芯耀
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?智能座艙、算力為王
就在幾年前，手機(jī)芯片的性能還要大大的超過汽車芯片，這也導(dǎo)致車機(jī)的算力比不上手機(jī)，消費(fèi)者更傾向于用手機(jī)在汽車?yán)飳?shí)現(xiàn)導(dǎo)航和娛樂功能。隨著“電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化”這新四化已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，對(duì)于汽車座艙帶來一個(gè)重要的變化就是對(duì)高算力的需求。
2020年，被業(yè)界定義為“智能電動(dòng)汽車元年”，這一年電動(dòng)汽車中智能座艙的比例開始迅速提升。如特斯拉升級(jí)MCU2，Modle3中控變身游戲機(jī)，奔馳升級(jí)MBUX計(jì)算芯片，帶來了3D實(shí)景導(dǎo)航、多屏多媒體交互；小鵬i車型升級(jí)驍龍820A，G3的UI和流暢度瞬間跟上了高一檔的P7。盡管購(gòu)車群體還不會(huì)如同手機(jī)消費(fèi)群體一樣，因?yàn)橐活w芯片選擇購(gòu)買一款車，但是這種趨勢(shì)已經(jīng)開始逐漸顯現(xiàn)。
智能座艙的核心在于一顆芯片提供算力，實(shí)現(xiàn)多屏融合。同一芯片模組支持中控大屏、數(shù)字儀表、后座娛樂屏等設(shè)備，優(yōu)勢(shì)是減少ECU數(shù)量，避免多個(gè)芯片時(shí)的通信和性能問題，同時(shí)降低成本。以往實(shí)現(xiàn)一芯多屏的難點(diǎn)主要在于芯片需要強(qiáng)大的處理器以及復(fù)雜的軟件操作系統(tǒng)，但是隨著高通等消費(fèi)電子領(lǐng)域的廠商殺入汽車領(lǐng)域，算力已經(jīng)不再是瓶頸。
?獨(dú)霸座艙芯片江湖的高通
2014年CES，高通第一次展露自己的智能座艙計(jì)劃。從602A到820A，高通還沒有發(fā)力。知道2019年，高通將消費(fèi)領(lǐng)域的產(chǎn)品平移到了車載平臺(tái)。
從已經(jīng)公開的資料來看，高通座艙平臺(tái)目前的算力遙遙領(lǐng)先其它競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。2020年是高通座艙芯片的出貨大年，核心出貨量比較大的車型包括奧迪改款A(yù)4L、本田雅閣十代等，并且大部分新能源車型都選擇高通820A作為座艙芯片。
高通第二代座艙芯片含三塊芯片，分別是SA6155P、SA8155P、SA8195P，其中SA8155P源自高通手機(jī)芯片驍龍855，并且手機(jī)和車機(jī)855是同步開發(fā)并推出。SA6155P的原型是驍龍6150，一款未進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的消費(fèi)級(jí)SOC。
相比820A，8155堪稱劃時(shí)代級(jí)別的升級(jí)，和手機(jī)領(lǐng)域的驍龍855一樣，驍龍8155也采用了臺(tái)積電7nm工藝，成為全球首款7nm工藝打造的車規(guī)級(jí)數(shù)字座艙SOC。
SA8155P開發(fā)板
SA6155P采用了三星的11納米工藝（本質(zhì)上是14納米優(yōu)化版），兩個(gè)大核心6個(gè)小核心的設(shè)計(jì)，性能略強(qiáng)于820A，但和8155同時(shí)支持WiFi6和藍(lán)牙5.0。而作為旗艦產(chǎn)品的SA8195P，則源于源自PC系列平臺(tái)驍龍8C。傳言說凱迪拉克于2022年1季度上市的電動(dòng)SUV即Lyriq第一個(gè)采用SA8195P，不過根據(jù)為L(zhǎng)yriq提供HMI界面的Altia的介紹，似乎Lyriq用的還是SA8155P。
SA8195P的推出，使得高通在智能座艙領(lǐng)域獨(dú)孤求敗，在同一時(shí)間內(nèi)遙遙領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，逐漸成為了中高端汽車的標(biāo)配。短短6年，高通就從車載SOC領(lǐng)域的新人一躍登上性能王座，并占據(jù)了大量的市場(chǎng)份額。
