芯耀
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?智能座艙、算力為王
就在幾年前，手機芯片的性能還要大大的超過汽車芯片，這也導致車機的算力比不上手機，消費者更傾向于用手機在汽車里實現導航和娛樂功能。隨著“電動化、智能化、網聯(lián)化、共享化”這新四化已經成為汽車產業(yè)發(fā)展的方向，對于汽車座艙帶來一個重要的變化就是對高算力的需求。
2020年，被業(yè)界定義為“智能電動汽車元年”，這一年電動汽車中智能座艙的比例開始迅速提升。如特斯拉升級MCU2，Modle3中控變身游戲機，奔馳升級MBUX計算芯片，帶來了3D實景導航、多屏多媒體交互；小鵬i車型升級驍龍820A，G3的UI和流暢度瞬間跟上了高一檔的P7。盡管購車群體還不會如同手機消費群體一樣，因為一顆芯片選擇購買一款車，但是這種趨勢已經開始逐漸顯現。
智能座艙的核心在于一顆芯片提供算力，實現多屏融合。同一芯片模組支持中控大屏、數字儀表、后座娛樂屏等設備，優(yōu)勢是減少ECU數量，避免多個芯片時的通信和性能問題，同時降低成本。以往實現一芯多屏的難點主要在于芯片需要強大的處理器以及復雜的軟件操作系統(tǒng)，但是隨著高通等消費電子領域的廠商殺入汽車領域，算力已經不再是瓶頸。
?獨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劃。從602A到820A，高通還沒有發(fā)力。知道2019年，高通將消費領域的產品平移到了車載平臺。
從已經公開的資料來看，高通座艙平臺目前的算力遙遙領先其它競爭對手。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A4L、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源自高通手機芯片驍龍855，并且手機和車機855是同步開發(fā)并推出。SA6155P的原型是驍龍6150，一款未進入中國市場的消費級SOC。
相比820A，8155堪稱劃時代級別的升級，和手機領域的驍龍855一樣，驍龍8155也采用了臺積電7nm工藝，成為全球首款7nm工藝打造的車規(guī)級數字座艙SOC。
SA8155P開發(fā)板
SA6155P采用了三星的11納米工藝（本質上是14納米優(yōu)化版），兩個大核心6個小核心的設計，性能略強于820A，但和8155同時支持WiFi6和藍牙5.0。而作為旗艦產品的SA8195P，則源于源自PC系列平臺驍龍8C。傳言說凱迪拉克于2022年1季度上市的電動SUV即Lyriq第一個采用SA8195P，不過根據為Lyriq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域獨孤求敗，在同一時間內遙遙領先競爭對手，逐漸成為了中高端汽車的標配。短短6年，高通就從車載SOC領域的新人一躍登上性能王座，并占據了大量的市場份額。
那么，高通的競爭對手在做什么？為何坐視高通在汽車領域迅速崛起呢？
?高通的那些對手們？
主流座艙芯片廠商盤點，來源：與非研究院制表
在座艙領域，高通不是唯一的選擇，但對手并不給力。目前，進入智能座艙芯片競爭賽道的，主要包括兩大勢力：一類是傳統(tǒng)的汽車芯片供應商，如恩智浦（i.MX系列）、瑞薩（R系列）、德州儀器（Jacinto系列）和意法半導體（Accordo系列）；一類是如高通一樣的消費類芯片供應商，如英特爾、谷歌、三星、華為、聯(lián)發(fā)科、英偉達等。
在2015年之前，車載數字座艙芯片的銷量冠軍曾經是日本瑞薩半導體。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架構組合，在性能上遠遠落后于驍龍820A。H3基于16納米工藝制作，CPU部分由ARMA57架構大核和A53架構小核組成。來自2014年的技術指標，瑞薩卻已經用了整整5年，并且在瑞薩官網，第四代R-Car產品還是空白。
同樣令人失望的還有恩智浦i.mx和德州儀器Jacinto，這兩個幾年前數字座艙領域的絕對王者。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)半導體廠商的老毛?。禾?。當高通已經首批將7納米工藝通過車規(guī)級測試的時候，這些傳統(tǒng)汽車芯片供應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架構配置。
再來看消費類芯片陣營：英偉達在數字座艙領域也一直在耕耘。包括奧迪、寶馬、特斯拉都采用過Tegra3芯片，奔馳新一代S級，里面就搭載了定制版的英偉達TegraX2芯片?？上egraX2是一款純粹的計算芯片，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早已跟不上時代節(jié)奏，只能靠多個SOC并行運算維持性能，但功耗又會很高。
