01車載SoC芯片現(xiàn)狀

SoC的全稱叫做：System-on-a-Chip，中文的的意思就是“把系統(tǒng)都做在一個(gè)芯片上”。這個(gè)概念最先是從智能手機(jī)發(fā)展起來(lái)的，通過(guò)將CPU、GPU、內(nèi)存、Modem，ISP，DSP，Codec等系統(tǒng)部件打包集成在一顆芯片內(nèi)，手機(jī)廠商就不需要分別單獨(dú)采購(gòu)這些功能芯片，從而帶來(lái)節(jié)省主板空間、成本和功耗的收益，這對(duì)追求輕薄、長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航的手機(jī)來(lái)說(shuō)非常具有吸引力。

SoC在汽車上的首次應(yīng)用，首先是在智能座艙領(lǐng)域。隨著智能座艙的發(fā)展，不僅需要強(qiáng)大的CPU算力來(lái)提高任務(wù)處理能力，強(qiáng)悍的GPU算力來(lái)處理視頻、圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，高效的AI 算力來(lái)滿足智能座艙的智能化交互體驗(yàn)要求，高速的DSP算力實(shí)現(xiàn)大帶寬實(shí)時(shí)通訊，還需要能操作系統(tǒng)兼容手機(jī)生態(tài)，從而快速提升娛樂(lè)體驗(yàn)。總之，智能座艙在4G通信、車載WFI、駕駛艙手勢(shì)識(shí)別、高品質(zhì)音視頻處理、編解碼、圖像拼接等典型應(yīng)用場(chǎng)景的需求跟智能手機(jī)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景高度契合，所以憑借在消費(fèi)電子、通信領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力和品牌優(yōu)勢(shì)高通在2014年基于驍龍600平臺(tái)打造了驍龍620A車規(guī)級(jí)SoC芯片，取得了巨大的成功，截至目前高通的智能座艙SoC芯片已經(jīng)演化到第四代SA8295。

在智能駕駛領(lǐng)域，海量幀圖像處理極其考驗(yàn)芯片的并行計(jì)算能力，顯然擅長(zhǎng)邏輯和數(shù)字運(yùn)算能力的CPU無(wú)法滿足大量并行的簡(jiǎn)單運(yùn)算任務(wù)，因此，在自動(dòng)駕駛上通常使用了集成CPU 和XPU（GPU/NPU/TPU）?的SoC 芯片。隨著智駕水平的發(fā)展，智駕SoC的算力也在不斷提升，目前已經(jīng)量產(chǎn)AI算力最高的智駕SoC是英偉達(dá)Orin。

由于智艙與智駕的場(chǎng)景并不相同，帶來(lái)的算力側(cè)重點(diǎn)也不相同，所以智艙SoC和智駕SoC很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)平行發(fā)展。在今年9月份，高通和英偉達(dá)幾乎先后腳發(fā)布了自己的汽車超算芯片Thor（英偉達(dá)）和Snapdragon Ride Flex（高通），這兩款芯片都可以同時(shí)支持智艙和智駕功能。業(yè)內(nèi)不禁驚呼，是不是艙駕一體芯片的時(shí)代就要到來(lái)了。對(duì)此，筆者認(rèn)為真正實(shí)現(xiàn)艙駕一體還需要有很長(zhǎng)的路要走。

首先，是智艙和智駕的功能安全等級(jí)不同，如何打造一款同時(shí)兼顧不同功能安全等級(jí)的OS是一個(gè)挑戰(zhàn)。

其次，真正艙駕一體要滿足算力靈活分配，而Thor目前通過(guò)靜態(tài)配置，一旦分配好了算力以后就無(wú)法根據(jù)場(chǎng)景進(jìn)行切換。

第三，許多車企的組織機(jī)構(gòu)里智艙與智駕分屬不同部門，在一顆芯片里如何分工協(xié)作也是一場(chǎng)挑戰(zhàn)，目前還沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)可遵循。

因此，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，智艙和智駕分屬兩個(gè)SoC還會(huì)是主流方案。

事實(shí)上無(wú)論是艙駕一體，還是智艙和智駕保持獨(dú)立發(fā)展，要想搞清楚車載SoC未來(lái)發(fā)展方向是什么，就必須要先回答一個(gè)問(wèn)題，車載SoC芯片的發(fā)展方向是由什么來(lái)決定的？

02汽車智能化的挑戰(zhàn)

cao sir認(rèn)為車載SoC芯片的發(fā)展方向是由整車電子電氣架構(gòu)發(fā)展來(lái)決定的！

電子電氣架構(gòu)是首先由德?tīng)柛?a target="_blank">公司提出的，集合汽車的電子電氣系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)、中央電器盒的設(shè)計(jì)、連接器的設(shè)計(jì)、電子電氣分配系統(tǒng)等設(shè)計(jì)為一體的整車電子電氣解決方案的概念，按照業(yè)內(nèi)普遍采納的博世定義，將電子電氣架構(gòu)分為分布式架構(gòu)、域集中式架構(gòu)、中央集中式架構(gòu)三大階段。近些年來(lái)，伴隨著汽車“新四化”的快速發(fā)展，許多車企都從分布式電氣架構(gòu)邁進(jìn)域集中式電氣架構(gòu)，有的甚至一步跨越到中央集中式電氣架構(gòu)，電子電氣架構(gòu)整體呈現(xiàn)快速演進(jìn)的態(tài)勢(shì)，這背后的原因就是汽車正面臨著“減重降本”、“智能網(wǎng)聯(lián)化”、“快速迭代”、“商業(yè)模式顛覆”四大挑戰(zhàn)。

