域控主流芯片的升級之“道”

2021-11-22 14:31:10

受益于智能汽車的發展以及汽車電子電氣架構由分布走向集中的趨勢,域控制器市場正快速增長。據蓋世汽車研究院預測,2025年,自動駕駛域控制器出貨量將超過400萬臺套,智能座艙域控制器出貨量將超過500萬臺套,復合增長率預計在50%以上。

作為未來智能汽車的“大腦”,域控制器功能由主控芯片、系統軟件(操作系統、中間件)和應用算法協同實現。從目前車企的做法來看,以主控芯片為代表的高能硬件會率先上車,而操作系統及應用軟件等則會隨著算法模型不斷迭代持續更新,逐步釋放預埋硬件的利用率,從而實現軟件定義汽車。

舉例來說,小鵬汽車現有自動駕駛能力處于L2+級別,但其已在P7車型中預埋Xavier芯片、14個攝像頭等的方式,為后續L3級的自動駕駛留下了升級空間。極氪也透露,基于SEA浩瀚智能進化體驗架構打造的極氪001,全系預埋智能硬件、先進芯片解決方案,后續將通過OTA釋放更多的安全和便利功能,具備全生命周期的再進化能力。

極氪001;圖片來源:吉利汽車

由此我們不難看到,主控芯片之于域控制器的關鍵作用。也正因如此,域控制器主控芯片領域已成為熱門賽道,眾多廠商紛紛布局。

域控制器芯片層出不窮

目前,域控制器主控芯片領域已經聚集有大量的玩家,尤其是自動駕駛域控制器領域,其中動作較多的有英偉達、高通、恩智浦、Mobileye、TI等海外廠商,以及華為、地線、黑芝麻、芯擎科技等國內廠商。

海外廠商中,英偉達的布局較早,其中在2019年,英偉達發布了智能駕駛SoC Orin,以及基于Orin的計算臺Drive AGX Orin。而后在經歷兩年的演變和打磨之后,該公司推出了OrinX SoC。據悉,英偉達Orin X芯片采用全新NVIDIA GPU及12核ARM CPU,7nm工藝制成,單片運算能力高達每秒254 TOPS,基于多個Orin或者OrinX的組合,對應的智能駕駛域控制器算力可達1000TOPS以上。兩年已有多家車企宣布基于Orin開發新一代車型,例如理想汽車的X01、蔚來汽車的ET7、智己汽車的L7等。

恩智浦在域控制器芯片領域也較早積累了實力。早在2017年,就有消息稱,TOP15車企中一半以上已經在即將推出的車型中采用了恩智浦S32臺(可以完全擴展的汽車計算架構)。2020年,恩智浦推出了S32G域控制器芯片,作為S32系列中的最新產品,S32G將傳統MCU與具備ASIL D功能安全的高能MPU集成在一顆芯片上,同時集成了網絡通信加速器,較之前單一功能芯片,能得到顯著提升。按照恩智浦的說法,S32G處理器能夠讓OEM向域控制器架構演進,取代傳統分布式架構。正因如此,東軟睿馳、鎂佳科技等諸多廠商均選擇基于S32G芯片打造域控制器,目前這些產品正加速量產落地,S32G應用兩年將大面積鋪開。

恩智浦S32G;圖片來源:恩智浦

TI則推出了TDA4系列芯片。據悉,TDA4芯片支持深度學和實時圖像處理,5-20W的功耗和能效率便可以執行高能ADAS操作,無需主動冷卻,帶有通用軟件臺的有針對的集成SoC能夠降低系統復雜和開發成本,單芯片支持接入4-6個三百萬像素攝像頭,提升車輛感知和環視處理能力。目前,TI的TDA4系列芯片已被許多汽車廠商和供應商選用,其中包括東軟睿馳、優控智行等。