英特爾2016年推出A3900系列后，一直沒有更新產品的計劃，可能是英特爾產品線太廣了，沒有那么多精力，這給了高通可乘之機，雖然A3900系列獲得了寶馬、現代、通用、Stellantis、沃爾沃、紅旗、斯巴魯的大量使用。
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合作伙伴，就是奧迪。ExynosAuto目前只有一款產品，叫做ExynosAutoV9。采用三星自研8納米工藝（本質上是優(yōu)化版的10納米）制造的V9芯片，包含了多達8個A76高性能核心，主頻為2.1GHZ。至少從參數而言，三星V9的性能明顯優(yōu)于高通8155。但是V9和英偉達TegraX2一樣是一顆純計算芯片，包括5G、WiFi、藍牙等連接功能都需要外掛。
聯(lián)發(fā)科車載領域產品代號黃山，聯(lián)發(fā)科于2016年開始研發(fā)車載芯片，一度是獨立的事業(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就是針對筆記本電腦領域驍龍8Cx的車規(guī)版，聯(lián)發(fā)科與之對應的是MT8195也主打筆記本電腦領域，6納米工藝比SA8195P的7納米要先進一點，預計在2022年上市。
制程老舊、架構落后、性能孱弱，這三個詞幾乎可以形容那些遠比高通資歷更老，并且曾經占據著車載數字座艙方案市場大部分份額的老牌半導體廠商?？偨Y一下原因，為何傳統(tǒng)汽車芯片供應商的產品定義逐漸落后？因為所謂“智能汽車”，其實不過是這幾年才逐漸為消費者所看重的概念。在差不多四、五年之前，當時絕大多數車企根本就沒有“車載計算”的概念，并不需要車輛具備什么自動駕駛能力、更不打算推出車聯(lián)網產品。傳統(tǒng)汽車芯片供應商出于對研發(fā)成本的考量，制程、算力升級積極性較差。
以高通、三星為代表的消費電子廠商可以依靠下游出貨量較大的手機等產品來分攤高昂的研發(fā)成本，在制程升級方面具備更高積極性以及在開發(fā)高算力產品方面具有顯著的技術優(yōu)勢，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域強勢復制他們在手機行業(yè)上的成功。而從目前其他所有競爭對手的產品線來看，現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（頂級版）8195ES和第四代8295Alpha去年年底差不多同一時間一起亮相，基本上沒有給競爭對手還手機會。
也許是感受到了巨大的壓力，據說NXP正在定義的下一代iMX8.5/10將在性能上有一個較大的提升，上市時間將在2022年的下半年，不過根據筆者收集到的信息來看，iMX8.5/10的性能也只是接近驍龍SA8155P。
?最牛國產座艙芯片易主
除了這些成名已久的國際芯片大廠，智能座艙領域的玩家還包括國產芯片廠商。雖然目前殺入座艙芯片的國產玩家非常多，幾乎所有具有CPU/AI開發(fā)能力的廠商都希望進來分一杯羹，但大多數產品還停留在產品定義和PPT階段。在競爭激烈的智能座艙領域，既有傳統(tǒng)汽車芯片大廠環(huán)伺，也不乏從手機芯片市場轉入戰(zhàn)局的國際大廠，國內市場此前還未出現真正上車的國產高性能智能座艙芯片?，F階段值得重點關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，產品定位最高端的國產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總算力達到100KDMIPS，3D圖形性能達到300GFLOPS，AI計算性能達到1.2TOPS，能夠實現高算力、高性能、高可靠的智能座艙場景應用，為用戶打造極致的艙內互動體驗。從產品定義來看，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景，不僅集成了包括語音互動、導航、娛樂等在內的座艙場景，也同時兼顧了環(huán)視、DMS、OMS、自動泊車等ADAS功能。
華為海思因為眾所周知的原因，其座艙芯片的上市時間被大幅度的延后。目前能上車的主要是中芯國際代工的麒麟710A芯片，14納米工藝，8個低功耗低性能核心，不支持原生5G和WiFi6、藍牙5.0。雖然性能差強人意，但勝在便宜穩(wěn)定。而本來可以對標高通最高端產品SA8195P，在座艙領域具有領先優(yōu)勢的5G車載SOC麒麟990A，也因為禁令的原因一再延后，預計要到2023年才會上市。
“龍鷹一號”新一代7納米車規(guī)級智能座艙芯片