1、“減重降本”挑戰(zhàn)，隨著汽車上智能化功能越來(lái)越多，傳統(tǒng)分布式架構(gòu)會(huì)導(dǎo)致控制器數(shù)量繁多，成本和重量居高不下的問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛基于傳統(tǒng)分布式電子電氣架構(gòu)高端汽車的控制器高達(dá)70多個(gè)，整個(gè)電氣系統(tǒng)重量80Kg。

2、“智能網(wǎng)聯(lián)化”挑戰(zhàn)，在新四化浪潮下，一輛智能網(wǎng)聯(lián)汽車每天至少收集10TB的數(shù)據(jù)，對(duì)車輛內(nèi)部、車輛與外界通訊提出更高要求，傳統(tǒng)以CAN通訊為主干網(wǎng)的電子電氣架構(gòu)必然不能滿足要求。

3、“快速迭代”挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的低內(nèi)聚、高耦合的電氣架構(gòu)，可重用性、可拓展性差，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、成本高。未來(lái)市場(chǎng)是快魚吃慢魚的時(shí)代，傳統(tǒng)的分布式電子電氣架構(gòu)低內(nèi)聚，高耦合，新增加一個(gè)智能化功能需要許多控制器配合才能完成，不僅成本高，周期長(zhǎng)。

4、“商業(yè)模式顛覆”挑戰(zhàn)，原先的賣車+售后的盈利模式，向互聯(lián)網(wǎng)“訂閱”盈利模式轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)面向信號(hào)的電氣架構(gòu)顯然無(wú)法支持這種“訂閱”模式，所以衍生出了面向服務(wù)的SOA電氣架構(gòu)。

03車載SoC芯片的發(fā)展方向

為了滿足上面的四大挑戰(zhàn)，面向未來(lái)的新型電氣架構(gòu)必須具備“低能耗”、“可信可靠”、“高集成”、“可重用”、“可成長(zhǎng)”、“高性能”、“低耦合”、“高開(kāi)放”的八大核心特征。其中“高性能”、“低能耗”、“高集成”、“可信可靠”決定了車載SoC芯片的發(fā)展方向。

“高性能“

由于多屏互聯(lián)、智能交互、智能駕駛等場(chǎng)景化功能對(duì)芯片性能有著極高要求。近幾年來(lái),智能座艙芯片的CPU算力提升相當(dāng)明顯, 僅用了不到7年的時(shí)間，從過(guò)去的數(shù)KDMIPS提升到如今的100多KDMIPS，。隨著自動(dòng)駕駛的發(fā)展，智駕芯片的AI算力也在大幅提升，通常業(yè)內(nèi)認(rèn)為實(shí)現(xiàn)L2級(jí)自動(dòng)輔助駕駛需要的算力在10 TOPS以下，L3級(jí)需要30~60 TOPS，L4級(jí)需要超過(guò)300 TOPS，L5級(jí)需要超過(guò)1000 TOPS，甚至4000+ TOPS。

“低能耗“

據(jù)初步估計(jì)，一輛新能源車在CLTC工況下，每增加50w功耗會(huì)帶來(lái)8~10Km的續(xù)航里程損失，因此，新型電子電氣架構(gòu)上對(duì)芯片能效比提出了更高的要求。降低能耗除了提升工藝納米水平以外，從通用芯片轉(zhuǎn)為某類算法“量身定做“ASIC芯片是一條前景廣闊的途徑。當(dāng)前自動(dòng)駕駛芯片使用GPU+FPGA的解決方案。未來(lái)算法穩(wěn)定后，ASIC將成為主流。現(xiàn)階段，主流產(chǎn)品的能效比已經(jīng)由最初?0.8TOPS/W（EyeQ4）、1TOPS/W（Xavier），進(jìn)化到了 4.44TOPS/W（英偉達(dá) Orin）、4.8TOPS/W（地平線征程 5），未來(lái)主流產(chǎn)品功耗至少在 6TOPS/W 以上。

“高集成“

汽車電子電氣架構(gòu)（E/E架構(gòu)）逐漸從傳統(tǒng)的分布式向集中式演進(jìn)。在集中式E/E架構(gòu)下，新增的域控制器集成了更多的功能，主控芯片若要與其職能相匹配，則算力、性能等必須隨之提升。在此趨勢(shì)下，汽車芯片從通用型、分散化的單一功能芯片（MCU）開(kāi)始逐步轉(zhuǎn)向定制化、集成化的多功能SoC（System on Chip）芯片。SoC是系統(tǒng)級(jí)芯片，將系統(tǒng)關(guān)鍵部件集成在一塊芯片上，提升性能的同時(shí)可有效地降低系統(tǒng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)在中央集中式電氣架構(gòu)下，智艙SoC和智駕SoC芯片存在融合的趨勢(shì)。

