由MCU走向SoC，汽車芯片轉(zhuǎn)戰(zhàn)下一代ADAS和自動(dòng)駕駛

電子發(fā)燒友報(bào)道（文/周凱揚(yáng)） 定義一輛現(xiàn)代化汽車的不再只有外形、舒適度與行駛性能，還有汽車的智能化。從車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI）到ADAS，這些都離不開車載芯片的功勞。過去汽車內(nèi)部的控制系統(tǒng)相互孤立，如今在各大系統(tǒng)逐漸整合的趨勢(shì)下，汽車芯片也慢慢由MCU轉(zhuǎn)向SoC。

據(jù)統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)的研究報(bào)告指出，2018年全球汽車SoC的總市值達(dá)129.315億美元，預(yù)計(jì)在2019到2028年的周期內(nèi)，其市值還將以8%的年復(fù)合增長(zhǎng)率大幅上升。其中以增強(qiáng)型IVI的需求仍在不斷增長(zhǎng)，而終端用戶中，對(duì)駕駛輔助以及安全意識(shí)的提高，將成為ADAS應(yīng)用SoC增長(zhǎng)的關(guān)鍵要素之一。出于同樣的原因，專注于消費(fèi)芯片的廠商，也開始在汽車芯片領(lǐng)域布局。

由于疫情影響了一定的汽車出貨量，但從已經(jīng)回暖的中國市場(chǎng)看來，未來汽車SoC仍然走勢(shì)良好，尤其是亞太、非洲等發(fā)展中國家，隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的推動(dòng)，這些地區(qū)的市場(chǎng)占比將有一定的提高。而汽車SoC的高成本高功耗仍是阻止該市場(chǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大的挑戰(zhàn)因素。

這一市場(chǎng)內(nèi)已經(jīng)有不少早在汽車芯片領(lǐng)域耕耘多年的國外大廠，比如高通的820A，TI的Jacinto 7，恩智浦的i.MX 8和Renesas的R-Car V3H等，而國內(nèi)近年來也涌現(xiàn)了不少探索創(chuàng)新的企業(yè)，比如芯馳科技推出的三大9系列芯片，全志的T7芯片和地平線的征程芯片等。這些芯片多為ARM V8a的微架構(gòu)，但CPU、GPU和附加模塊仍存在有不小差異。

TI

作為涉足各個(gè)領(lǐng)域處理的德州儀器，自然不會(huì)放過汽車市場(chǎng)。TI的汽車SoC系列命名為Jacinto，其中DRAx系列涵蓋汽車的數(shù)字駕駛艙、網(wǎng)關(guān)和車輛運(yùn)算應(yīng)用，TDAx用于ADAS。今年TI宣布了新一代的JacintoTM7處理器，打頭陣的是用于ADAS的TDA4VM，和用于網(wǎng)關(guān)與車輛運(yùn)算的DRA829V。這兩大SoC都選擇了兩個(gè)ARM Cortex-A72的CPU設(shè)計(jì)，TDA4VM頻率為1800MHz，DRA829V的頻率為2000MHz。

TDA4VM原理框圖 / TI

TDA4VM需要用于ADAS，因此SoC包含了支持深度學(xué)習(xí)的矩陣乘法加速器（MMA），在1GHz下，其算力可達(dá)到8TOPs。其內(nèi)部還有視覺處理加速器（VPAC）和圖像信號(hào)處理器（ISP）等多個(gè)視覺輔助加速器。在PowerVR 3D GPU的Rogue8XE GE8430支持下，可以實(shí)現(xiàn)750MHz的頻率以及96 GFLOPs的算力，每秒可以處理6G像素的數(shù)據(jù)。

DRA829V原理框圖 / TI

DRA829V在雙核的支撐下整數(shù)運(yùn)算能力達(dá)24K DMIPs，4個(gè)ARM Cortex-R5F MCU速率可至1GHz。外部存儲(chǔ)接口（EMIF）中包含ECC，且32位的數(shù)據(jù)總線可以保證14.9GB/s的傳輸速度，并支持LDDR4。該設(shè)備自帶的千兆以太網(wǎng)交換機(jī)和PCIe hub，專為高數(shù)據(jù)帶寬的應(yīng)用打造。

Renesas

針對(duì)汽車市場(chǎng)，瑞薩也有自己的R-Car系列SoC，其中R-Car E用于入門級(jí)，R-Car M用于中檔，R-Car H則作為高端產(chǎn)品。就拿最新的R-Car V3H SoC來說，該SoC專門用于支持L3級(jí)別以上的ADAS和自動(dòng)駕駛。

R-Car V3H原理框圖 / Renesas

瑞薩的R-Car V3H采用了四個(gè)Arm Cortex A53核心，主頻為1GHz。該SoC采用了兩個(gè)圖像信號(hào)處理器，在專用的CNN IP加速深度學(xué)習(xí)下，可實(shí)現(xiàn)426GMAC/s的算力。內(nèi)存控制器支持3200MHz的LPDDR4，網(wǎng)絡(luò)支持千兆以太網(wǎng)和AVB以太網(wǎng)。據(jù)瑞薩給到的商品描述，其性能是同代產(chǎn)品V3M的6倍，并配有針對(duì)稠密光流、立體視差和物體分類等關(guān)鍵算法的低功耗硬件加速器。該硬件也有廣泛的車載系統(tǒng)兼容性，支持GENIVI、汽車級(jí)Linux、安卓、QNX和Windows嵌入式系統(tǒng)。

