近來，除了高度自動駕駛車輛(AV——automated vehicles)，似乎在投資人、企業(yè)家和工程師之間沒有其他還能引起類似興趣與熱情的話題了。看來，在高科技產(chǎn)業(yè)中，幾乎每個人——包括機(jī)器人科學(xué)家、AI專家、芯片設(shè)計(jì)師和傳感器開發(fā)者等，都想趕上這一波自動駕駛潮流。

同樣重要的是，AV的前景為全球傳統(tǒng)汽車制造商注入了活力。

日本電裝公司(Denso)高級執(zhí)行董事加藤幸弘(Yukihiro Kato)在今年國際固態(tài)電路會議(ISSCC)的主題演講中指出：在連接、高效和自動駕駛進(jìn)步的推動下，汽車行業(yè)正在經(jīng)歷一場“百年一遇的轉(zhuǎn)型”。

盡管興趣濃厚，但電動汽車(EV)的進(jìn)展并未達(dá)到幾年前的預(yù)測程度。去年，在美國銷售的1700萬輛轎車和輕型卡車中，純電動和插電式混合動力汽車的數(shù)量僅占1％。與此同時(shí)，自動駕駛的承諾是“比人類駕駛更安全”，但其前景在亞利桑那州坦佩市一輛優(yōu)步(Uber)自動駕駛測試車造成致死意外后，如今正面臨著嚴(yán)峻的監(jiān)管。

圖1：由于充電基礎(chǔ)設(shè)施和對EV電池的擔(dān)憂，導(dǎo)致進(jìn)展緩慢。（圖像來源：IHS Automotive）。

雖然EV和AV的前景很容易被視為市場炒作，但科技、汽車和半導(dǎo)體行業(yè)中很少有人會無動于衷，因?yàn)橐徊ˋV創(chuàng)新正在他們眼前展開。大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、邊緣AI處理以及先進(jìn)傳感器支持的感知技術(shù)正發(fā)生革命。同樣，在EV方面，英飛凌、Wolfspeed和羅姆半導(dǎo)體(Rohm)等公司在寬帶隙(WBG)半導(dǎo)體技術(shù)的前景中，看到了巨大的經(jīng)濟(jì)利益。他們相信通過提高功率密度，將有助于縮小汽車逆變器的尺寸。

當(dāng)EV遇到AV

EV、AV和聯(lián)網(wǎng)汽車的開發(fā)并非單打獨(dú)斗。一線OEM通過開發(fā)融合自動駕駛和連接功能的電動汽車，正在整合當(dāng)今最好的技術(shù)創(chuàng)新。

EV最重要的優(yōu)點(diǎn)是使用更少的移動部件。其三個主要部件是電池、逆變器和電機(jī)。相比之下，內(nèi)燃機(jī)包含數(shù)千個必須維護(hù)的小部件。從工程角度看，EV完美匹配AV技術(shù)，因?yàn)锳V需要更多的電智能(electrical brainpower)來管理視覺、傳感器融合、地圖和路徑規(guī)劃功能，同時(shí)處理不斷增長的軟件。

對于汽車行業(yè)而言，電氣化標(biāo)志著從機(jī)械驅(qū)動汽車到軟件驅(qū)動汽車的徹底轉(zhuǎn)變。例如，它為設(shè)計(jì)師打開了大門，讓他們可以開發(fā)能夠提高EV運(yùn)行效率的應(yīng)用。

恩智浦半導(dǎo)體在今年年初推出了所謂的“Greenbox”，這是汽車OEM開發(fā)新型混合動力和EV應(yīng)用的平臺。

圖2：GreenBox支持HEV和電機(jī)控制應(yīng)用的開發(fā)。（圖像來源：恩智浦半導(dǎo)體）。

恩智浦汽車動力學(xué)和安全產(chǎn)品線副總裁兼總經(jīng)理Ray Cornyn表示，設(shè)計(jì)人員可以使用Greenbox創(chuàng)建應(yīng)用，以提高路線規(guī)劃中的整體能效。例如HEV面對長上坡坡度時(shí)，使用AV獲得的特定路線知識的軟件可以增強(qiáng)HEV在上坡時(shí)的電池管理能力。

