芯片和小家電？小家電還能更小？

近年來，芯粒（Chiplet）技術作為一種創新的半導體設計和制造方式，正逐步成為解決這一難題的關鍵。

本文將深入探討Chiplet技術的原理與優勢，結合智能掃地機器人的具體應用，分析其如何助力小家電產品實現更小的體積、更強的性能和更高的智能化水平。

“無人機之王”大疆殺入掃地機器人“紅海”

就以智能掃地機器人為例：

憑借其高效便捷的自動清潔能力，深受廣大用戶的喜愛。隨著用戶對智能化、多功能化的需求日益提升，掃地機器人等小家電產品所需的芯片技術也面臨著更高的挑戰。如何在有限的空間內實現功能集成、降低功耗并控制成本，成為產業界關注的重點。

老生常談，什么是Chiplet技術？

Chiplet技術是指將傳統大型單一芯片拆分成多個功能獨立、體積更小的芯粒模塊，通過先進封裝技術將這些芯粒高效集成在一起，形成一個整體芯片系統。

與傳統的單芯片設計相比，Chiplet設計允許不同功能的芯粒采用不同工藝節點制造，彼此通過高速互聯技術協同工作。

這種模塊化設計帶來了多方面優勢，這些優勢使Chiplet技術成為應對小家電芯片設計復雜性和體積限制的重要解決方案：

Chiplet技術下的堆疊封裝技術

設計靈活性提升：芯粒之間可靈活組合，滿足不同產品的多樣化需求。

制造良率提高：小尺寸芯粒生產良率普遍優于大芯片，降低生產風險。

成本效益顯著：芯粒復用度高，分攤設計與制造成本。

異構集成能力：支持不同技術工藝的芯粒異構融合，實現性能與能效的最佳平衡。

以智能掃地機器人為例，作為典型的小家電產品，其芯片設計面臨諸多挑戰：

空間受限，尺寸緊張：掃地機器人機身尺寸有限，芯片模組必須盡可能小巧，以便節省主板空間，同時留出安裝電池、傳感器和驅動電機的空間。

功能多樣，集成復雜：機器人需集成多種傳感器（激光雷達、紅外、攝像頭等）、運動控制模塊、無線通信模塊（Wi-Fi、藍牙）以及AI推理單元，功能高度集成。

低功耗高效能：要求依賴電池供電的設備對芯片功耗有嚴格限制，必須實現高效能同時降低能耗，延長續航時間。

成本敏感，制造受限市場價格競爭激烈，芯片設計與制造需嚴格控制成本，同時保證良率和性能。

傳統單芯片設計在滿足以上需求時往往面臨設計復雜、成本高昂、尺寸難以進一步縮減等瓶頸；但針對上述挑戰，Chiplet技術提供了多維度的解決方案：

圖片來自：Google

模塊化設計實現靈活定制：通過將不同功能拆分為獨立芯粒模塊，如處理器核芯粒、傳感器接口芯粒、AI推理芯粒、通信芯粒和電源管理芯粒等，設計團隊能夠根據不同產品需求靈活組合芯粒，快速調整產品功能配置，提升研發效率。

高度集成縮小芯片面積：采用2.5D或3D封裝技術，多芯粒模塊在物理空間上實現緊密堆疊和并聯，顯著縮減芯片整體面積。減小芯片尺寸有助于節省主板空間，實現整機體積的進一步減小。

降低制造風險，提升良率：芯粒尺寸較小，制造良率遠高于大尺寸單芯片。出現缺陷時僅需替換相關芯粒，降低報廢率。芯粒模塊化設計還支持跨產品線復用，提高投資回報率。

異構集成提升性能與能效：支持不同工藝節點芯粒的異構集成，例如采用先進制程制造高性能CPU芯粒，低功耗工藝制造傳感器芯粒，定制工藝制造AI加速芯粒，實現性能與功耗的最佳平衡。

我們回到智能掃地機器人，一起來看一下Chiplet技術在其中的應用實例：

圖片來自：Google

傳感器數據采集芯粒激光雷達、攝像頭、紅外等傳感器產生大量數據，設計專用芯粒實現高速數據采集和預處理，減輕主芯片壓力，提高環境感知速度。

AI推理芯粒：路徑規劃、障礙識別和地圖構建依賴深度學習算法，采用定制AI芯粒實現神經網絡加速，降低推理延遲和功耗，提高機器人智能化水平。

運動控制芯粒：電機驅動和定位控制要求精確響應，專用運動控制芯粒負責產生PWM信號，實時采集位置反饋，確保平穩行駛。

通信芯粒：集成Wi-Fi、藍牙等無線通信功能，實現遠程控制與云端數據同步，提升用戶體驗。

電源管理芯粒：負責穩壓、充電和動態功耗管理，延長電池壽命，提高續航時間。

或許，Chiplet技術正在引領小家電芯片設計從單一、笨重向模塊化、智能化轉型，推動以下行業變革：未來，隨著3D堆疊技術、硅通孔（TSV）技術的成熟，芯粒間互聯更緊密，芯片尺寸將進一步縮減，性能與能效將持續提升。Chiplet技術將在更多小家電領域發揮關鍵作用，推動智能家居邁入全新階段。

奇普樂 · 往期文章