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摩尔定律放缓,自动驾驶靠什么突破算力枷锁?

  • 2026-10-20 08:28:58
摩尔定律放缓,自动驾驶靠什么突破算力枷锁?

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研究背景

随着万物互联与人工智能技术的快速发展,汽车由传统交通工具向智能互联终端转型,自动驾驶技术因巨大的产业价值与安全需求引起了科学家的广泛关注。其中,自动驾驶芯片是支撑车辆在复杂高危环境下完成感知、决策与控制的核心硬件,直接决定自动驾驶能否实现安全落地、规模化部署与商业化应用。高阶自动驾驶算法对车载算力提出指数级增长的需求,而传统芯片工艺的物理极限逐步显现,算力需求与芯片技术上限之间的鸿沟不断扩大,由此衍生的性能、安全、实时性与成本之间的多重约束成为亟待突破的研究难题,特别是对软硬件一体化设计路径、新型器件与先进集成技术的研究。

研究内容

针对上述问题,北京大学彭练矛院士、姜建峰研究员与清华大学自动化系封硕副教授为论文共同通讯作者,清华大学自动化系助理研究员陆秋婧、麻省理工学院博士后吴思弘、北京大学电子学院博士毕业生刘一凡、北京大学电子学院博士后黄子蔚、加州大学圣地亚戈分校博士后周越在Nature Reviews Electrical Engineering期刊上发表了题为“Autonomous driving chips”的最新论文。研究者打通半导体工艺与自动驾驶算法两大研究领域,开展跨学科协同探索,摒弃单一维度的技术优化思路,提出软硬件协同设计的全新技术范式。相关研究围绕传统制程缩放放缓带来的性能增长困境展开讨论,系统分析安全可靠性、实时响应能力、制造成本对芯片架构的约束作用,重点挖掘先进材料、逻辑存储新技术、异构单片三维集成、领域专用架构等技术方向的发展潜力。

通过梳理半导体器件工艺与自动驾驶算法的交叉进展,研究者厘清下一代自动驾驶智能计算平台的关键技术瓶颈,剖析各类技术方案固有的设计权衡关系,归纳跨学科创新的可行方向,为高性能车载智能计算平台的后续研发提供理论参考,也为解决高阶自动驾驶算力供给不足的现实矛盾提供新的解决思路。

图文导读

(1)该评述首次点明自动驾驶行业发展的核心矛盾,即自动驾驶算力需求快速扩张与传统芯片技术物理极限之间的差距持续拉大,明确仅依靠硬件或者软件单方面创新难以突破发展瓶颈,得出软硬件协同设计是突破当前困境的必要范式这一核心结论。

(2)通过剖析安全可靠性、实时智能响应、成本控制三大核心约束条件,梳理其对自动驾驶芯片架构设计带来的重塑作用,结果显示传统制程缩放的技术红利逐步衰减,车载计算平台面临性能增长放缓的现实挑战,单一技术路径无法同时满足多维度严苛指标,设计过程存在大量不可避免的性能权衡。

(3)通过调研半导体与自动驾驶算法两大领域前沿进展,系统梳理多项具有发展潜力的技术方向,包括先进半导体材料、新型逻辑存储器件、异构单片三维集成技术以及面向自动驾驶的领域专用架构,证实上述新兴技术有机会破解下一代车载计算平台的算力供给难题。

(4)结合跨学科交叉视角开展综合分析,归纳自动驾驶智能计算平台现存关键技术瓶颈,厘清不同技术方案的优劣势与取舍关系,指出跨学科融合创新是推动高阶自动驾驶芯片迭代的重要途径,为后续面向自动驾驶的新一代智能计算平台研发提供宏观研究思路与方向指引。

图1 | 动驾驶系统概览。

图2 | 自动驾驶可扩展安全的障碍。

图3 | 面向实时安全的算法效率提升。

图4 | 制造创新与半导体突破。

图5 | 面向可扩展安全自动驾驶的人工智能与硬件融合。

结论展望

高阶自动驾驶芯片的研发不能局限于硬件或者软件的独立优化,算力需求暴涨与传统半导体物理极限之间的矛盾,倒逼研究范式向软硬件协同设计转变。安全、实时性与成本多重约束共同定义车载芯片的设计边界,在摩尔定律逐步放缓的背景下,单纯依靠工艺缩放已经难以持续提升系统整体性能,研究人员需要跳出传统芯片设计思维,充分挖掘先进材料、逻辑存储新技术、异构单片三维集成、领域专用架构等前沿技术的应用潜力。自动驾驶计算平台属于典型的跨学科研究对象,半导体器件工艺与自动驾驶算法二者不可割裂,在开展技术研发时需要充分考量不同方案固有的设计权衡,综合评估各项技术的适配性,重视跨学科交叉创新,统筹硬件底层技术迭代与上层算法需求,以此破解车载计算的关键技术瓶颈,为下一代自动驾驶智能计算平台的技术选型与后续探索提供重要思路。

该工作发表在Nature Reviews Electrical Engineering上

文章链接(点击“阅读原文”):https://doi.org/10.1038/s44287-026-00319-1

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