结构看起来就像非常复杂的二维码。通过观察，没人能知道它是做什么的。然而，一旦添加了这些电路元件，整个电路就能异常良好地工作。"这就是射频电路和射频无源器件的通用化。我们现在要做的就是弄清楚这些有源器件与无源器件是如何连接的。"从那时起，该研究小组已经取得了多项进展，展示了人工智能支持的多端口结构、无源元件、天线[3]，甚至是具有电路和无源元件协同设计功能的端到端功率放大器[4]的合成。 

通过这些努力，这些人工智能设计电路的可行性引起了学术界、工业界和政府同行的极大关注。该项目发表了大量论文，更值得一提的是，它被选为三个 "AIDRIFC "获奖者之一，获得了国家半导体技术中心（NSTC）3000 万美元的资助。从最初的求知欲到现在的研究领域，几个领先的研究小组展示了最先进的人工智能射频集成电路。 

表彰推动行业未来发展的人才 

森古普塔教授及其团队的成功只是学术界与产业界之间有意义的合作如何加速半导体创新的一个例子。这不仅仅是一个关于为研究人员提供创新所需的工具和支持的故事。这是一个聚焦于人们共同创新，突破可能极限的故事。 

如今，电路设计已不再是一门孤立的学科。它与封装、机械工程、化学工程、算法信号处理等学科相互交叉。与半导体行业的许多其他领域一样，电路设计已发展成为一个多元化、多学科的领域。要想不断进步，就必须培养一批能够推动行业发展的优秀人才。 

随着 GF 大学合作计划的不断发展，它不仅为突破性创新提供了动力，还培养了下一代工程师，以应对未来的挑战。 

参考资料 

[1] Z. Liu、E. A. Karahan 和 K. Sengupta，"支持多千兆比特/秒并发多频带操作的 30-94 GHz Psat,3dB SiGe 功率放大器的深度学习反向设计"，《IEEE 微波与无线组件通讯》，第 32 卷，第 6 期，第 724-727 页，2022 年 6 月，doi: 10.1109/LMWC.2022.3161979 

[2] E. A. Karahan、Z. Liu 和 K. Sengupta：《基于深度学习的反向设计毫米波无源器件和功率放大器》，载于《IEEE 固态电路杂志》，第 58 卷，第 11 期，第 3074-3088 页，2023 年 11 月，doi：10.1109/JSSC.2023.3276315。 

[3] Karahan, E.A., Liu, Z., Gupta, A.等人.多端口射频和亚太赫兹无源器件及集成电路的深度学习广义逆向设计。Nat Commun15, 10734 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-54178-1. 

[4] J. Zhou、E. A. Karahan、S. Ghozzy、Z. Liu、H. Jalili 和 K. Sengupta，"25.3 AI-Enabled Design Space Discovery and End-to-End Synthesis for RFICs with Reinforcement Learning and Inverse Methods Demonstrating mm-Wave/sub-THz PAs Between 30 and 120GHz,"2025 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), San Francisco, CA, USA, 2025, pp. 

GlobalFoundries 汽车部副总裁 Sudipto Bose 

我们经常听到有人把现代汽车形容为 "车轮上的智能手机"。但也许用人来比喻更为恰当。就像我们用感官来理解世界并对其做出反应一样--视觉、听觉、触觉和感觉--今天的汽车依靠一系列传感器来导航周围的世界。摄像头、雷达、激光雷达和超声波传感器协同工作，为高级驾驶辅助系统（ADAS）提供动力，实现更安全的驾驶体验，并为未来的自动驾驶汽车奠定基础。 

我们采访了 GF 汽车行业副总裁 Sudipto Bose，深入探讨了 ADAS 自诞生以来的转变、推动创新的力量以及 GlobalFoundries 如何与客户和汽车行业领导者合作创新，为未来的安全驾驶提供支持。 

请告诉我们 ADAS 多年来是如何发展的。刚开始时是什么样子，现在又是什么样子？ 

在过去的二十年里，汽车上的这些智能安全功能（即 ADAS）取得了长足的进步。梅赛德斯-奔驰 S 级轿车是 ADAS 的早期先驱之一，早在 1999 年就首次推出了 Distronic 自适应巡航控制功能。这一版本的巡航控制系统完全依靠雷达与前车保持一定距离。时至今日，现代的 ADAS 功能已开始利用摄像头、激光雷达和超声波传感器来创建更全面的驾驶环境视图。 

从最初的帮助制动或保持车距的系统，现在已经发展成为更先进的系统。现在，ADAS 功能正在从字面上和形象上取代方向盘，发展成为能够在几乎没有人工干预的情况下控制车辆的系统。越来越多的 ADAS 系统不仅为驾驶员提供支持，而且开始取代驾驶员--这标志着向完全自动驾驶的明显转变。 

