一文詳解車規(guī)級芯片IC等級及其特點

汽車芯片等級

按照美國制定的汽車電子標準，汽車芯片分為5個等級，數(shù)字越小，等級越高。

汽車級芯片和工業(yè)級芯片區(qū)別

車用級芯片，生命周期

10~15年

車用級芯片和消費級區(qū)別

消費級芯片，替換生命周期2~3年。

車規(guī)級芯片對加工工藝，要求不高。但對質量要求高。

芯片企業(yè)進入汽車行業(yè)要求

進入芯片企業(yè)，進入汽車行業(yè)，需要通過美國汽車電子委員會AEC(AutomotiveElectronicsCouncil)等等一系列的標準測試，還要通過ISO/TS 16949的質量驗證。

車規(guī)級芯片需要經(jīng)過的認證過程，可靠性標準 AEC-Q100、質量管理標準ISO/TS 16949、功能安全標準ISO26262等。

車規(guī)級芯片IC企業(yè)排名

2020：infineon完成收購Cypress后，爬上榜首。

汽車主控芯片市場規(guī)模（億美元）

主控芯片巨頭具有較強的AI計算優(yōu)勢，功能芯片廠商具有豐富的汽車產業(yè)鏈經(jīng)驗，兩大陣營之間兼并收購及聯(lián)盟合作頻發(fā)。

截至目前，英偉達已與全球370+整車廠、一級供應商達成合作；英特爾收購Mobileye切入汽車產業(yè)；高通曾意圖收購恩智浦等。

詳解汽車主控+功能芯片，并詳細闡述汽車芯片產業(yè)格局。

智能駕駛涉及人機交互、視覺處理、智能決策等，核心是 AI 算法和芯片。伴隨汽車電子化提速，汽車半導體加速成長，2017 年全球市場規(guī)模 288 億美元（+26%），遠高于整車銷量增速（+3%），其中占比最高的為功能芯片 MCU（66 億美元，占比 23%），隨后還包括功率半導體（21%）、傳感器（13%）等。

汽車半導體按種類可分為功能芯片 MCU（Microcontroller Unit）、功率半導體（IGBT、MOSFET 等）、傳感器及其他。根據(jù)Strategy Analytics，在傳統(tǒng)燃油汽車中，MCU 價值量占比最高，為23%；在純電動車中，MCU 占比僅次于功率半導體，為11%。DIGITIMES預測，功能芯片MCU市場規(guī)模有望從2017年66億美元穩(wěn)步提升至2020年72億美元。

▲ 全球汽車銷量（萬輛）

▲ 全球汽車半導體市場規(guī)模（億美元）

▲ 燃油汽車半導體按種類分類

▲ 純電動汽車半導體按種類分類

▲ 汽車功能芯片市場規(guī)模（億美元）

傳統(tǒng)汽車的功能芯片僅適用于發(fā)動機控制、電池管理等局部功能無法滿足高數(shù)據(jù)量的智能駕駛相關運算。

近年來，伴隨智能駕駛滲透率提升，全球芯片巨頭紛紛進軍汽車產業(yè)，推出具備AI計算能力的主控芯片。主控芯片市場規(guī)模有望快速成長，IHS預測2020年可達40億美元。

▲ 汽車芯片：主控芯片&功能芯片

▲ 汽車主控芯片市場規(guī)模（億美元）

主控芯片巨頭具有較強的AI計算優(yōu)勢，功能芯片廠商具有豐富的汽車產業(yè)鏈經(jīng)驗，兩大陣營之間兼并收購及聯(lián)盟合作頻發(fā)。

截至目前，英偉達已與全球370+整車廠、一級供應商達成合作；英特爾收購Mobileye切入汽車產業(yè)；高通曾意圖收購恩智浦等。

▲ 汽車芯片市場格局

主控芯片：算力持續(xù)增長

智能駕駛涉及人機交互、視覺處理、智能決策等，AI算法和芯片是核心。據(jù)恩智浦統(tǒng)計，目前一輛高端汽車已經(jīng)搭載超過1億行代碼，遠超飛機、手機、互聯(lián)網(wǎng)軟件等，未來伴隨自動駕駛的滲透率及級別提升，汽車搭載的代碼行數(shù)將呈現(xiàn)指數(shù)級增長。