那么，高通的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在做什么？為何坐視高通在汽車領(lǐng)域迅速崛起呢？
?高通的那些對(duì)手們？
主流座艙芯片廠商盤點(diǎn)，來源：與非研究院制表
在座艙領(lǐng)域，高通不是唯一的選擇，但對(duì)手并不給力。目前，進(jìn)入智能座艙芯片競(jìng)爭(zhēng)賽道的，主要包括兩大勢(shì)力：一類是傳統(tǒng)的汽車芯片供應(yīng)商，如恩智浦（i.MX系列）、瑞薩（R系列）、德州儀器（Jacinto系列）和意法半導(dǎo)體（Accordo系列）；一類是如高通一樣的消費(fèi)類芯片供應(yīng)商，如英特爾、谷歌、三星、華為、聯(lián)發(fā)科、英偉達(dá)等。
在2015年之前，車載數(shù)字座艙芯片的銷量冠軍曾經(jīng)是日本瑞薩半導(dǎo)體。而瑞薩如今最旗艦的車用芯片“H3”，使用的還是與高通驍龍810同代的ARMCortex-A57+A53架構(gòu)組合，在性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于驍龍820A。H3基于16納米工藝制作，CPU部分由ARMA57架構(gòu)大核和A53架構(gòu)小核組成。來自2014年的技術(shù)指標(biāo)，瑞薩卻已經(jīng)用了整整5年，并且在瑞薩官網(wǎng)，第四代R-Car產(chǎn)品還是空白。
同樣令人失望的還有恩智浦i.mx和德州儀器Jacinto，這兩個(gè)幾年前數(shù)字座艙領(lǐng)域的絕對(duì)王者。首發(fā)搭載于福特新一代銳界的恩智浦i.mx8，和今年1月份發(fā)布的德州儀器Jacinto7，都犯了傳統(tǒng)工業(yè)半導(dǎo)體廠商的老毛病：太慢。當(dāng)高通已經(jīng)首批將7納米工藝通過車規(guī)級(jí)測(cè)試的時(shí)候，這些傳統(tǒng)汽車芯片供應(yīng)商的工藝仍然停留在28nm。
比如說，福特去年在他們部分新車上使用了基于恩智浦iMX8處理器的數(shù)字座艙方案。而iMX8Max使用的還是28nm制程，只有雙核A72+四核A53的CPU架構(gòu)配置。
再來看消費(fèi)類芯片陣營(yíng)：英偉達(dá)在數(shù)字座艙領(lǐng)域也一直在耕耘。包括奧迪、寶馬、特斯拉都采用過Tegra3芯片，奔馳新一代S級(jí)，里面就搭載了定制版的英偉達(dá)TegraX2芯片?？上egraX2是一款純粹的計(jì)算芯片，意味著WiFi模塊、通訊模塊都需要外掛，無形中增加了系統(tǒng)成本和不穩(wěn)定因素。更要命的是，基于16納米工藝打造的X2早已跟不上時(shí)代節(jié)奏，只能靠多個(gè)SOC并行運(yùn)算維持性能，但功耗又會(huì)很高。
英特爾2016年推出A3900系列后，一直沒有更新產(chǎn)品的計(jì)劃，可能是英特爾產(chǎn)品線太廣了，沒有那么多精力，這給了高通可乘之機(jī)，雖然A3900系列獲得了寶馬、現(xiàn)代、通用、Stellantis、沃爾沃、紅旗、斯巴魯?shù)拇罅渴褂谩?/p>
2017年，三星發(fā)布了Exynos獵戶座芯片的汽車子品牌——ExynosAuto。到了2019年，三星終于找到了第一個(gè)合作伙伴，就是奧迪。ExynosAuto目前只有一款產(chǎn)品，叫做ExynosAutoV9。采用三星自研8納米工藝（本質(zhì)上是優(yōu)化版的10納米）制造的V9芯片，包含了多達(dá)8個(gè)A76高性能核心，主頻為2.1GHZ。至少?gòu)膮?shù)而言，三星V9的性能明顯優(yōu)于高通8155。但是V9和英偉達(dá)TegraX2一樣是一顆純計(jì)算芯片，包括5G、WiFi、藍(lán)牙等連接功能都需要外掛。
