从智能座舱芯片看SIP技术
时间：2022-10-31 21:00:00
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驾驶舱安全等级低，需要快速迭代，因而很适合SIP技术的落地。
智能驾驶舱已成为汽车新的价值增长点。消费者在购买汽车时越来越关注汽车的智能和技术感，其核心是SOC；此外，智能驾驶舱也呈现出电子消费的趋势，因为8155是855的手机芯片。
车载电子技术的发展一直落后于消费电子，车载电子技术的发展一直落后于消费电子，通常至少落后3~5年。高通公司于2019年推出了智能驾驶舱平台SOC SA8155P该系列的基础设计起源于2018年发布的骁龙855，时间相差一年；但在技术应用方面，时差需要两到三年。
但是，如果使用的话SIP消费电子产品技术在智能驾驶舱中的应用将加快，其使用难度和成本也将降低。
接下来，我们来谈谈SIP技术。
SIP的定义及其优势
所谓SIP，指系统级封装(System in Package)，类似于我们经常谈论的，SOC（System on chip，系统级芯片），SOC是在一个chip做了一个系统，比如手机SOC芯片，就是一个chip集成了一系列其他集成电路，现系统级功能。
目前流行的高通座舱芯片SA以8155为例，这个SOC集成以下电路：
CPU GPU
DSP NPU
音频 视频-摄像头处理和接口
其他接口如USB、PCIe等等，还有一些通用的I/O
LTE modem、Wi-Fi Bluetooth可选
并且通过了AEC-Q100 Grade-3认证，可用于车载应用。
高通 SA8155P（来源：Qualcomm）
但是你发现没有，与手机相比，SOC芯片，SA8155好像少了点什么？LTE、WiFi、BLE蓝牙已成为可选，不标配(手机应用都是标配)。GPS和NFC？不，需要外置，SOC有接口可以支持。
高通骁龙 855P（来源：Qualcomm）
现在，我们拿4G以模块为例，看看SIP和SOC有啥差别。
由于车联网技术的快速发展，4G模组在T-Box该产品得到了广泛的应用，许多国内模块供应商声称可以提供车载解决方案，并推出了车辆规模级模块。
为了方便客户应用，一些汽车规模组在设计中会大大简化原有的复杂性SOC例如，电源芯片(如PMIC芯片）、内存（如DDR存储(如芯片)eMMC芯片)集成，甚至电源滤波电容也可以集成给你，如果模块是一个PCB封装装的形式制作大型芯片，俗称SIP封装”了。比如我们平时看到的4G/5G通信模块等智能模块比较小WiFi-BLE模组、GPS实际上，模块等SIP。
对比芯片和模块(来源:Qualcomm，Quectel）
从尺寸对比可以看出，SIP比SOC要大得多，包装也完全不同，SOC是芯片，被动器件一般不集成，但是SIP大多是基于PCB包装(绿色PCB底座易于识别，也有环氧树脂包装，与芯片非常相似），被动设备集成也是一项非常成熟的技术。
SIP(来源:heraeus.com）
SIP相比SOC有哪些优点？笔者查阅了大量相关资料，总结如下：
SIP高集成优势(来源:octavosystems.com）
(2)与传统相比，小型化的优势与传统相比PCBA三叠层芯片技术等集成度较高的设计；
SIP小型化优势(来源:octavosystems.com）
(3)灵活性高，可根据客户或产品的需求定制；
(4)如降低生产和制造成本，PCB层数减少50%，面积减少50%以上，PCB降低贴片点位和降低贴片工艺要求带来的成本节约；
(5)更高的可靠性和更低的故障率-SIP同时，包装减少了数百个焊点和潜在故障点SOC免受环境条件的影响；
(6)大幅降低测试及调试难度，无需专业设备即可上手使用；
(7)大大降低了使用复杂性和开发难度，甚至SIP还可提供系统软件包服务，缩短开发周期，降低开发成本；
SIP小型化优势(来源:octavosystems.com）
(8)帮助Tier 将设计精力转移到系统功能上，为客户创造更大的价值；
(9)降低供应链成本。SIP包装减少了大量的组件，然后简化了供应链，可以从三个方面降低成本：一是降低供应商管理成本，二是降低设备库存成本，三是降低采购成本（这很容易理解，类似于车辆的零比概念）。
那么哪些产品适合制成呢？SIP形式呢？作者认为：
技术角度：做成SIP比如电动车可靠性高，体积小，性能好。IGBT模块，Sic模块等；
成本角度：做成SIP更便宜；
应用角度：做成SIP应用程序更简单，或者根据应用程序需求制作要求SIP的，比如LED模块，或多通道激光器件。
大部分的SIP包装是基于特定的芯片组，可以大大降低用户的使用难度，缩短开发周期，降低设计成本，特别是非常适合技术实力低、产品量小的小公司，或多变的商用车应用，以及新型乘用车的早期阶段。
特别是对于射频或通信应用，SIP这似乎是一个更好的选择。T-Box采用车联网应用SIP之后，客户不需要使用特殊的测试设备进行调试（首先，设备非常昂贵，其次，调试对专业要求很高，调试非常困难），SIP供应商会帮你做好。
