從智能座艙芯片看SIP技術

座艙因為安全等級低，并且需要快速迭代，因而很適合SIP技術的落地。

智能座艙已成為車輛新的價值增長點，消費者買車時越來關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“消費電子化”趨勢，因為8155就是車規(guī)版的手機芯片855。

基于車載可靠性要求及芯片車規(guī)認證的原因，車載電子技術的發(fā)展一直是落后于消費類電子的，通常來講至少落后3～5年。高通在2019年推出的智能座艙平臺SOC SA8155P系列，其基礎設計源于2018發(fā)布的驍龍855，從時間上來看，差了一年；但落實到技術應用上，時間差就要兩到三年了。

不過，如果采用了SIP技術，源于消費電子產品的技術在智能座艙中的應用便會加快，同時，其使用難度和使用成本也會降低。

接下來，我們聊一聊SIP技術。

SIP的定義及其優(yōu)勢

所謂SIP，是指系統(tǒng)級封裝(System in Package)，類似于我們經常談到的SOC（System on chip，系統(tǒng)級芯片），SOC是在一個chip上做了個系統(tǒng)，比如手機的SOC芯片，就是在一個chip上集成了一系列的其他集成電路從而實現(xiàn)了一個系統(tǒng)級的功能。

以目前很火的高通座艙芯片SA8155來舉例，這個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

并且通過了AEC-Q100 Grade-3認證，可以用于車載應用。

高通 SA8155P（來源：Qualcomm）

但大家發(fā)現(xiàn)沒有，比起手機用的SOC芯片，SA8155似乎還少點東西？LTE、WiFi、BLE藍牙變成了可選，不標配了（手機應用可都是標配啊）。GPS和NFC呢？沒有，需要外置才行，SOC有接口可以支持。

高通驍龍 855P（來源：Qualcomm）

現(xiàn)在，我們拿4G模組來舉例，看看SIP和SOC有啥差別。

受益于車聯(lián)網技術的快速發(fā)展，4G模組在T-Box產品中得到了大規(guī)模應用，在國內眾多模組供應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)級模組。

為方便客戶應用，一些車規(guī)級模組在設計時會極大地簡化原本復雜的SOC設計，比如可以把電源芯片（如PMIC芯片）、內存（如DDR芯片）、存儲（如eMMC芯片）集成進去，甚至連電源濾波電容都能給你集成進去，如果把模組以一個PCB封裝的形式做成一個大的“芯片”，這就是我們俗稱的“SIP封裝”了。大一點的比如平時我們見到的4G/5G通信模組和其他智能模組，小一點的如WiFi-BLE模組、GPS模組等，實際上都是SIP。

芯片與模組對比（來源：Qualcomm，Quectel）

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

SIP封裝舉例（來源：heraeus.com）

SIP相比SOC有哪些優(yōu)勢呢？筆者查閱了大量相關資料，匯總如下：

(1) 更高的集成度，比如可以集成電源、晶體、存儲器、濾波器件；

SIP的高集成度優(yōu)勢（來源：octavosystems.com）

(2) 小型化優(yōu)勢，相比于傳統(tǒng)的PCBA設計，帶來更高的集成度，比如三疊層芯片技術；

SIP的小型化優(yōu)勢（來源：octavosystems.com）

(3) 靈活性高，可依照客戶或產品的需求進行定制化；

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

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

(6) 大幅降低測試及調試難度，無需專業(yè)設備即可上手使用；

(7) 大幅降低使用復雜度及開發(fā)難度，甚至SIP供應商還可以提供系統(tǒng)軟件包服務，進而縮短開發(fā)周期及降低開發(fā)成本；

SIP的小型化優(yōu)勢（來源：octavosystems.com）

(8) 幫助Tier 1將設計精力轉移至系統(tǒng)功能，進而為客戶創(chuàng)造更大的價值；

(9) 降低供應鏈成本。SIP封裝減少了大量的元器件，進而簡化了供應鏈，這可以從三個方面降低成本：一是降低供應商管理成本，二是降低器件的庫存成本，三是降低了采購成本（這個很容易理解，類似于車輛的零整比概念）。

那么哪些產品適合做成SIP形式呢？筆者認為：

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

成本角度：做成SIP更便宜；

應用角度：做成SIP應用更簡單，或者基于應用需求，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、縮短開發(fā)周期、降低設計成本，特別是非常適合技術實力較低、產品量小的小公司，或應用多變，量不大的商用車應用，以及乘用車新車型前期。

特別是對于射頻或通信類應用，SIP似乎是更好的選擇。比如T-Box車聯(lián)網應用，采用SIP后就不需要客戶再使用專門測試設備進行調試了（首先設備很貴，其次調試對專業(yè)性要求很高，調試難度很大），SIP供應商會幫你做好。

