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ADAS/AD主控芯片研究:集成趨勢(shì)下的短板與變革

2020/10/20
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佐思汽研發(fā)布《2020 年 ADAS/AD 主控芯片產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》。
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隨著 L2 滲透率越過 15%之后,L2 將走向普及階段。L2.5 車型將進(jìn)入密集發(fā)布期,L3 和限定場(chǎng)景的 L4 量產(chǎn)也已經(jīng)不遠(yuǎn)。

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當(dāng)汽車配置邁向高階自動(dòng)駕駛時(shí),環(huán)境感知傳感器開始大量安裝,對(duì)主控芯片的算力和算法要求越來(lái)越高。
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資料來(lái)源:英飛凌

單一類型的汽車處理器,無(wú)論是 FPGA、CPU、GPU 還是 ASIC,都無(wú)法滿足高階自動(dòng)駕駛車輛的需要。集成 CPU、GPU、NPU、ISP 等一系列運(yùn)算單元的系統(tǒng)級(jí) SoC(主控芯片),開始成為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。
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在主控芯片領(lǐng)域,不同廠商有著不同的技術(shù)路線,主流方案為不同芯片構(gòu)型的異構(gòu)融合。CPU 負(fù)責(zé)邏輯運(yùn)算和任務(wù)調(diào)度;GPU 作為通用加速器,可承擔(dān) CNN 等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù),將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)承擔(dān)主要計(jì)算工作;FPGA 作為硬件加速器,具備可編程的優(yōu)點(diǎn),在 RNN/LSTM/ 強(qiáng)化學(xué)習(xí)等順序類機(jī)器學(xué)習(xí)中表現(xiàn)優(yōu)異,在部分成熟算法領(lǐng)域發(fā)揮著突出作用;ASIC 可實(shí)現(xiàn)性能和功耗最優(yōu),作為全定制的方案將在自動(dòng)駕駛算法成熟后成為最終選擇。

Mobileye 是做傳統(tǒng)算法起家的。EyeQ5 主要有 4 個(gè)模塊:CPU, CVP(計(jì)算機(jī)視覺處理器), DLA(深度學(xué)習(xí)加速器) 和 MA。從各個(gè)模塊的大小來(lái)看,CPU 和 CVP 是大頭。CPU 占據(jù)很大空間。CVP 是針對(duì)很多傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺算法設(shè)計(jì)的 ASIC。Mobileye 一直以傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺算法而聞名,也因?yàn)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E4%BD%8E%E5%8A%9F%E8%80%97/">低功耗而受到廣泛歡迎。DLA 在 EyeQ5 最初的宣傳材料里并沒有出現(xiàn),是后來(lái)才加進(jìn)去的。DLA 在整個(gè)芯片里占據(jù)的比例還是較小,應(yīng)該是受市場(chǎng)壓力才添加的。

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Mobileye 先知先覺,早早選擇出售給 INTEL,未來(lái)可以和英特爾的 CPU、FPGA 技術(shù)資源整合。目前 EyeQ5 的短板是開放性不足,加上算力不強(qiáng),車企用戶并不多,公開的只有四家,比英偉達(dá) Xavior 少了很多。

主要車企和 Tier1 的 ADAS/AD 主控芯片選擇表(部分)

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我們推測(cè) Mobileye 為了解決開放性問題,投入很大力量補(bǔ)課。NXP瑞薩也在補(bǔ)課,除了完善 API、工具鏈、生態(tài)鏈,還參股和收購(gòu)相關(guān)企業(yè),如 NXP 投資 Kalray,瑞薩收購(gòu) IDT。

剛才提到 Mobileye 的算法解決方案還是以傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺算法為主,深度學(xué)習(xí)算法為輔。而 Mobileye 的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手 Nvidia 則是以深度學(xué)習(xí)算法為主。

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Xavier 主要有 4 個(gè)模塊: CPU,GPU,DLA(深度學(xué)習(xí)加速器)和 PVA。占據(jù)最大面積的是 GPU,然后 CPU,最后輔以兩個(gè)專用 ASIC:一個(gè)是用于推理的 DLA,還有一個(gè)是加速傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺算法的 PVA。

