芝能智芯出品
随着智能驾驶不断迈向更高阶的发展阶段，智能驾驶芯片的性能与功耗呈指数级上升，热管理设计已成为芯片可量产部署的决定性因素。
本文结合地平线J系列芯片的演进路径，从芯片封装选型到热路径管理，再到预控环节的优化思路，深入解析了当前智能驾驶芯片热管理领域的核心挑战与应对策略。
通过从芯片功耗分布出发，建立更真实的热模型，不仅是对热设计能力的考验，更是智能汽车硬件架构成熟度的体现。
Part 1
芯片家族演进：
性能跃升带来的热管理挑战
智能驾驶的快速发展，使得作为“大脑”的智能驾驶芯片在短短数年内完成了从J2、J3，到J5、J6的跃升。这背后的变化不仅是算力的提升，更是功耗结构的翻天覆地。
特别是J6作为地平线推出的家族化系列，其产品线从辅助驾驶覆盖至完全自动驾驶，芯片本身也形成了按算力和应用场景细分的产品矩阵——从轻量级的J6B、J6L，到面向高阶智能驾驶的J6H与J6P。
芯片多样性满足不同车型差异化需求的同时，也带来了热设计在各类平台上的复杂适配问题。
J6这一代芯片，其TDP功耗相比前几代有显著提升，芯片在运行时的散热负担剧增，不能再沿用过往中低功耗芯片的热设计逻辑。
为了保障芯片在车规场景下实现稳定可靠的批量落地，地平线团队在芯片设计初期即引入热设计团队协同参与，围绕散热路径、封装形式、功耗密度及结构适配等多个维度做出前置性优化。
在J6发布至今的三年中，在控制器的设计中提供了自然冷、风冷、液冷等多种参考方案，可根据整车平台的热预算和集成约束灵活选择。
热方案模块化的设计理念，实质上是芯片厂商对整车厂的一种技术赋能，目的是尽可能降低系统集成难度，实现从芯片研发到量产的无缝衔接。
智能驾驶芯片热管理的第一步，是对封装结构与热路径的精准认知。
目前主流的智能驾驶芯片多采用FCBGA封装，芯片核心的热源主要集中在die下方，通过TIM1传递至lid（盖板），再经TIM2导向最终的散热系统（风冷/液冷）。
超过90%的热量都必须沿这条路径有效导出，任何一环阻滞，都会带来温升和系统稳定性风险。
在封装选型方面，目前车规场景仍以带lid的结构为主。相较于通信芯片中常见的裸die封装，带盖封装虽然牺牲了部分热阻优化的空间，但在车规所要求的机械强度和可靠性上表现更为稳健。
尤其是当TIM2层厚度较高时，有lid封装能更好实现热与结构之间的平衡。
Part 2
功耗与热的交织：
动态平衡与预控体系
基板的热过孔设计和铺铜率直接决定了芯片散热路径的通畅程度。
良好的热过孔网络，不仅能高效分摊热流密度，还能辅助下沉热流至更大面积的金属区域，形成有效的热扩散“中间层”。
与此同时，TIM1的材料热导率也在快速演进，从早期的3 W/m·K逐步向7 W/m·K逼近，为芯片热路径上的第一热阻层提供了更优传导能力。
lid的面积与厚度也是重要的热设计参数。
尤其是采用“Forward”结构的封装，其lid面积更大，适合功耗更高、热通量密集的场景。然而，这类封装成本显著高于“Center”结构，需在设计初期明确目标功耗等级，避免冗余。
芯片内部的功耗分布差异。
在理想模型中，人们往往假设功耗在整个die面均匀分布，进而形成规则对称的温度分布图。
但在实际芯片运行中，由于功能单元位置不同、工作负载变化显著，功耗热点往往高度集中。
此时，如果仍以“均匀功耗”作为热仿真的输入，所得到的结温预测将偏低，无法准确反映真实运行时的风险。
地平线在热管理设计中引入真实的power map（功耗分布图），并结合仿真输出的温度云图进行比对分析，精确锁定热点位置。
这种以功耗驱动热设计的方式，不仅能够指导散热器布置、导热路径拓扑的优化，还能帮助工程师动态调节负载分布策略，在系统级实现热平衡。
芯片的功耗来源主要分为动态功耗和静态功耗。
前者受电容、电压、频率直接影响，常见于高负载运行场景；而后者则随温度上升而指数增长，是芯片热失控的最大隐患。
因此，一旦芯片内部某一热点区域温升未被及时缓解，就可能引发静态功耗增加，导致进一步升温，最终进入“热正反馈”状态，极大威胁系统稳定性。
避免这一风险，芯片热设计必须引入热平衡理念，将系统设计的初始状态控制在合理热预算范围内，并通过预控策略实现持续监测与动态调节。
地平线在J6系列芯片设计中强化了这一点，通过多点温度采集、功耗动态建模与主控芯片协同，实现主动功耗下调、频率调节、热分布迁移等措施，从而保持系统在安全运行区间内。
在热仿真与物理验证之间的衔接也是提升热设计可靠性的关键一环。
工程团队会基于功耗热力图进行初步仿真分析，再通过温度贴片、电测温度探针等手段进行实测比对，不断迭代散热结构与材料组合，优化TIM层厚度、散热器接触面积及基板铜层路径，最终形成一整套可量产、低成本、高稳定性的热管理方案。
小结
智能驾驶芯片的发展，正在从算力为核心的竞争阶段，过渡到功耗-热设计-结构可靠性一体化的系统工程阶段。
芯片不再是独立的计算单元，而是整车热生态系统中的核心能量源，其热管理能力将直接影响整车电子架构的效率、寿命与可靠性。
热管理，不再只是技术“后工序”，而成为芯片设计前期的“底座逻辑”。唯有在芯片设计之初便嵌入热路径思维，才能在不断提升算力的同时，确保这颗智能汽车的大脑始终保持“冷静”。
原文标题 : 智能驾驶芯片的热设计：演进与挑战