SIP的優(yōu)勢總結（來源：octavosystems.com）

SIP的車規(guī)級

接下來我們講一下SIP的車規(guī)級問題。

在AEC-Q104規(guī)范發(fā)布之前，MCM和SIP等復雜多芯片模組的制造商應該采用哪種標準對其進行車規(guī)級測試，這是一個長期困擾IC設計公司和Tier 1的問題。所以AEC-Q104規(guī)范一經發(fā)布，就引起了行業(yè)內的廣泛關注。

AEC-Q104是AEC與Intel、Infineon、Microchip, NXP, Onsemi、TI等公司一起制定的，是行業(yè)首個適用于MCM和SIP、定義了BLR（Board Level Reliability板級可靠性）測試的標準。這解決了什么問題呢？

隨著車輛電動化智能化及輔助駕駛技術的發(fā)展，原來元器件級采用AEC標準，零部件級采用ISO/IEC標準，而對MCM和SIP，沒有適用標準，AEC-Q104剛好回答了這個問題。

在《5萬字長文說清楚到底什么是“車規(guī)級”》一文中，我們詳細解讀了AEC-Q104，關于標準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對你有什么幫助。

對于SIP制造商，AEC對子器件（sbu-components）有詳細的建議和規(guī)定，簡單來講就是強烈建議你去使用全部符合AEC-Q認證的器件去做MCM，綜合起來就是以下三點：

(1) MCM要全部采用AEC認證的器件；

(2) 然后只需要進行Group H測試即可；

(3) 否則的話你就得把所有測試項全來一遍；

AEC-Q104標準測試方法（來源：aecouncil.com）

而對于SIP使用者，對那些聲稱 “車規(guī)級”的SIP或某些模組，要區(qū)分一下看有沒有通過AEC-Q測試。如果僅僅只是核心芯片有AEC-Q，或聲稱溫度范圍達到了車載應用的最低85度要求，制造工廠有個IATF16949或PPAP，然后就敢說自己是 “車規(guī)級”的，大家要擦亮眼睛。

某通信模組的 “車規(guī)級”

上面是一個反面典型，下面我們看個正面榜樣。2022年初就有新聞說國內的一個科技公司為行業(yè)客戶深度定制的智能座艙模組已通過AEC-Q104車規(guī)級認證，且已經裝車量產，筆者認為這算是車載座艙SIP一個好的開端吧。

某款通過Q104車規(guī)級智能座艙SIP（來源：網絡）

智能座艙芯片的未來會是SIP嗎？

SIP封裝技術的眾多優(yōu)勢使其不僅可以廣泛應用于工業(yè)應用領域，而且在包括智能手機、手表等消費領域也有非常廣闊的市場。

以目前很火的智能硬件為例，廠商在設計智能可穿戴設備時，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，導致整體硬件設計及整合難度極大，整合后還需要考慮系統(tǒng)板級兼容性，而SIP封裝將大量原件整合后，集成度大幅提高，系統(tǒng)設計大幅簡化。

蘋果就一直在手機上應用SIP技術，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。行業(yè)巨頭的推動將會使SIP技術的普及發(fā)展更為順利，同時我們也要看到SIP也正在成為后摩爾定律時代行業(yè)發(fā)展的新助力。

現(xiàn)在，回到標題，對于座艙芯片，或者說車載應用，SIP會是發(fā)展方向嗎？

前面我們也說過，基于可靠性的原因，車載電子是落后于消費類電子的，但隨著自動駕駛及車輛智能化技術的發(fā)展，智能座艙技術未來有望擺脫近半個世紀以來一直落后于消費類技術的魔咒。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越大。儀表從小變大，又變小，直至消失；中控屏從無到有，直至變?yōu)檎麄€座艙的中心。

從這種發(fā)展趨勢我們可以看出來，智能座艙可以逐漸脫離汽車的一些安全屬性，向消費領域靠近。這就給了SIP技術未來應用于智能座艙的可能性，因為只有SIP技術才可以加速消費技術在座艙的快速迭代，同時降低使用難度及成本。

我們可以對比一下手機應用，每年更新的重點就是SOC、內存、攝像頭及外觀，那么對應到座艙SIP，如果SIP供應商能夠解決SIP車規(guī)級問題，新車型換個SIP座艙就直接升級了，那么對Tier1及OEM來講，座艙技術迭代周期向消費級靠近就指日可待了。

智能座艙芯片的SIP方案適合由誰來做？

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

汽車行業(yè)有兩個特點，一是對外比較封閉。比如汽車芯片供應商的格局又極其穩(wěn)定，技術迭代也遠沒有消費級那么快，一個芯片，賣十幾二十年都很常見，但消費級供應商想進入汽車行業(yè)卻非常困難。