您提到巡航控制已经超越了雷达的范畴--如今，哪种传感器是 ADAS 的关键，每种传感器扮演什么角色？ 

"你的 ADAS 和你的传感器一样好"。这句话在我的行业中经常听到，但背后却有很多道理。在 GF，我们在支持 ADAS 的传感技术方面发挥着至关重要的作用。这些传感器是汽车做出实时决策的驱动力，通过收集和分析数据，帮助汽车解读周围环境。 

ADAS 依赖于各种传感器的组合，每种传感器都有其独特的作用。四种主要类型包括 

• 摄像头：摄像头捕捉汽车周围的图像，以确定车速限制、车道标记、转向灯等。与专为人类观看而设计的智能手机摄像头不同，汽车摄像头针对机器视觉进行了优化。因此，虽然汽车不需要 2000 万像素的摄像头来识别横穿马路的物体是否是人，但它们确实需要高动态范围，以便在具有挑战性的照明条件下准确执行任务，无论是直接面对夕阳还是在漆黑的道路上导航。 

• 雷达： 司机不会因为天气不好而停车，雷达也不会。即使在雨、雪或雾中，它也能准确探测到远距离的物体。 

• 激光雷达： 把激光雷达想象成一束激光扫描场景，绘制出汽车周围的地图。与摄像头和雷达不同，激光雷达擅长物体分类，能够高精度地区分行人、骑自行车的人、动物、汽车或垃圾桶。 

• 超声波：最后，超声波传感器用于监测汽车周围的环境，发出高频声波来测量与附近障碍物的距离--比如当你倒车进入狭小空间时听到蜂鸣声。 

是什么力量推动了 ADAS 技术的不断创新？ 

ADAS 创新的最大驱动力之一是推动更好的传感性能，以确保高保真感知。每个原始设备制造商都致力于实现传感器的最佳输出功率，以扩大探测范围并确保车辆周围环境的清晰图像。 

但这不仅仅是保真度的问题，功率效率也起着至关重要的作用。即使是微小的功耗差异也会产生重大影响。例如，温度过高的传感器会很快过热。当发生这种情况时，传感器会关闭以冷却，然后在达到更理想的温度范围后重新启动，如此反复。这一过程被称为占空比，会缩短传感器的正常运行时间，降低其可靠性。 

试想一下：如果你每半秒钟眨一次眼，你错过的周围发生的事情就会比每 3 秒钟眨一次眼要多得多。频繁开关的传感器会错过关键信息。这就是为什么低功耗传感器设计是一个重点领域，以帮助传感器保持更长的在线时间，并向车辆的自动化引擎提供更一致的数据。 

原始设备制造商在实现 ADAS 功能时会遇到哪些挑战，半导体技术又是如何塑造未来更安全的汽车的？ 

信不信由你，美学实际上是最关键的设计挑战之一。原因在于，随着汽车增加更多的 ADAS 功能以提高车辆安全性，这些功能会占用车内空间。如果你曾经乘坐过 Waymo 这样的自动驾驶汽车，那么你很可能已经看到了车内的显示屏。虽然作为乘客，你可能会对实时传感器数据和车辆周围环境留下深刻印象，但这些功能并不一定是你想在自己的私家车上看到的。  

让我们面对现实吧--无论 ADAS 如何提高安全性，大多数人仍然会根据设计和外观来选择汽车。这就给汽车制造商带来了压力，要求他们谨慎地集成传感器，从而推动了对体积更小、设计无缝的组件的需求。 

硅光子等技术使激光雷达和雷达系统集成到单个芯片上，从而使传感器体积更小、功耗更低。这意味着制造商可以在不影响设计的前提下增加更多安全功能。未来的汽车不仅要增加更多的传感器，而且要做到美观大方，而只有采用先进的半导体技术，在小型化的外形尺寸中实现高性能，才有可能做到这一点。 

GF 的定位是什么？  

在 GF，我们通过提供可实现关键汽车传感器的创新技术来推动下一代 ADAS 的发展。在摄像头方面，我们的 40 纳米和 22 纳米平台具有低噪声性能和高动态范围，可在不同光线下捕捉准确的视觉数据。在雷达方面，我们的硅锗 8XP、射频技术和 22FDX® 平台支持高保真的远距离目标检测。我们还在 45SPCLO 平台上利用硅光子技术，将激光雷达的发射、反射和处理整合到单个芯片上，从而减小传感器的尺寸，实现无缝车辆集成。 

来自博世、indie semiconductor和Arbe 等全球领先企业，我们很荣幸能够帮助客户实现下一代 ADAS 功能。随着行业加速向自动驾驶汽车迈进，我们相信我们的技术将在支持更安全、更智能驾驶的未来中发挥关键作用。 

Sudipto Bose 是 GF 的汽车终端市场副总裁。他领导的汽车团队专注于电气化和自动软件定义汽车的关键半导体趋势，并制定 GF 在该领域的产品和商业战略。