國內廠商中,華為進行了相關布局。針對自動駕駛對計算臺的需求,華為推出MDC智能駕駛計算臺,臺包括MDC210、MDC300、MDC610和MDC810,算力范圍從48TOPS到400+TOPS,可以實現L2-L5的全場景覆蓋。據了解,MDC臺集成了華為自研的Host CPU芯片、AI芯片、ISP芯片與SSD控制芯片,其中昇騰310芯片是MDC的核心,主要用于AI計算。昇騰310是一顆N-SOC芯片,采用自研達芬奇架構,以及12nm工藝,算力功耗16TOPS/8W。公開信息顯示,哪吒汽車首款B級數字電動轎跑哪吒S,搭載華為MDC計算臺,該車型預計于明年第三季度正式量產。

線于今年發布了面向L3級以上自動駕駛的征程5芯片。據了解,征程5是繼征程2和征程3人工智能芯片量產之后,地線發布的第三代車規級產品,該芯片采用16nm工藝,單顆芯片最高算力可達128TOPS,且功耗只有30W,延遲僅有60ms,可支持16路攝像頭視頻輸入,能夠支持自動駕駛所需要的多傳感器融合、預測和規劃控制等需求。目前已知將搭載征程5芯片的車型有全新哈弗H9、榮威新款RX5以及一汽紅旗、理想汽車的多款車型。

升級有“道”:異構多核、高集成、低功耗

盡管以上只是部分案例,但從中已不難看出,域控制器主流芯片正循著一定方向升級進階。

首先十分明顯的是,域控制器主控芯片正邁向異構多核SoC,國內外芯片廠商爭相推出運算能力更強大的SoC芯片,算力已由幾十TOPS上升至上百TOPS,甚至是上千TOPS。

西部證券雒雅梅在相關報告中表示,ECU時代核心是MCU芯片,進入域控制器時代,汽車智能化程度大幅增加,運算處理復雜度呈指數級增加,如L4級以上自動駕駛所需算力或將超過700TOPS,且整車廠在智能化功能開發過程中,往往先預埋高能硬件,通過算法軟件實現功能更新,需要域控制器主控芯片有更強的內核、更強大的計算能力。

她指出,不同于以CPU為主的MCU芯片,SoC芯片集成了CPU、AI 芯片(GPU/FPGA/ASIC)、深度學加速單元(NPU)等多個模塊,SoC芯片算力主要來自于AI芯片。其中以圖像運算為主的GPU相比CPU擁有明顯更多的計算單元,幫助SoC芯片獲得比MCU明顯更強的算力優勢,因此域控制器采用SoC芯片成為主流趨勢。

當然值得注意的是,域控制器芯片設計并不單單關注算力。

比如,東軟睿馳汽車技術(上海)有限公司總經理曹斌在相關主題演講中指出,能夠把所有傳感器集中在一起,不斷地在這些傳感器算法基礎之上去迭代和創新,并優化和進化的域控制器,為汽車行業所需,這樣的域控制器需要比較完整的異構芯片的底層架構,還要能夠支持AI加速和GPU的支持,只有這樣的算力和分布式計算資源整合在一起,并且不斷地被上層軟件抽象跟底層芯片實現有機解耦,集中化的可以迭代發展的域控制器才能夠成為可能。

曹斌表示,TI推出的TDA4芯片以及恩智浦推出的S32G芯片都符合這樣的需求。以恩智浦S32G為例,它是一款通用域控的芯片,它沒有太強的算力,但是它讓車輛的控制能夠更像計算機,它有通用的計算能力,有實時的部分,也有非實時的部分,有MCU,也有CPU或者SoC,它可以支持DDR的內存,支持高速存儲,還有非常好的網絡支持,這些因素使得S32G具備較強的通用,為相關企業帶來便利,“它可以把實時部分和控制部分延伸到下層,相關企業可以在里面做軟件封裝,或是搭建清晰穩定的架構,即便在對硬件不太了解的情況下,也可以對應用軟件進行迭代。”

此外,我們亦可以看到,在制造工藝方面,域控制器主控芯片邁向更先進制程工藝,且仍在向前演進,芯片制程已經由28nm邁向16nm、12nm,甚至是7nm。不僅如此,據蓋世汽車了解,部分廠商已經在進軍5nm制程。今年1月,高通就透露,其驍龍Ride SoC將以5nm制程打造,成為業內首款5nm制程自動駕駛芯片。