加快AV進(jìn)展

促進(jìn)AV開發(fā)的投資和進(jìn)步的力量來自該領(lǐng)域的新進(jìn)入者，尤其是像Waymo這樣的科技公司。

IHS Markit的汽車信息娛樂和高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)研究主管Egil Juliussen說：“Waymo在無人駕駛市場一直是悄悄地迎頭趕上，如今已經(jīng)領(lǐng)先于該領(lǐng)域的其他公司了。”

在去年發(fā)布的安全報(bào)告中，Waymo解釋了其自動駕駛軟件、硬件，以及如何測試車輛。Juliussen引用該報(bào)告指出，Waymo與其競爭的自動駕駛車的區(qū)別在于“從軟件角度設(shè)計(jì)自己的傳感器系統(tǒng)”。

經(jīng)過八年的駕駛軟件研究，Waymo已經(jīng)學(xué)會了“比其他人更能掌握汽車周圍的環(huán)境。”Waymo緊密結(jié)合軟件的能力模擬的是Apple的方法，Juliussen觀察到。這是缺乏自家軟件能力的傳統(tǒng)汽車制造商難以復(fù)制的。

在美國，AV的問題并不在于是否，或甚至何時(shí)實(shí)現(xiàn)。今年1月份，第一張多米諾骨牌被推倒了，當(dāng)時(shí)亞利桑那州核發(fā)了Waymo運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)公司的牌照。2月初，Waymo確認(rèn)了在2018年開始向客戶收取無人駕駛出租車(robo-taxi)費(fèi)用的計(jì)劃。

而在3月份亞利桑那州的優(yōu)步事故發(fā)生后，優(yōu)步、豐田、沃爾沃和英偉達(dá)都宣布暫停在公路上對其車輛進(jìn)行試駕。但Waymo和GM似乎仍繼續(xù)在前進(jìn)。

豐田的e-Palette

在所有汽車OEM中，豐田(最保守的日本汽車公司之一)今年年初在國際消費(fèi)電子展(CES)上對社會大眾為什么需要高度自動駕駛車輛做了最佳詮釋。

豐田并未陷入該由誰(機(jī)器或人)掌控汽車的長期爭議中，而是將其AV愿景駛向了一條不同的發(fā)展道路。他們的想法是讓“e-Palette”成為一種能讓自動駕駛汽車按照使用者需求變身購物與配送、隨選餐車和醫(yī)院接駁車的平臺，打造一座名副其實(shí)的按需城市。

圖3：豐田在2018年國際消費(fèi)電子展上的e-Palette演示。（照片：EE Times）。

當(dāng)然，并不是只有豐田汽車的CEO豐田章男(Akio Toyoda)將自己公司的挑戰(zhàn)定義為從汽車制造轉(zhuǎn)型為移動服務(wù)商。通過與亞馬遜、滴滴、優(yōu)步、必勝客和馬自達(dá)等行業(yè)伙伴合作，豐田至少提出了AV和EV不僅僅是無人駕駛出租車的想法：他們還可以打造一個向其他開發(fā)者開放的“移動平臺”。

百度因素

在EV和AV的全球化世界中，中國正成為一個重要因素。許多分析師認(rèn)為，將自己定位為“中國谷歌”的百度可能會改變市場格局。該公司已表現(xiàn)出在中國收獲大數(shù)據(jù)的能力。它對高度自動化車輛的開放式平臺Apollo(阿波羅)的承諾鞏固了其優(yōu)勢。

基于去年7月發(fā)布的原始Apollo平臺的成功，百度一直在努力更新應(yīng)用。 Apollo 2.0將統(tǒng)一Apollo平臺的所有四個模塊——云服務(wù)、軟件、參考硬件和車輛平臺。百度聲稱，基于百度Duer操作系統(tǒng)的Apollo，現(xiàn)在可以自動引導(dǎo)車輛在基本的城市環(huán)境中行駛，甚至在夜間。

百度已經(jīng)積累了90多家合作伙伴，包括英偉達(dá)、英特爾、恩智浦和瑞薩等計(jì)算平臺芯片供應(yīng)商的支持。Apollo平臺旨在降低汽車OEM進(jìn)入的門檻。據(jù)報(bào)道，當(dāng)今，中國有200家汽車OEM。Apollo將使他們能夠進(jìn)入AV市場，就像谷歌的安卓(Android)在中國創(chuàng)建了一個龐大的非蘋果智能手機(jī)供應(yīng)商社區(qū)一樣。