英偉達(dá)最強(qiáng)大的地方,其實(shí)是它的開放性和工具鏈。

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2019 年的 GPU 技術(shù)大會(huì)上,英偉達(dá)推出 NVIDIA DRIVE AP2X。這是一套完備的 L2+級(jí)別自動(dòng)駕駛解決方案,其中包含 DRIVE AutoPilot 軟件、DRIVE AGX 和 DRIVE 驗(yàn)證工具。為了增強(qiáng)制圖和定位功能,DRIVE AP2X 軟件增添了 MapNet,用于識(shí)別車道和地標(biāo)。
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DRIVE AutoPilot 負(fù)責(zé)在地圖上準(zhǔn)確定位并規(guī)劃安全高效的行駛路線,Drive Works 則為開發(fā)人員提供了參考應(yīng)用程序、工具和一個(gè)全面的模塊庫(kù)。ClearSightNet 是英偉達(dá)基于攝像頭的障礙物感知軟件,該軟件將會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛檢測(cè)攝像機(jī)的失靈狀況,它接受實(shí)時(shí)攝像機(jī)傳回的畫面,評(píng)估每一幀以檢測(cè)攝像機(jī)是否失靈。

強(qiáng)大如英偉達(dá),也有短板,就是功耗太大。高通芯片和 TI 芯片都只需風(fēng)冷散熱,而英偉達(dá)芯片和特斯拉芯片需要水冷散熱。這是追求高算力的副作用。

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“主要車企和 Tier1 的 ADAS/AD 主控芯片選擇表”中還有一個(gè)重要選手是賽靈思,憑借 FPGA 的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)(低功耗、低時(shí)延、高性價(jià)比)也獲得眾多汽車行業(yè)客戶。在 ADAS/AD 主控芯片集成化趨勢(shì)下,賽靈思也不甘心做配角。
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2018 年,Xilinx 正式推出 Versal ACAP,這是一個(gè)完全支持軟件編程的異構(gòu)計(jì)算平臺(tái),可將標(biāo)量引擎、自適應(yīng)引擎和智能引擎相結(jié)合。這表明 Xilinx 打算從一家專業(yè)芯片制造商轉(zhuǎn)型為一家計(jì)算平臺(tái)提供商。

Xilinx 產(chǎn)品從傳統(tǒng)的 FPGA 到 SoC(具有單個(gè)硬核心處理器的 FPGA 可編程結(jié)構(gòu))、MPSoC(具有多個(gè)硬核心處理器的 FPGA 可編程結(jié)構(gòu))、再發(fā)展到 RFSoC(具有 RF 功能的 MPSoC)和 ACAP(自適應(yīng)計(jì)算加速平臺(tái))。

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2019 年,Xilinx 正式推出了一個(gè)名為 Vitis 的統(tǒng)一軟件開發(fā)平臺(tái),降低開發(fā)人員利用 FPGA 的障礙。Vitis 軟件平臺(tái)支持異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu),包括 Zynq SoC,MPSoC 和 Versal ACAP 等。Vitis 能夠讓開發(fā)者在無(wú)需深入掌握硬件專業(yè)知識(shí)的情況下,即可通過軟件或算法代碼來(lái)自動(dòng)適配。

總之,推出 Vitas 和 Versal 的目標(biāo),是將 Xilinx 從一個(gè) FPGA 供應(yīng)商轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)靈活的、可適應(yīng)的計(jì)算平臺(tái)供應(yīng)商。

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ADAS/AD 主控芯片市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,除了取得不錯(cuò)收獲的 Mobileye, 英偉達(dá)和賽靈思,老牌汽車芯片廠家 NXP、瑞薩等也在力爭(zhēng)趕上潮流。消費(fèi)電子領(lǐng)域的重量級(jí)選手高通和華為正在重兵殺入 ADAS/AD 主控芯片市場(chǎng),初創(chuàng)企業(yè)地平線、黑芝麻和芯馳借國(guó)產(chǎn)替代東風(fēng)也小有收獲。

集成趨勢(shì)下,無(wú)人不變革。未來(lái)不可測(cè),一切皆可能。

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