聯(lián)發(fā)科車載領(lǐng)域產(chǎn)品代號(hào)黃山，聯(lián)發(fā)科于2016年開始研發(fā)車載芯片，一度是獨(dú)立的事業(yè)部，2020年9月并入智慧裝置事業(yè)部。座艙芯片MT2712的廠家主要有大眾、現(xiàn)代、奧迪，合作Tier1有三星哈曼、LG電子、偉世通。如同高通的SA8195P就是針對(duì)筆記本電腦領(lǐng)域驍龍8Cx的車規(guī)版，聯(lián)發(fā)科與之對(duì)應(yīng)的是MT8195也主打筆記本電腦領(lǐng)域，6納米工藝比SA8195P的7納米要先進(jìn)一點(diǎn)，預(yù)計(jì)在2022年上市。
制程老舊、架構(gòu)落后、性能孱弱，這三個(gè)詞幾乎可以形容那些遠(yuǎn)比高通資歷更老，并且曾經(jīng)占據(jù)著車載數(shù)字座艙方案市場(chǎng)大部分份額的老牌半導(dǎo)體廠商?？偨Y(jié)一下原因，為何傳統(tǒng)汽車芯片供應(yīng)商的產(chǎn)品定義逐漸落后？因?yàn)樗^“智能汽車”，其實(shí)不過是這幾年才逐漸為消費(fèi)者所看重的概念。在差不多四、五年之前，當(dāng)時(shí)絕大多數(shù)車企根本就沒有“車載計(jì)算”的概念，并不需要車輛具備什么自動(dòng)駕駛能力、更不打算推出車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。傳統(tǒng)汽車芯片供應(yīng)商出于對(duì)研發(fā)成本的考量，制程、算力升級(jí)積極性較差。
以高通、三星為代表的消費(fèi)電子廠商可以依靠下游出貨量較大的手機(jī)等產(chǎn)品來分?jǐn)偢甙旱难邪l(fā)成本，在制程升級(jí)方面具備更高積極性以及在開發(fā)高算力產(chǎn)品方面具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此在中高端座艙SoC份額提升較快。很顯然，高通正在汽車芯片領(lǐng)域強(qiáng)勢(shì)復(fù)制他們?cè)谑謾C(jī)行業(yè)上的成功。而從目前其他所有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品線來看，現(xiàn)在還沒有第二家能夠追得上高通的步伐。高通第三代6155,8155剛剛SOP落地，第三代（頂級(jí)版）8195ES和第四代8295Alpha去年年底差不多同一時(shí)間一起亮相，基本上沒有給競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手還手機(jī)會(huì)。
也許是感受到了巨大的壓力，據(jù)說NXP正在定義的下一代iMX8.5/10將在性能上有一個(gè)較大的提升，上市時(shí)間將在2022年的下半年，不過根據(jù)筆者收集到的信息來看，iMX8.5/10的性能也只是接近驍龍SA8155P。
?最牛國(guó)產(chǎn)座艙芯片易主
除了這些成名已久的國(guó)際芯片大廠，智能座艙領(lǐng)域的玩家還包括國(guó)產(chǎn)芯片廠商。雖然目前殺入座艙芯片的國(guó)產(chǎn)玩家非常多，幾乎所有具有CPU/AI開發(fā)能力的廠商都希望進(jìn)來分一杯羹，但大多數(shù)產(chǎn)品還停留在產(chǎn)品定義和PPT階段。在競(jìng)爭(zhēng)激烈的智能座艙領(lǐng)域，既有傳統(tǒng)汽車芯片大廠環(huán)伺，也不乏從手機(jī)芯片市場(chǎng)轉(zhuǎn)入戰(zhàn)局的國(guó)際大廠，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)此前還未出現(xiàn)真正上車的國(guó)產(chǎn)高性能智能座艙芯片?，F(xiàn)階段值得重點(diǎn)關(guān)注的廠商主要有三家：芯馳科技、芯擎科技、華為海思。
在2021年12月之前，從公開信息來看，產(chǎn)品定位最高端的國(guó)產(chǎn)座艙芯片是芯馳科技的X9U。這款芯片發(fā)布于2021年上海車展期間，CPU總算力達(dá)到100KDMIPS，3D圖形性能達(dá)到300GFLOPS，AI計(jì)算性能達(dá)到1.2TOPS，能夠?qū)崿F(xiàn)高算力、高性能、高可靠的智能座艙場(chǎng)景應(yīng)用，為用戶打造極致的艙內(nèi)互動(dòng)體驗(yàn)。從產(chǎn)品定義來看，X9U接近高通的SA8155P。X9U智能座艙芯片充分考慮了未來智能汽車的商用場(chǎng)景，不僅集成了包括語音互動(dòng)、導(dǎo)航、娛樂等在內(nèi)的座艙場(chǎng)景，也同時(shí)兼顧了環(huán)視、DMS、OMS、自動(dòng)泊車等ADAS功能。