“我們擁有大量數(shù)據(jù)，我們提供開放式開發(fā)平臺，我們在中國擁有批量生產(chǎn)能力，”百度董事會副主席陸奇(現(xiàn)已離職)在消費(fèi)電子展上表示。更重要的是，他表示，中國提供了一個“對AV開發(fā)和測試友好的政策”，同時(shí)，為了阻止一波初出茅廬的中國汽車OEM在AV開發(fā)中各自為政，中國政府已經(jīng)正式為Apollo背書，陸奇說。

百度于3月發(fā)布了用于自動駕駛汽車感知的最大開源培訓(xùn)數(shù)據(jù)集——“Apollo Scape”，旨在推進(jìn)公司的大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、并促進(jìn)與西方技術(shù)和汽車制造商的合作。 Apollo還加入了Berkeley DeepDrive行業(yè)聯(lián)盟，它包括福特、通用汽車和英偉達(dá)等公司，該聯(lián)盟正在研究用于汽車的計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。該聯(lián)盟將可以訪問Apollo Scape數(shù)據(jù)集。

VSI Labs的創(chuàng)始人兼負(fù)責(zé)人Phil Magney將這一數(shù)據(jù)描述為“對開發(fā)基于攝像頭的AI感知系統(tǒng)的任何公司或?qū)嶓w的巨大利好。”

他解釋說，“數(shù)據(jù)集不僅龐大，且它還非常多樣化，包含來自許多復(fù)雜環(huán)境、天氣和交通狀況的圖像和標(biāo)簽。當(dāng)然，數(shù)據(jù)集越大越多樣化，就越有能力/有利于訓(xùn)練一個高性能的AI感知系統(tǒng)。”他補(bǔ)充道，“此外，該數(shù)據(jù)集不僅有標(biāo)記對象，且還有逐像素(pixel-by-pixel)的語義分割，這意味著每個像素都有一個類標(biāo)簽。這對于培訓(xùn)感知系統(tǒng)更有用，但數(shù)據(jù)集的創(chuàng)建也更加費(fèi)力/耗時(shí)。”

顯然，百度在這個數(shù)據(jù)集上投入了大量時(shí)間和金錢。那么為什么要免費(fèi)贈送呢？ “我們認(rèn)為百度正在投入大量資金，讓每家公司都能開發(fā)自動駕駛，”Magney說。“這是因?yàn)榘俣日J(rèn)為自動駕駛的應(yīng)用越多，意味著可以從授權(quán)百度地圖和本地化資產(chǎn)等方式中獲得的資金就更多。”

AV處理器之爭

在芯片公司之間，最熱門的議題是誰將統(tǒng)治AV處理平臺。正如英特爾主導(dǎo)PC平臺和高通統(tǒng)治移動前端一樣，每家芯片公司都看到了新興AV處理器市場的新機(jī)遇。

到目前為止，英特爾(Mobileye)和英偉達(dá)是主導(dǎo)的AV平臺供應(yīng)商。英特爾擁有Go自動駕駛平臺，包括Mobileye專為視覺打造的EyeQ5，及另一款用于融合和規(guī)劃(該芯片從雷達(dá)和激光雷達(dá)獲取感官數(shù)據(jù))的EyeQ5，英特爾的低功耗Atom SoC用于軌跡驗(yàn)證和發(fā)布(issuance)，以及包括I/O和以太網(wǎng)連接的其它硬件。

英偉達(dá)正在推動其Drive平臺，它結(jié)合了深度學(xué)習(xí)、傳感器融合和環(huán)繞視覺。Xavier是英偉達(dá)為Drive開發(fā)的一款SoC。它集成了Volta GPU架構(gòu)、定制的8核CPU架構(gòu)和一個新的計(jì)算機(jī)視覺加速器。

與此同時(shí)，瑞薩電子今年初披露，通過推出其下一代R-CAR SoC，它已經(jīng)“準(zhǔn)備好直面AV的批量需求”。雖然這家日本公司要到2019年才能開始出樣，但該公司聲稱，與英特爾/Mobileye即將推出的EyeQ5 SoC相比，自家新款SoC將使“深度學(xué)習(xí)性能加倍。” 據(jù)英特爾稱，EyeQ5可以10W功耗提供24萬億次計(jì)算(TOPS)。

然而，AV處理器競賽中的競爭對手并不僅限于現(xiàn)有選手。初創(chuàng)公司一直風(fēng)起云涌，所有人都聲稱在深度學(xué)習(xí)處理器領(lǐng)域取得了突破。