SIP优势总结(来源:octavosystems.com）
SIP的车规级
接下来我们来谈谈SIP汽车规级问题。
在AEC-Q104规范发布前，MCM和SIP对于复杂多芯片模块的制造商来说，采用什么样的标准来进行车辆规级测试是一个长期的问题IC设计公司和Tier 问题1AEC-Q104规范一经发布，就引起了业界的广泛关注。
AEC-Q104是AEC与Intel、Infineon、Microchip, NXP, Onsemi、TI公司共同制定的是行业第一个适合的MCM和SIP、定义了BLR（Board Level Reliability板级可靠性)测试标准。解决了什么问题？
随着车辆电动化智能化及辅助驾驶技术的发展，原来元器件级采用AEC采用标准和零件级ISO/IEC标准，而对MCM和SIP，没有适用标准，AEC-Q104刚刚回答了这个问题。
我们详细解长文》中，我们详细解释了什么是车规级AEC-Q104，我们将不再重复标准部分。如果你这样做了，让我们主要看看。SIP或者是要用SIP的话，AEC-Q104对你有什么帮助？
对于SIP制造商，AEC对子器件（sbu-components）有详细的建议和规定。简言之，强烈建议您使用所有符合要求的建议AEC-Q做认证设备MCM，综上所述，有三点：
(1) MCM要全部采用AEC认证设备；
(2)然后只需要做Group H测试即可；
(3)否则，你必须再次使用所有的测试项目；
AEC-Q104标准测试方法(来源:aecouncil.com）
而对于SIP用户，那些声称车规级SIP或者一些模块，区分是否通过AEC-Q测试。有核心芯片有测试。AEC-Q，或声称温度范围符合车载应用的最低85度要求，制造厂有IATF16949或PPAP，然后就敢说自己是 “车规级”的，大家要擦亮眼睛。
某通信模组的 “车规级”
上面是一个反面典型，下面我们看个正面榜样。2022年初就有新闻说国内的一个科技公司为行业客户深度定制的智能座舱模组已通过AEC-Q104车规级认证，且已经装车量产，笔者认为这算是车载座舱SIP一个好的开端吧。
某款通过Q104车规级智能座舱SIP（来源：网络）
智能座舱芯片的未来会是SIP吗？
SIP封装技术的众多优势使其不仅可以广泛应用于工业应用领域，而且在包括智能手机、手表等消费领域也有非常广阔的市场。
以目前很火的智能硬件为例，厂商在设计智能可穿戴设备时，主要面临的挑战是如何将众多的需求功能全部放入极小的空间内，导致整体硬件设计及整合难度极大，整合后还需要考虑系统板级兼容性，而SIP封装将大量原件整合后，集成度大幅提高，系统设计大幅简化。
苹果就一直在手机上应用SIP技术，从第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封装技术。行业巨头的推动将会使SIP技术的普及发展更为顺利，同时我们也要看到SIP也正在成为后摩尔定律时代行业发展的新助力。
现在，回到标题，对于座舱芯片，或者说车载应用，SIP会是发展方向吗？
前面我们也说过，基于可靠性的原因，车载电子是落后于消费类电子的，但随着自动驾驶及车辆智能化技术的发展，智能座舱技术未来有望摆脱近半个世纪以来一直落后于消费类技术的魔咒。比如Model 3就直接取消了仪表，且有些新能源车也直接将仪表小型化了，而中控屏则变的越来越大。仪表从小变大，又变小，直至消失；中控屏从无到有，直至变为整个座舱的中心。
吉利几何A内饰（来源：cheyun.com）
从这种发展趋势我们可以看出来，智能座舱可以逐渐脱离汽车的一些安全属性，向消费领域靠近。这就给了SIP技术未来应用于智能座舱的可能性，因为只有SIP技术才可以加速消费技术在座舱的快速迭代，同时降低使用难度及成本。
我们可以对比一下手机应用，每年更新的重点就是SOC、内存、摄像头及外观，那么对应到座舱SIP，如果SIP供应商能够解决SIP车规级问题，新车型换个SIP座舱就直接升级了，那么对Tier1及OEM来讲，座舱技术迭代周期向消费级靠近就指日可待了。
智能座舱芯片的SIP方案适合由谁来做？
讲了这么多，谁适合来做智能座舱的SIP呢，是传统的Tier 2还是Tier 1，还是另有他人？我们大概来探讨一下。
汽车行业有两个特点，一是对外比较封闭。比如汽车芯片供应商的格局又极其稳定，技术迭代也远没有消费级那么快，一个芯片，卖十几二十年都很常见，但消费级供应商想进入汽车行业却非常困难。
二是其技术方案的多样性。汽车行业有一点估计业内的小伙伴们都习惯了，但是从外部视角来看可能就会觉着奇怪：怎么每家OEM要求都不一样，每家Tier 1都是在干定制化设计的产品，每家产品都不通用？（当然，并不绝对，比如博世的ESC+iBooster，就是基本通用的，一套产品打天下；还是要看tier 1与OEM的博弈结果，看谁的实力更强）