華為海思因?yàn)楸娝苤脑颍渥撔酒纳鲜袝r(shí)間被大幅度的延后。目前能上車的主要是中芯國(guó)際代工的麒麟710A芯片，14納米工藝，8個(gè)低功耗低性能核心，不支持原生5G和WiFi6、藍(lán)牙5.0。雖然性能差強(qiáng)人意，但勝在便宜穩(wěn)定。而本來可以對(duì)標(biāo)高通最高端產(chǎn)品SA8195P，在座艙領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的5G車載SOC麒麟990A，也因?yàn)榻畹脑蛞辉傺雍?，預(yù)計(jì)要到2023年才會(huì)上市。
“龍鷹一號(hào)”新一代7納米車規(guī)級(jí)智能座艙芯片
2021年12月10日，芯擎科技發(fā)布其最新的座艙芯片產(chǎn)品“龍鷹一號(hào)”。這顆芯片是國(guó)內(nèi)唯一由臺(tái)積電代工生產(chǎn)的7納米芯片，也是目前市面上極少數(shù)采用7納米制程的高端智能座艙芯片。芯擎科技董事兼CEO汪凱博士介紹道，“本次發(fā)布的‘龍鷹一號(hào)’7納米車規(guī)級(jí)智能座艙芯片是國(guó)內(nèi)首款7納米工藝制程高端智能座艙芯片，內(nèi)置8個(gè)CPU核心，14核GPU，8TOPS int8可編程卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎，這幾個(gè)硬指標(biāo)意味著這顆芯片能全時(shí)全速提供澎湃算力。強(qiáng)大的CPU、GPU、VPU、ISP、DPU、NPU、DSP異構(gòu)計(jì)算引擎以及與之匹配的高帶寬低延遲LPDDR5內(nèi)存通道和高速大容量外部存儲(chǔ)，為芯片應(yīng)用提供全方位的算力支持，經(jīng)過驗(yàn)證實(shí)測(cè)性能趕超國(guó)際同類產(chǎn)品。”
從現(xiàn)場(chǎng)公布的性能參數(shù)對(duì)比圖來看，“龍鷹一號(hào)”直接對(duì)標(biāo)高通最高端產(chǎn)品SA8195P，工藝跟高通8155一致7nm，部分IP和指標(biāo)看齊高通8195甚至8295，參數(shù)上大大超過某國(guó)際傳統(tǒng)汽車芯片大廠。
除了“龍鷹一號(hào)”，龍鷹二號(hào)和三號(hào)芯片也在繼續(xù)規(guī)劃之中。值得關(guān)注的是，按照規(guī)劃，芯擎科技還將會(huì)在2024到2025年陸續(xù)推出5nm的車載一體化超算平臺(tái)芯片，以及高算力自動(dòng)駕駛芯片，算力達(dá)到256TOPS，滿足L3智能駕駛的需求。同時(shí)，通過多芯組合，算力可拓展，可滿足更高級(jí)別自動(dòng)駕駛的算力需求。
?為何說7nm是智能座艙芯片門票？
芯擎科技董事兼CEO汪凱博士介紹“龍鷹一號(hào)”、產(chǎn)品線和公司未來
“龍鷹一號(hào)”是國(guó)內(nèi)唯一由臺(tái)積電代工生產(chǎn)的7納米芯片，也是目前市面上極少數(shù)采用7納米制程的高端智能座艙芯片。之所以第一款產(chǎn)品就選擇7nm工藝，是因?yàn)樾厩娴亩ㄎ皇亲鋈蝾I(lǐng)先的產(chǎn)品，更因?yàn)樾厩娴膱F(tuán)隊(duì)是行業(yè)內(nèi)為數(shù)不多有開發(fā)先進(jìn)制程芯片經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)，之前就有具有開發(fā)10nm/8nm芯片的經(jīng)驗(yàn)。芯擎科技的董事兼CEO汪凱博士在半導(dǎo)體行業(yè)從業(yè)多年，具有豐富的汽車芯片開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。選擇7納米工藝的根本原因則是市場(chǎng)對(duì)汽車智能座艙運(yùn)算能力的需求，因?yàn)閷?duì)于SOC的功耗和發(fā)熱有了更苛刻的要求。