例如，ThinCI于去年在Hot Chips大會上發(fā)布了被其稱為“下一代計(jì)算架構(gòu)”的高性能處理器——圖形流處理器(GSP)的細(xì)節(jié)。當(dāng)被問及GSP與GPU和DSP的區(qū)別時(shí)，ThinCI強(qiáng)調(diào)了GSP在直接圖處理、片上任務(wù)圖管理和執(zhí)行以及任務(wù)并行性方面的能力。“我們相信，我們的GSP可以擊敗任何處理器中的計(jì)算引擎，”ThinCI的CEO Dinakar Munagala說。

日本大型一線OEM和ThinCI的主要投資者Denso，去年宣布成立新的子公司，為自動駕駛中的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)和開發(fā)半導(dǎo)體IP核。Denso宣布，新芯片的架構(gòu)是與ChipCI共同開發(fā)的。Denso將其稱為數(shù)據(jù)流處理器(DFP)，并表示它“與CPU或GPU非常不一樣”。

電動汽車的未來

毫不夸張地說，世界各地的公共和私人機(jī)構(gòu)都渴望加速WBG技術(shù)向商業(yè)電力電子應(yīng)用的發(fā)展。許多人認(rèn)為電動汽車的未來取決于WBG。

為什么？因?yàn)橹T如碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等WBG材料可極大提高功率轉(zhuǎn)換效率。

更寬的帶隙使WBG材料能夠承受比硅高得多的電壓和溫度。這有望在更高的電壓和頻率下提供更高的耐用性和可靠性，從而以更低功耗實(shí)現(xiàn)更高性能。

在EV中應(yīng)用WBG技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很明顯。提高能源效率可降低電池組成本，縮短充電時(shí)間，并延長續(xù)航里程。

汽車行業(yè)已經(jīng)包括早期采用基于碳化硅逆變器的EV制造商。“例如，我們強(qiáng)烈懷疑特斯拉在其Model 3型車輛中使用了基于碳化硅的逆變器。包括豐田在內(nèi)的幾家日本公司已經(jīng)發(fā)布若干公告，稱在2020年之前在EV上采用碳化硅逆變器，盡管可能只是小批量生產(chǎn)，”YoleDéveloppement的技術(shù)和市場分析師Hong Lin表示，“市場已經(jīng)啟動；現(xiàn)在可能開始展現(xiàn)‘曲棍球棒效應(yīng)’(hockey-stick；指爆發(fā)成長)的采用率。”

另一方面，將碳化硅用于EV動力傳動系統(tǒng)似乎還有很長的路要走。Yole指出，采用碳化硅的四大障礙包括“成本、可靠性、集成和供應(yīng)鏈”。

最大的挑戰(zhàn)在于規(guī)模經(jīng)濟(jì)和碳化硅晶圓價(jià)格。為滿足汽車的主要要求(成本和可靠性)，“必須使用高質(zhì)量的6英寸碳化硅晶圓，”Yole的技術(shù)和市場分析師Mattin Grao說。 “只有少數(shù)供應(yīng)商，如科銳(CREE)、SiCrystal和II-VI，可提供這樣的基板尺寸和質(zhì)量。這導(dǎo)致了2017年碳化硅晶圓的短缺。”

更重要的是，“與硅器件相比，碳化硅器件總是更貴，汽車制造商需要從系統(tǒng)中獲取價(jià)值，”Grao指出。汽車制造商需要了解其投資回報(bào)率，確定他們是否能夠消化碳化硅器件的高價(jià)格。

目前的跡象顯示，未來存在一些希望，尤其是持續(xù)發(fā)展中的碳化硅供應(yīng)鏈。

例如，英飛凌和科銳最近就提供碳化硅晶圓供應(yīng)達(dá)成了長期協(xié)議。Yole認(rèn)為，英飛凌與科銳結(jié)盟、確保6英寸碳化硅晶圓供應(yīng)至關(guān)重要。“獲得高質(zhì)量碳化硅襯底絕對是這個行業(yè)的關(guān)鍵，”Grao說。

但Yole提醒說，目前，并非每個汽車OEM都熱衷于用碳化硅取代硅。“并非所有的OEM都能夠在其展示品中證明碳化硅性能，”Grao說。

在確信除豐田、特斯拉和比亞迪之外，在更多汽車制造商將碳化硅技術(shù)納入其下一代產(chǎn)品線之前，碳化硅市場仍充滿變數(shù)。