笔者了解到，华为一开始进入汽车行业就是想做那种标准化的解决方案，可以行业通吃，每家都能通用，后来发现汽车行业完全不是这么玩的——每家OEM都要求定制，从硬件到软件都要根据OEM的要求来。我们业内人士都很习惯了，但是初入局者可能直接就被干懵了。
前段时间的“灵魂论”一出，就立即引来了多方的批评，但吃瓜群众们不知道的是，并非某一家OEM很“封闭”，而是整个汽车行业都很封闭，这个没有办法，但凡对安全有要求的行业，大都“封闭”，这是行业属性。
按道理来讲，封闭性和多样性是互相矛盾的，但放到汽车行业，这两个矛盾点却又这么和谐地共存着。封闭就会带来新技术进入困难，迭代慢；技术多样性又会导致通用性低，产品量小，成本高，这都会阻碍SIP技术的车载应用。
从Tier 1角度来讲，目前做汽车电子零部件的Tier 1都比较大，有能力提供全方位的软硬件解决方案。这其中有几方面考虑：
(1) 上文提到的SIP的“灵活性”只是相对的，即它相比于定制SOC要灵活得多，但相比于Tier 1自己找芯片“拼接”的方案，就不够灵活了——一旦采用了SIP，Tier 1就不能自己改设计了，若要改，就得找SIP供应商。在这个技术快速迭代的时代，Tier 1显然不愿意一点方案修改就要去找SIP供应商。
(2) 成本是否可控？前面讲SIP的优势时提到的“供应链成本降低”，这个也是硬币的正反面，如果降不下来，可能还会更高了都说不定。
(3) 最后供应链安全可能也是一个原因，比如目前汽车行业普遍缺芯的情况，SIP方案可能就很危险，而传统设计方案则较容易进行设计更改及芯片替换。
所以目前很少会看到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自身技术实力强，产品也有量，可以得到芯片原厂强有力的技术支持，而用了模组后，Tier 1和Tier 2芯片供应商中间可能就夹了个Tier 1.5，大厂就会考虑考虑了。
Tier 1不喜欢直接用SIP的另一个原因，我们可以追溯到SIP的起源：PCBA模块技术。PCBA模块技术目前还在汽车行业大量使用，算是SIP的雏形和替代方案。
PCBA（Printed Circuit Board Assembly 印刷电路板组件）模块技术——其实就是把特定功能电路做成一个小的电路板模块，接口可以是插针连接器，也可以是绕着板子周围的贴片的焊盘，下面就是一个典型的PCBA射频模块，可以看出集成了一个IC，外围有晶体振荡器及其他被动元件如电阻、电容、磁珠等，还有一个板载天线。
前面我们讲SIP时提过，PCBA模块应用比起IC有一个特别大的优势，就是在射频或通信应用方面，模块贴上就能用，不用设计PCB天线（做过的小伙伴们都清楚这意味着什么），也不需要再使用专门测试设备进行校准及调试了，省时省事省成本。所以在车载应用中，这方面的应用是最先发展起来的，但是也仅限于Tier 1内部，而非行业通用。
PCBA模块举例（来源：mokotechnology.com）
PCBA模块技术因为技术难度较低，Tier 1可以直接自己做。非常适合那些模块化应用的功能，组成PCBA模块后就可以平台化应用了，对产品来讲就是贴上就能用，可以有效降低测试成本，缩短开发周期，避免重复造轮子。
还有就是，因为汽车零部件的生命周期都很长，核心功能在每个产品上基本上不会变，对Tier 1来讲，自研PCBA模块是一种低成本的模块化、通用化设计，何乐而不为呢。
可能有的小伙伴们会说，既然PCBA模块这么好，为什么没有供应商来做一个行业通用的模块呢？这就又要回到前面我们提到的汽车行业的封闭性和多样性问题了，另外可能还要考虑成本及供应链问题。
比如一个PCBA模块是某个芯片供应商用自家芯片做的全家桶解决方案，因为这也是他们最擅长的。然后问题就来了，对Tier 1来讲，一是方案可能不是最优的，或者功能多了，或者功能少了，或者性能有问题；二是成本很可能不是最优的（不过也不一定，全家桶方案也可能给个打包价，成本会更便宜）；三就是供应链安全问题，这是商业问题，略过不谈。当然了，用全家桶方案也有个优势，就是技术支持和芯片的兼容性会比较好，这个比较容易理解，就像你用苹果手表配合iPhone肯定最好用一样。
我们再回到汽车行业解决方案的多样性，特别是复杂的多芯片集成的PCBA模块，比如用于视频处理或座舱应用的PCBA模块，业内一般称之为核心板。这种PCBA都是要用到多家芯片，单个芯片供应商就不好来做了，也不擅长，同时Tier 1也不擅长，这时候其实就很适合有专门的Tier1.5来做了。
核心板PCBA模块举例（来源：9tripod.com）
整体来讲，目前SIP的车载应用还不多，但是基于SIP封装的众多优势及未来智能座舱的发展方向来看，SIP技术还是很有前景的。但是汽车行业基于其自身的特殊性，SIP车载应用的未来，道阻且长。
参考资料：
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/
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