7納米是什么概念？比起驍龍820A、特斯拉Autopilot硬件3.0、英偉達(dá)Xavier等SOC采用的14納米工藝，足足領(lǐng)先了兩個(gè)世代。先進(jìn)工藝的引進(jìn)為降低芯片功耗奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于每一代半導(dǎo)體工藝相比前一代有超過10%的功耗優(yōu)勢(shì)，在相似工作負(fù)荷和性能的條件下，新工藝可以在已有成熟工藝的基礎(chǔ)上大幅降低芯片能耗，從而降低系統(tǒng)散熱的難度、延長(zhǎng)芯片的使用壽命并有助于改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
除了應(yīng)用先進(jìn)工藝，在芯片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面也需要采取多種技術(shù)措施對(duì)GPU功耗進(jìn)行管理和優(yōu)化。這些措施包括了大量的細(xì)致深入的設(shè)計(jì)，比如根據(jù)計(jì)算負(fù)載實(shí)時(shí)調(diào)整GPU的主頻，通過精細(xì)化的clockgating、powergating設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度的節(jié)能設(shè)計(jì)，對(duì)輕載工作任務(wù)僅啟用部分GPU內(nèi)核等等。在SoC層面針對(duì)圖形系統(tǒng)做內(nèi)存帶寬壓縮，也能有效的降低芯片的整體功耗。
目前業(yè)界有一種說法，那就是接下來的座艙芯片，如果工藝上低于7nm，將失去在該領(lǐng)域繼續(xù)競(jìng)爭(zhēng)的門票。芯擎科技董事兼CEO汪凱博士也贊同這一觀點(diǎn)，他認(rèn)為如果做不到7nm，是很難進(jìn)入下一代的智能汽車中的。
當(dāng)然，首顆芯片就定義如此高端，在后續(xù)的量產(chǎn)化和商業(yè)化中肯定會(huì)面臨巨大的困難和挑戰(zhàn)。與消費(fèi)級(jí)設(shè)備不同，汽車對(duì)芯片和元器件的工作溫度、運(yùn)行穩(wěn)定性、抗干擾性能、使用壽命、更低故障率的要求更高，比如：車規(guī)級(jí)芯片對(duì)故障率要求是小于10億分之一，而消費(fèi)級(jí)芯片對(duì)故障率的要求是小于千分之三，二者差距巨大，可以看出車規(guī)級(jí)芯片對(duì)故障率的要求近乎于零容忍。
基于此，汽車行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的AEC-Q系列認(rèn)證，作為汽車電子元器件的通用測(cè)試規(guī)范，是產(chǎn)品進(jìn)入車企落地量產(chǎn)必備的“通行證”。
據(jù)了解，“龍鷹一號(hào)”達(dá)到AEC-Q100Grade 3級(jí)別，采用符合ASIL-D標(biāo)準(zhǔn)的安全島設(shè)計(jì)，內(nèi)置獨(dú)立的Security Island信息安全島，提供高性能加解密引擎，支持SM2、SM3、SM4等國(guó)密算法，支持安全啟動(dòng)，安全調(diào)試和安全OTA更新等。
另一個(gè)困難是目前困擾整個(gè)汽車芯片領(lǐng)域的產(chǎn)能問題。不過一方面“龍鷹一號(hào)”還沒有大規(guī)模量產(chǎn)，另一方面目前上游晶圓產(chǎn)能緊張的部分主要集中在低端工藝，相對(duì)來說7nm工藝并沒有那么緊張。預(yù)計(jì)到“龍鷹一號(hào)”量產(chǎn)的時(shí)間點(diǎn)，7nm的芯片產(chǎn)能將不會(huì)有太大問題。
最后，據(jù)筆者了解，目前包括黑芝麻、地平線、紫光展銳、瑞芯微、全志等國(guó)產(chǎn)芯片廠商都在摩拳擦掌希望進(jìn)入智能座艙領(lǐng)域，接下來這個(gè)市場(chǎng)將會(huì)很熱鬧。不過考慮到車載芯片的競(jìng)爭(zhēng)門檻要大大高于消費(fèi)類芯片，因此該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)如果沒有獨(dú)家秘笈，估計(jì)最終只是陪跑的角色。