“可靠可信”

隨著功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全的要求不斷提高，SoC 芯片可靠可信是首要考慮的問(wèn)題。可靠性技術(shù)的實(shí)現(xiàn)都是以容錯(cuò)為基礎(chǔ), 容錯(cuò)技術(shù)主要是依靠資源的冗余和系統(tǒng)重構(gòu)資源的組織來(lái)完成。冗余主要包括硬件冗余、軟件冗余、時(shí)間冗余、信息冗余等。硬件冗余是在常規(guī)的硬件功能設(shè)計(jì)之外再另加一些備用的附加的硬件, 當(dāng)常規(guī)硬件發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)備用硬件起作用, 使系統(tǒng)仍然能夠正常工作; 軟件冗余是增加一些額外的用于檢錯(cuò)糾錯(cuò)的程序, 當(dāng)運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)程序能夠自行進(jìn)行檢錯(cuò)糾錯(cuò); 時(shí)間冗余是為某一指令或一段程序開(kāi)辟額外的時(shí)間讓其重復(fù)執(zhí)行; 信息冗余是增加信息的多余度, 使其自己具有檢錯(cuò)糾錯(cuò)的能力。

03國(guó)產(chǎn)SoC如何破局？

短期來(lái)看，憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì)、朋友圈規(guī)模和迭代速度，高通和英偉達(dá)分別在智能座艙領(lǐng)域和智能駕駛領(lǐng)域尚未有人能與其棋逢對(duì)手，國(guó)產(chǎn)SoC如何在強(qiáng)敵環(huán)伺的競(jìng)爭(zhēng)格局中破局，并與他們同臺(tái)競(jìng)技？

首先要以緊緊圍繞以用戶需求為中心，打造創(chuàng)新管理流程。以自動(dòng)駕駛AI芯片為例，當(dāng)前市場(chǎng)上許多芯片公司都是基于自己算法開(kāi)發(fā)的IP，用戶買他們芯片就要同時(shí)使用他們的算法，有的芯片公司的產(chǎn)品甚至無(wú)法支持CNN+Transfomer算法，還有的芯片公司則會(huì)持續(xù)跟蹤前言視覺(jué)學(xué)習(xí)算法，在設(shè)計(jì)過(guò)程中確保兼容，另外還通過(guò)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，并提供工具鏈支持客戶構(gòu)筑自己的算法IP，從而為客戶打造專屬的運(yùn)行效率更高的智駕SoC。

其次是打造高水平的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。芯片行業(yè)本身就是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，對(duì)專業(yè)學(xué)科的要求非常高且廣泛包含但不限于數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理、圖像、光學(xué)等等。復(fù)雜性和廣泛程度，更考驗(yàn)各位工程師們?cè)鷮?shí)的理論基礎(chǔ)和出色的工程落地能力！因此與之對(duì)應(yīng)的工作內(nèi)容合理劃分和優(yōu)質(zhì)的人才是芯片設(shè)計(jì)公司的重要靈魂，也是打造芯片正向開(kāi)發(fā)的能力的基石。

第三，對(duì)智艙芯片來(lái)說(shuō)，隨著車內(nèi)元宇宙、非觸摸式交互，艙泊一體等一系列智能座艙場(chǎng)景落地，智能座艙SoC的算力發(fā)展整體向PC看齊趨勢(shì)，當(dāng)前市場(chǎng)上主流的座艙芯片未來(lái)將會(huì)被更高算力的SoC所取代，在新舊交替的過(guò)程中追求極致算力的智艙SoC芯片將會(huì)獲得市場(chǎng)青睞。

第四，對(duì)智駕AI芯片來(lái)說(shuō)，算力在不斷提升同時(shí)帶來(lái)了功耗、成本和面積的大幅提高，因此單純依靠芯片算力堆疊是無(wú)法解決智能駕駛系統(tǒng)計(jì)算平臺(tái)的支撐問(wèn)題，筆者認(rèn)為算力的無(wú)限膨脹不會(huì)是未來(lái)的趨勢(shì)，與動(dòng)輒上千TOPS的算力相比，精準(zhǔn)高效的AI算力以及更好的軟件是培訓(xùn)顯得更為重要，為車企節(jié)約開(kāi)發(fā)周期與成本。

狄更斯在《雙城記》中說(shuō)過(guò)：“這是一個(gè)最好的時(shí)代，也是一個(gè)最壞的時(shí)代。”，在新型電子電氣架構(gòu)變革的過(guò)程中，車載SoC市場(chǎng)格局將發(fā)生深刻變化，未來(lái)到底誰(shuí)主沉浮，目前下結(jié)論還為時(shí)尚早，但是cao sir認(rèn)為，那些圍繞用戶需求為中心，深耕技術(shù)的芯片企業(yè)，一定會(huì)有更多的機(jī)會(huì)！

編輯：黃飛

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