而值得注意的是,在制程工藝這一演進過程背后,其實是域控制器對芯片集成度提升、功耗降低、成本優化以及響應速度提升等方面的更高要求。

16nm與7nm制程工藝對比;圖片來源:芯擎科技

以7nm制程為例,芯擎科技產品規劃部總經理蔣漢曾在相關演講中指出,該工藝下芯片集成度更高,由于單位面積的晶圓上可以放置更多的邏輯門,同時封裝面積變小,節約了晶圓成本和封裝成本,進一步節約了成品芯片在單板上所占的面積,使得相同大小的電子產品功能更多,速度更快;芯片耗電量更低,同樣大小的邏輯電路做出來,用更先進的工藝會導致耗電量更低;響應速度更快,單管開斷速度更快,同樣的邏輯電路能夠跑到的主頻更高,主頻高,能會大幅提升。

據他透露,相較16nm節點工藝,7nm可以提供3.3倍的門電路密度,在同等功耗上提供35-40%的速度提升或者可以降低65%的功耗,成本的優勢隨著生產能力與良率的提升正在快速呈現。

域控制器落地進程加速

正如前文所說,域控制器主控芯片正朝向異構多核、高集成、低功耗等更高能的方向邁進,這將很大程度推動域控制器產品的升級,加速域控制器落地進程。

舉例來說,通過與恩智浦、TI、地線等芯片廠商的合作,東軟睿馳在域控制器等相關領域不斷取得進展。在此前產品的基礎上,東軟睿馳于今年8月同時發布了兩款標準化域控制器產品:面向自動駕駛領域的行泊一體域控制器以及面向整車的通用域控制器。據蓋世汽車了解,這兩款域控制器分別采用了恩智浦S32G和TI TDA4芯片。

從產品表現來看,東軟睿馳自動駕駛行泊一體域控制器通過泊車與行車功能的集成以及傳感器的共用,可實現L2+的增強感知能力,提高安全和用戶體驗?;赟OA的軟件架構,通過預置的基礎軟件和自動駕駛專用中間件,支持OTA升級,并面向開發者提供配套豐富的“開發者友好型”工具,相比傳統1V1R+APA的技術方案成本節省20%~30%。

東軟睿馳自動駕駛行泊一體域控制器所支持的自動駕駛功能;圖片來源:東軟睿馳

東軟睿馳通用域控制器則可實現跨域融合,實現車身,動力,底盤系統等控制域的整合,支持網關功能和車載通訊加密要求,統一OTA升級。具備豐富的對外接口、功能全面,幫助車企實現集中式架構?;诿嫦騍OA的架構,大大增強了臺的可拓展,可移植,幫助車企減少開發投入。同時預置基礎軟件,和標準中間件,提供豐富的開發工具,支持開發者個化開發,提供多樣化的開發服務支持。

東軟睿馳通用域控制器特;圖片來源:東軟睿馳

其它廠商也在快速布局,例如德賽西威。該公司綁定英偉達,推出自動駕駛域控制器IPU03。據悉,IPU03于2020年在小鵬P7上正式批量供貨,并將配套其他車型。IPU04則是德賽西威最新一代大算力域控制器,采用單芯片Orin系列打造。據悉,小鵬汽車、理想汽車等多家車企IPU04相關項目將于明年量產。

均勝電子則于今年8月宣布,公司旗下均聯智行將與黑芝麻智能攜手布局自動駕駛域控智能方案,計劃2023年量產自動駕駛域控制器。另根據其2021年三季度財報,在智能座艙領域,均勝電子已完成與多家座艙芯片的對接,座艙域控制器、V2X技術和人機交互,以及位置引擎、AR引擎等產品已于主流車企量產車型投產。

總而言之,兩年,隨著域控制器主流芯片的“進化”,相關供應商或升級域控制器產品,或公布新的項目定點或量產規劃,域控制器的應用儼然已邁入新階段。

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