二是其技術方案的多樣性。汽車行業(yè)有一點估計業(yè)內的小伙伴們都習慣了，但是從外部視角來看可能就會覺著奇怪：怎么每家OEM要求都不一樣，每家Tier 1都是在干定制化設計的產品，每家產品都不通用？（當然，并不絕對，比如博世的ESC+iBooster，就是基本通用的，一套產品打天下；還是要看tier 1與OEM的博弈結果，看誰的實力更強）

筆者了解到，華為一開始進入汽車行業(yè)就是想做那種標準化的解決方案，可以行業(yè)通吃，每家都能通用，后來發(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。我們業(yè)內人士都很習慣了，但是初入局者可能直接就被干懵了。

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

按道理來講，封閉性和多樣性是互相矛盾的，但放到汽車行業(yè)，這兩個矛盾點卻又這么和諧地共存著。封閉就會帶來新技術進入困難，迭代慢；技術多樣性又會導致通用性低，產品量小，成本高，這都會阻礙SIP技術的車載應用。

從Tier 1角度來講，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就不能自己改設計了，若要改，就得找SIP供應商。在這個技術快速迭代的時代，Tier 1顯然不愿意一點方案修改就要去找SIP供應商。

(2) 成本是否可控？前面講SIP的優(yōu)勢時提到的“供應鏈成本降低”，這個也是硬幣的正反面，如果降不下來，可能還會更高了都說不定。

(3) 最后供應鏈安全可能也是一個原因，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，而傳統(tǒng)設計方案則較容易進行設計更改及芯片替換。

所以目前很少會看到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自身技術實力強，產品也有量，可以得到芯片原廠強有力的技術支持，而用了模組后，Tier 1和Tier 2芯片供應商中間可能就夾了個Tier 1.5，大廠就會考慮考慮了。

Tier 1不喜歡直接用SIP的另一個原因，我們可以追溯到SIP的起源：PCBA模塊技術。PCBA模塊技術目前還在汽車行業(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——其實就是把特定功能電路做成一個小的電路板模塊，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，下面就是一個典型的PCBA射頻模塊，可以看出集成了一個IC，外圍有晶體振蕩器及其他被動元件如電阻、電容、磁珠等，還有一個板載天線。

前面我們講SIP時提過，PCBA模塊應用比起IC有一個特別大的優(yōu)勢，就是在射頻或通信應用方面，模塊貼上就能用，不用設計PCB天線（做過的小伙伴們都清楚這意味著什么），也不需要再使用專門測試設備進行校準及調試了，省時省事省成本。所以在車載應用中，這方面的應用是最先發(fā)展起來的，但是也僅限于Tier 1內部，而非行業(yè)通用。

PCBA模塊舉例（來源：mokotechnology.com）

PCBA模塊技術因為技術難度較低，Tier 1可以直接自己做。非常適合那些模塊化應用的功能，組成PCBA模塊后就可以平臺化應用了，對產品來講就是貼上就能用，可以有效降低測試成本，縮短開發(fā)周期，避免重復造輪子。

 還有就是，因為汽車零部件的生命周期都很長，核心功能在每個產品上基本上不會變，對Tier 1來講，自研PCBA模塊是一種低成本的模塊化、通用化設計，何樂而不為呢。

可能有的小伙伴們會說，既然PCBA模塊這么好，為什么沒有供應商來做一個行業(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題了，另外可能還要考慮成本及供應鏈問題。

比如一個PCBA模塊是某個芯片供應商用自家芯片做的全家桶解決方案，因為這也是他們最擅長的。然后問題就來了，對Tier 1來講，一是方案可能不是最優(yōu)的，或者功能多了，或者功能少了，或者性能有問題；二是成本很可能不是最優(yōu)的（不過也不一定，全家桶方案也可能給個打包價，成本會更便宜）；三就是供應鏈安全問題，這是商業(yè)問題，略過不談。當然了，用全家桶方案也有個優(yōu)勢，就是技術支持和芯片的兼容性會比較好，這個比較容易理解，就像你用蘋果手表配合iPhone肯定最好用一樣。

我們再回到汽車行業(yè)解決方案的多樣性，特別是復雜的多芯片集成的PCBA模塊，比如用于視頻處理或座艙應用的PCBA模塊，業(yè)內一般稱之為核心板。這種PCBA都是要用到多家芯片，單個芯片供應商就不好來做了，也不擅長，同時Tier 1也不擅長，這時候其實就很適合有專門的Tier1.5來做了。

核心板PCBA模塊舉例（來源：9tripod.com）

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

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/