2021年12月10日，芯擎科技發(fā)布其最新的座艙芯片產品“龍鷹一號”。這顆芯片是國內唯一由臺積電代工生產的7納米芯片，也是目前市面上極少數采用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’7納米車規(guī)級智能座艙芯片是國內首款7納米工藝制程高端智能座艙芯片，內置8個CPU核心，14核GPU，8TOPS int8可編程卷積神經網絡引擎，這幾個硬指標意味著這顆芯片能全時全速提供澎湃算力。強大的CPU、GPU、VPU、ISP、DPU、NPU、DSP異構計算引擎以及與之匹配的高帶寬低延遲LPDDR5內存通道和高速大容量外部存儲，為芯片應用提供全方位的算力支持，經過驗證實測性能趕超國際同類產品。”
從現場公布的性能參數對比圖來看，“龍鷹一號”直接對標高通最高端產品SA8195P，工藝跟高通8155一致7nm，部分IP和指標看齊高通8195甚至8295，參數上大大超過某國際傳統(tǒng)汽車芯片大廠。
除了“龍鷹一號”，龍鷹二號和三號芯片也在繼續(xù)規(guī)劃之中。值得關注的是，按照規(guī)劃，芯擎科技還將會在2024到2025年陸續(xù)推出5nm的車載一體化超算平臺芯片，以及高算力自動駕駛芯片，算力達到256TOPS，滿足L3智能駕駛的需求。同時，通過多芯組合，算力可拓展，可滿足更高級別自動駕駛的算力需求。
?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”、產品線和公司未來
“龍鷹一號”是國內唯一由臺積電代工生產的7納米芯片，也是目前市面上極少數采用7納米制程的高端智能座艙芯片。之所以第一款產品就選擇7nm工藝，是因為芯擎的定位是做全球領先的產品，更因為芯擎的團隊是行業(yè)內為數不多有開發(fā)先進制程芯片經驗的團隊，之前就有具有開發(fā)10nm/8nm芯片的經驗。芯擎科技的董事兼CEO汪凱博士在半導體行業(yè)從業(yè)多年，具有豐富的汽車芯片開發(fā)經驗。選擇7納米工藝的根本原因則是市場對汽車智能座艙運算能力的需求，因為對于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Xavier等SOC采用的14納米工藝，足足領先了兩個世代。先進工藝的引進為降低芯片功耗奠定了堅實的基礎。由于每一代半導體工藝相比前一代有超過10%的功耗優(yōu)勢，在相似工作負荷和性能的條件下，新工藝可以在已有成熟工藝的基礎上大幅降低芯片能耗，從而降低系統(tǒng)散熱的難度、延長芯片的使用壽命并有助于改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
除了應用先進工藝，在芯片和系統(tǒng)設計方面也需要采取多種技術措施對GPU功耗進行管理和優(yōu)化。這些措施包括了大量的細致深入的設計，比如根據計算負載實時調整GPU的主頻，通過精細化的clockgating、powergating設計實現細粒度的節(jié)能設計，對輕載工作任務僅啟用部分GPU內核等等。在SoC層面針對圖形系統(tǒng)做內存帶寬壓縮，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，將失去在該領域繼續(xù)競爭的門票。芯擎科技董事兼CEO汪凱博士也贊同這一觀點，他認為如果做不到7nm，是很難進入下一代的智能汽車中的。
當然，首顆芯片就定義如此高端，在后續(xù)的量產化和商業(yè)化中肯定會面臨巨大的困難和挑戰(zhàn)。與消費級設備不同，汽車對芯片和元器件的工作溫度、運行穩(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)級芯片對故障率要求是小于10億分之一，而消費級芯片對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)級芯片對故障率的要求近乎于零容忍。
基于此，汽車行業(yè)內公認的AEC-Q系列認證，作為汽車電子元器件的通用測試規(guī)范，是產品進入車企落地量產必備的“通行證”。
據了解，“龍鷹一號”達到AEC-Q100Grade 3級別，采用符合ASIL-D標準的安全島設計，內置獨立的Security Island信息安全島，提供高性能加解密引擎，支持SM2、SM3、SM4等國密算法，支持安全啟動，安全調試和安全OTA更新等。
另一個困難是目前困擾整個汽車芯片領域的產能問題。不過一方面“龍鷹一號”還沒有大規(guī)模量產，另一方面目前上游晶圓產能緊張的部分主要集中在低端工藝，相對來說7nm工藝并沒有那么緊張。預計到“龍鷹一號”量產的時間點，7nm的芯片產能將不會有太大問題。
最后，據筆者了解，目前包括黑芝麻、地平線、紫光展銳、瑞芯微、全志等國產芯片廠商都在摩拳擦掌希望進入智能座艙領域，接下來這個市場將會很熱鬧。不過考慮到車載芯片的競爭門檻要大大高于消費類芯片，因此該領域的競爭如果沒有獨家秘笈，估計最終只是陪跑的角色。
