小鵬的自動(dòng)駕駛芯片即將上車

蔚來(lái)、小鵬、理想都有自研自動(dòng)駕駛芯片，其中蔚來(lái)速度最快，小鵬緊隨其后并于2023年底已經(jīng)拿到樣片，2025年就能上車，理想也在緊鑼密鼓展開(kāi)。

小鵬大約在2021年一度想讓英偉達(dá)定制芯片，據(jù)說(shuō)是因?yàn)橛ミ_(dá)Orin的繼任者Thor價(jià)格昂貴，可能近千美元，小鵬認(rèn)為2000TOPS沒(méi)有必要，750TOPS就足夠。但汽車業(yè)務(wù)占整個(gè)英偉達(dá)收入不足5%，且在持續(xù)下降，可謂微不足道，英偉達(dá)主要精力都在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，自然不可能為小鵬定制芯片。

這個(gè)說(shuō)法可能有誤，因?yàn)槿绻亢艿偷脑?，即便?50TOPS的定制芯片肯定比通用芯片Thor價(jià)格還要高很多。碰壁英偉達(dá)后，小鵬轉(zhuǎn)向Marvell和索喜，Marvell是存儲(chǔ)和寬帶通信系統(tǒng)大廠，汽車以太網(wǎng)物理層和交換機(jī)全球第一，但自動(dòng)駕駛芯片或者說(shuō)SoC不是其專長(zhǎng)。小鵬主要仰賴對(duì)象是索喜。

SOCIONEXT（索喜）成立于2015年，是富士通半導(dǎo)體與松下半導(dǎo)體影像成像及光網(wǎng)絡(luò)部門合并而成，預(yù)計(jì)2024財(cái)年收入達(dá)2170億日元，營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率大約14.5%。索喜收入主要有兩類，一類是傳統(tǒng)的產(chǎn)品銷售收入，另一類就是non-recurring engineering簡(jiǎn)稱NRE，即一次性項(xiàng)目開(kāi)發(fā)收費(fèi)，也叫一次性工程費(fèi)用，也就是為小鵬這樣的公司提供芯片開(kāi)發(fā)服務(wù)的收入，NRE收入大約占索喜總收入的1/6-1/5。索喜的客戶應(yīng)該也包括Waymo和Cruise。

索喜最近11季度收入業(yè)務(wù)分布與營(yíng)業(yè)利潤(rùn)

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索喜最近7季度NRE收入下游分布比例（汽車業(yè)務(wù)飛速增加）?

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索喜最近7季度NRE收入客戶地域分布

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上圖中，中國(guó)客戶占其收入的1/5左右，美國(guó)客戶所占比例最高。

索喜7季度NRE收入制造工藝分布

注：制造工藝都非常先進(jìn)，至少是7納米，圖片來(lái)源：索喜

索喜目前在手訂單額分布

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目前汽車領(lǐng)域在手訂單大約3000億日元，主要是自動(dòng)駕駛和HPC還有激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭（應(yīng)該是ISP）傳感器芯片。

索喜定制SoC流程

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索喜定制汽車自動(dòng)駕駛SoC框架圖

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目前，小鵬自動(dòng)駕駛芯片沒(méi)有任何公開(kāi)信息，我們只能做一番推測(cè)。首先，制造工藝至少是5納米或4納米，3納米則不大可能，一個(gè)是不夠成熟，另一個(gè)是成本太高。CPU方面應(yīng)該還是常見(jiàn)的ARM Cortex-A78AE，12核心或16核心，略微超過(guò)英偉達(dá)Orin。

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小鵬定制芯片應(yīng)該近似于艙駕一體芯片，因?yàn)榧?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%99%BA%E8%83%BD%E9%A9%BE%E9%A9%B6/">智能駕駛和座艙應(yīng)用的界限非常模糊，所以GPU肯定有。GPU應(yīng)該還是ARM，最大可能是MALI G77，11核心的G77，F(xiàn)P32算力是1130GFLOPs，也就是1.13TFLOPs，做8位整數(shù)AI運(yùn)算時(shí)算力是4.52TFLOPS。ISP方面索喜自己就有足夠的IP，相信不遜于蔚來(lái)的ISP。

接口方面，有汽車以太網(wǎng)霸主Marvell的參與，那以太網(wǎng)帶寬應(yīng)該達(dá)到10Gbps，PCIe至少是四代或5代，最高至少是32GB/s，會(huì)全面支持汽車以太網(wǎng)，包括SDV時(shí)代的10Base-T1。存儲(chǔ)接口方面，最低應(yīng)該也是LPDDR5X，也有可能是和特斯拉一樣先進(jìn)的GDDR6，索喜的合作伙伴CADENCE能夠提供GDDR6的物理層和控制器IP。