芯馳

除了這些國外大廠之外，國內(nèi)也有不少奮起直追的新興廠商，比如上個(gè)月月底開完新品發(fā)布會(huì)的芯馳科技。芯馳在本次發(fā)布會(huì)上公布了三款車載SoC，用于高性能智能座艙的X9芯片，用于ADAS及自動(dòng)駕駛的V9芯片和用于多域互聯(lián)整車網(wǎng)關(guān)的G9芯片。

X9芯片 / 芯馳科技

這三款芯片都采用了V8.2架構(gòu)的Arm Cortex A55內(nèi)核，其中X9和V9都采用了PowerVR的GPU。X9系列芯片的測(cè)整數(shù)處理性能達(dá)到48K DMIPs，GPU算力達(dá)300Gflops，X9系列芯片可以做到一芯多屏，最多支持8塊全高清顯示屏，為不同位置上的乘客提供獨(dú)立的音視頻體驗(yàn)。該芯片同時(shí)具備語音、手勢(shì)和觸摸等控制功能，實(shí)現(xiàn)了人車的多元化交互。

V9芯片 / 芯馳科技

而V9系列芯片的CPU峰值性能達(dá)到2萬DMIPs，支持ECC及奇偶校驗(yàn)，GPU算力達(dá)80GFlops，還集成了獨(dú)立的CV引擎，支持圖像預(yù)處理。其車載傳感器最多支持18路高清攝像頭、7個(gè)毫米波雷達(dá)、6個(gè)激光雷達(dá)、8個(gè)CAN FD和雙千兆實(shí)時(shí)以太網(wǎng)。V9系列分為針對(duì)目前主流ADAS應(yīng)用場(chǎng)景的V9L和V9F，以及具備更多擴(kuò)展性的V9T。

G9芯片 / 芯馳科技

G9系列處理器是專為新一代車內(nèi)核心網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)的高性能車規(guī)級(jí)汽車芯片，采用了雙核鎖步的高可靠Cortex-R5內(nèi)核。在支持多種傳輸接口的基礎(chǔ)上，G9還采用了低延遲、可配置SDPEv2的高吞吐包引擎。同時(shí)為了進(jìn)一步保障信息安全，G9內(nèi)置了高性能HSM，支持國
密算法，還可以支持C-V2X加速。

地平線

征程芯片 / 地平線

除了專注于ADAS、自動(dòng)駕駛和車載信息娛樂系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān)的SoC廠商外，還有地平線這家專注于邊緣AI計(jì)算的廠商。地平線于去年發(fā)布了征程二代，國內(nèi)首款車規(guī)級(jí)AI芯片。該系列芯片采用了自研的BPU，可實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛、行人和道路環(huán)境的實(shí)時(shí)感知。征程二代可提供4TOPs以上的等效算力，典型功耗僅2W，可以對(duì)多類目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別。

小結(jié)

由此我們可以看出，這場(chǎng)汽車SoC的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)演變?yōu)榱怂懔χ疇?zhēng)。各大廠商都想在保持低功耗的情況下，實(shí)現(xiàn)最大化的算力。而在芯馳看來，算力雖然作為汽車芯片的一大賣點(diǎn)，卻并不是最適合確定汽車解決方案的參數(shù)。芯馳CEO仇雨菁認(rèn)為，目前自動(dòng)駕駛的許多算法尚未固話，若是一味追求算力只會(huì)徒增功耗，所以芯馳的目標(biāo)是擴(kuò)展性。通過內(nèi)置的GPU和AI引擎提供基礎(chǔ)算力，然后通過PCIe等接口去擴(kuò)展算力。

除此之外，汽車SoC的兼容性也是不少汽車OEM廠商考慮的因素之一。除了常見的QNX和汽車級(jí)Linux系統(tǒng)外，現(xiàn)在涌現(xiàn)了不少基于Andriod深度定制的OS。在華為和蘋果等大廠也紛紛布局車載OS之際，對(duì)這些系統(tǒng)的兼容性將決定了未來的軟件生態(tài)。尤其是在智能座艙這類應(yīng)用場(chǎng)景中，操作系統(tǒng)將定義人車之間的交互方式，因此對(duì)操作系統(tǒng)的深度支持對(duì)后續(xù)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)升級(jí)大有裨益。

與此同時(shí)安全性也是需要考慮進(jìn)去的重要元素。汽車SoC并不是只需做到AEC-Q100認(rèn)證就足夠了，同樣需要獲得ASIL的安全等級(jí)認(rèn)證。比如上述的DRA829V芯片就做到了SoC ASIL-B等級(jí)，MCU ASIL-D等級(jí)，芯馳的三大新品芯片系列更是做到了全系A(chǔ)SIL-B。對(duì)于用于汽車網(wǎng)關(guān)的SoC來說，加密則更為重要，不論是加密算法和獨(dú)立的安全模塊，都將為汽車信息安全的防火墻添磚加瓦。

總而言之，全球在新一代汽車SoC的探索已經(jīng)轉(zhuǎn)向了智能化，未來ADAS和自動(dòng)駕駛的SoC份額將持續(xù)提升。AI和V2X等技術(shù)將持續(xù)滲透該市場(chǎng)，隨著國內(nèi)在這些技術(shù)領(lǐng)域地持續(xù)發(fā)力，相信未來的車載SoC市場(chǎng)會(huì)涌現(xiàn)更多優(yōu)秀的產(chǎn)品。

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