導(dǎo)讀：SoC的全稱叫做：System-on-a-Chip，中文的的意思就是“把系統(tǒng)都做在一個芯片上”。這個概念最先是從智能手機(jī)發(fā)展起來的，通過將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)采購這些功能芯片，從而帶來節(jié)省主板空間、成本和功耗的收益，這對追求輕薄、長時(shí)間續(xù)航的手機(jī)來說非常具有吸引力。
一、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)都做在一個芯片上”。這個概念最先是從智能手機(jī)發(fā)展起來的，通過將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)采購這些功能芯片，從而帶來節(jié)省主板空間、成本和功耗的收益，這對追求輕薄、長時(shí)間續(xù)航的手機(jī)來說非常具有吸引力。
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算力來提高任務(wù)處理能力，強(qiáng)悍的GPU算力來處理視頻、圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，高效的AI 算力來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)，從而快速提升娛樂體驗(yàn)。總之，智能座艙在4G通信、車載WFI、駕駛艙手勢識別、高品質(zhì)音視頻處理、編解碼、圖像拼接等典型應(yīng)用場景的需求跟智能手機(jī)的業(yè)務(wù)場景高度契合，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)勢高通在2014年基于驍龍600平臺打造了驍龍620A車規(guī)級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，顯然擅長邏輯和數(shù)字運(yùn)算能力的CPU無法滿足大量并行的簡單運(yùn)算任務(wù)，因此，在自動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景并不相同，帶來的算力側(cè)重點(diǎn)也不相同，所以智艙SoC和智駕SoC很長一段時(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)代就要到來了。對此，筆者認(rèn)為真正實(shí)現(xiàn)艙駕一體還需要有很長的路要走。
首先，是智艙和智駕的功能安全等級不同，如何打造一款同時(shí)兼顧不同功能安全等級的OS是一個挑戰(zhàn)。
其次，真正艙駕一體要滿足算力靈活分配，而Thor目前通過靜態(tài)配置，一旦分配好了算力以后就無法根據(jù)場景進(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)作也是一場挑戰(zhàn)，目前還沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可遵循。
因此，在未來一段時(shí)間內(nèi)，智艙和智駕分屬兩個SoC還會是主流方案。
事實(shí)上無論是艙駕一體，還是智艙和智駕保持獨(dú)立發(fā)展，要想搞清楚車載SoC未來發(fā)展方向是什么，就必須要先回答一個問題，車載SoC芯片的發(fā)展方向是由什么來決定的？
二、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)展來決定的！
電子電氣架構(gòu)是首先由德爾福公司提出的，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，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，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越多，傳統(tǒng)分布式架構(gòu)會導(dǎo)致控制器數(shù)量繁多，成本和重量居高不下的問題。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，整個電氣系統(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，開發(fā)周期長、成本高。未來市場是快魚吃慢魚的時(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。
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)面向信號的電氣架構(gòu)顯然無法支持這種“訂閱”模式，所以衍生出了面向服務(wù)的SOA電氣架構(gòu)。
三、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”、“高性能”、“低耦合”、“高開放”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、智能駕駛等場景化功能對芯片性能有著極高要求。近幾年來,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，從過去的數(shù)KDMIPS提升到如今的100多KDMIPS，。隨著自動駕駛的發(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級自動輔助駕駛需要的算力在10 TOPS以下，L3級需要30~60 TOPS，L4級需要超過300 TOPS，L5級需要超過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功耗會帶來8~10Km的續(xù)航里程損失，因此，新型電子電氣架構(gòu)上對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)前自動駕駛芯片使用GPU+FPGA的解決方案。未來算法穩(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。在此趨勢下，汽車芯片從通用型、分散化的單一功能芯片（MCU）開始逐步轉(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)品的開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競爭力。未來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。
“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題。可靠性技術(shù)的實(shí)現(xiàn)都是以容錯為基礎(chǔ), 容錯技術(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糾錯的程序, 當(dāng)運(yùn)行出錯時(shí)程序能夠自行進(jìn)行檢錯糾錯; 時(shí)間冗余是為某一指令或一段程序開辟額外的時(shí)間讓其重復(fù)執(zhí)行; 信息冗余是增加信息的多余度, 使其自己具有檢錯糾錯的能力。
三、國產(chǎn)SoC如何破局？
短期來看，憑借先發(fā)優(yōu)勢、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手，國產(chǎn)SoC如何在強(qiáng)敵環(huán)伺的競爭格局中破局，并與他們同臺競技？
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。以自動駕駛AI芯片為例，當(dāng)前市場上許多芯片公司都是基于自己算法開發(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)品甚至無法支持CNN+Transfomer算法，還有的芯片公司則會持續(xù)跟蹤前言視覺學(xué)習(xí)算法，在設(shè)計(jì)過程中確保兼容，另外還通過軟硬件協(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)本身就是一個系統(tǒng)性的工程，對專業(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)各位工程師們扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和出色的工程落地能力！因此與之對應(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發(fā)的能力的基石。
第三，對智艙芯片來說，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景落地，智能座艙SoC的算力發(fā)展整體向PC看齊趨勢，當(dāng)前市場上主流的座艙芯片未來將會被更高算力的SoC所取代，在新舊交替的過程中追求極致算力的智艙SoC芯片將會獲得市場青睞。
第四，對智駕AI芯片來說，算力在不斷提升同時(shí)帶來了功耗、成本和面積的大幅提高，因此單純依靠芯片算力堆疊是無法解決智能駕駛系統(tǒng)計(jì)算平臺的支撐問題，筆者認(rèn)為算力的無限膨脹不會是未來的趨勢，與動輒上千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)約開發(fā)周期與成本。
狄更斯在《雙城記》中說過：“這是一個最好的時(shí)代，也是一個最壞的時(shí)代。”，在新型電子電氣架構(gòu)變革的過程中，車載SoC市場格局將發(fā)生深刻變化，未來到底誰主沉浮，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)，一定會有更多的機(jī)會！
來源：汽車電子與軟件 ，作者：cao sir