HBM不大可能，雖然性能優(yōu)秀，但價(jià)格太高了。存儲(chǔ)帶寬最低應(yīng)該也與英偉達(dá)Orin的204GB/s看齊。

大家最關(guān)注的自然是AI部分，這部分小鵬可以自研，也可以直接購(gòu)買第三者的IP。AI算力就是個(gè)文字游戲，統(tǒng)計(jì)口徑差別巨大，沒(méi)有統(tǒng)一的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，基本上完全取決于廠家的宣傳，因?yàn)闊o(wú)法證偽。

Transformer時(shí)代，AI算力數(shù)字意義不大，汽車領(lǐng)域的算力通常是整數(shù)8位精度下的算力，這種算力也只是針對(duì)傳統(tǒng)CNN當(dāng)中計(jì)算量最大的卷積運(yùn)算，這種算力的取得不需要任何技術(shù)門檻，簡(jiǎn)單堆砌MAC（乘積累加）陣列即可獲得，第三方IP都不需要。不計(jì)成本的話，任何廠家都可以取得數(shù)千TOPS的算力，但每個(gè)廠家有自己的市場(chǎng)定位，有成本考量， 自然就有了算力的高低。

AI芯片嚴(yán)格地說(shuō)AI加速器和GPU都是針對(duì)并行計(jì)算設(shè)計(jì)的，在CNN時(shí)代非常合適，但在后CNN時(shí)代，出現(xiàn)了很多串行計(jì)算，對(duì)AI加速器非常不友好，對(duì)CPU和DSP非常友好，例如非極大值抑制（NMS）。Transformer就是如此，它不僅需要串行計(jì)算算力，還需要足夠的存儲(chǔ)帶寬支持，單純的AI算力數(shù)值在Transformer面前毫無(wú)意義。實(shí)際不僅Transformer，很多CNN的變種亦是如此，如目前主流的YOLOV4、YOLOV5、RESNET50。

我們把AI算子分為串行型和并行型，其中串行型通常都是逐點(diǎn)元素型element-wise，矢量與矩陣之間的運(yùn)算，它有兩個(gè)特點(diǎn)，一是通常是串行運(yùn)算，二是有大量的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)動(dòng)作，非常消耗存儲(chǔ)帶寬。它們對(duì)AI算力需求很低，但對(duì)存儲(chǔ)速度和CPU算力要求很高，最適合此類運(yùn)算的是DSP，因?yàn)镈SP是哈佛架構(gòu)，數(shù)據(jù)和指令總線分開(kāi)，效率高。但DSP編譯器非常難搞，只能用在汽車這種封閉體系內(nèi)。針對(duì)并行計(jì)算的GPU和AI芯片不適合此類逐點(diǎn)運(yùn)算，遇到此類計(jì)算，通常都是退回到CPU中運(yùn)算，這也是為何英偉達(dá)和微軟都要費(fèi)盡心機(jī)自研CPU的主要原因。

Transformer的計(jì)算過(guò)程

在這個(gè)計(jì)算過(guò)程中，矩陣乘法是典型的計(jì)算密集型算子，也叫GEMM，即通用矩陣乘法。存儲(chǔ)密集型算子分兩種：一種是矢量或張量的神經(jīng)激活，多非線性運(yùn)算，也叫GEMV，即通用矩陣矢量乘法；另一種是上面說(shuō)的逐點(diǎn)元素型element-wise。

推測(cè)小鵬自動(dòng)駕駛芯片的AI部分架構(gòu)如上圖，當(dāng)然FP16的陣列可以去掉，這種設(shè)計(jì)既有標(biāo)量運(yùn)算單元，也有矢量運(yùn)算單元，保證了足夠的靈活性，能夠適應(yīng)算法的大幅度變化。SRAM的容量可能只有1MiB，8MiB的成本太高。INT8陣列16384個(gè)MAC，算力大約800TOPS，頻率高點(diǎn)可以做到近1000TOPS。

自己開(kāi)發(fā)芯片因?yàn)榱勘容^低，成本肯定遠(yuǎn)高于英偉達(dá)的Orin，而獨(dú)立開(kāi)發(fā)芯片主要是為了整個(gè)自動(dòng)駕駛閉環(huán)，完全掌控自動(dòng)駕駛靈魂，提高科技含量，推高市值，加快產(chǎn)品迭代。

免責(zé)說(shuō)明：本文觀點(diǎn)和數(shù)據(jù)僅供參考，和實(shí)際情況可能存在偏差。本文不構(gòu)成投資建議，文中所有觀點(diǎn)、數(shù)據(jù)僅代表筆者立場(chǎng)，不具有任何指導(dǎo)、投資和決策意見(jiàn)。