自動駕駛軟件計算量已經(jīng)達到10個TOPS（Tera Operations Per Second，萬億次操作每秒）量級。傳統(tǒng)汽車MCU的算力難以滿足自動駕駛汽車的計算要求，GPU、FPGA、ASIC等AI芯片進入汽車市場。

▲ 汽車已經(jīng)搭載超過1億行代碼

▲ 汽車搭載的代碼行數(shù)指數(shù)級增長

▲ 典型汽車MCU的算力

▲ 英偉達GPU SoC的算力

全球無人駕駛領導者包括谷歌、百度、特斯拉、奧迪等，從這些廠商的自動駕駛主控模塊的SoC芯片架構或可一窺汽車芯片發(fā)展方向。

谷歌 Waymo：采用英特爾CPU+Altera FPGA方案，英飛凌MCU作為通信接口。谷歌Waymo的計算平臺采用英特爾Xeon12核以上CPU，搭配Altera的Arria系列FPGA，并采用英飛凌的Aurix系列MCU作為CAN或FlexRay網(wǎng)絡的通信接口 。

▲ 谷歌Waymo的計算平臺架構

百度 Apollo：恩智浦/英飛凌/瑞薩MCU+賽靈思 FPGA/英偉達GPU。百度無人駕駛樣車采用 IPC（工控機）方案，但工控機的體積和功耗難以滿足量產化要求，因而百度也推出了適合于量產的域控制器嵌入式方案。將各個傳感器的原始數(shù)據(jù)接入到Sensor Box中，在Sensor Box中完成數(shù)據(jù)的融合，再將融合后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎闫脚_上進行自動駕駛算法處理。

百度自動駕駛專用計算平臺ACU（Apollo Computing Unit）定義了三個系列產品：MLOC（高精定位，MCU）、MLOP（高精定位+環(huán)境感知，MCU+FPGA）、MLOP2（高精定位+環(huán)境感知+決策規(guī)劃，MCU+GPU）。

▲ 百度Apollo的工控機計算平臺架構

▲ 百度Apollo的域控制器計算平臺架構

特斯拉：從Mobileye ASIC到英偉達GPU。2014 年特斯拉發(fā)布Autopilot 1.0，搭載1個前置攝像頭、1個后置倒車攝像頭（不參與輔助駕駛）、1個前置雷達、12個超聲波傳感器，視覺芯片采用MobileyeEyeQ3，主控芯片采用NVIDIA Tegra 3。

2016年底特斯拉發(fā)布Autopilot 2.0，搭載3個前置攝像頭（不同視角廣角、長焦、中等）、4個側邊攝像頭（左前、右前、左后、右后）、1個后置攝像頭、1個前置雷達（增強版）、12個超聲波傳感器（傳感距離增加一倍），主控芯片采用NVIDIADrive PX 2，處理速度為Autopilot 1.0的40倍。

▲ Mobileye EyeQ3芯片架構

▲ 英偉達Drive PX2芯片架構

奧迪：Mobileye ASIC英偉達GPU+Altera FPGA+英飛凌MCU的多芯片集成方案。全新奧迪A8(參數(shù)|圖片)公開了自己的zFAS控制器方案。zFAS共有四塊高性能的處理器：1)Mobileye的EyeQ3負責視覺信息處理，包括交通標志識別、行人識別、碰撞提醒、車道線檢測等；2)英偉達的Tegra K1 SoC負責360°環(huán)視影像；3)Altera的Cyclone5 FPGA負責傳感器融合、地圖融合、輔助泊車等；4)英飛凌的Aurix系列MCU用于交通擁堵控制、輔助駕駛等。

▲ 奧迪A8的計算平臺架構

在汽車主控芯片領域，GPU仍將保持通用汽車主控芯片的主流地位，F(xiàn)PGA作為有效補充，ASIC將成終極方向。

當前人工智能及智能駕駛算法尚未定型，GPU作為通用加速器，預計仍將在相當長一段時間內保持其汽車主控芯片的主流地位；FPGA作為硬件加速器，料將成為GPU的有效補充；將來如果全部或部分智能駕駛算法得以固化，ASIC將成為最優(yōu)性價比的終極選擇。

▲ 汽車主控芯片趨勢圖

1、英偉達：GPU壟斷優(yōu)勢，從智能座艙到自動駕駛

英偉達收入凈利潤快速增長，汽車為長期動力。英偉達是GPU領域龍頭，常年保持超70%市占率。英偉達2018財年（對應2017自然年）收入97.1億美元，同比+40.6%；凈利潤30.5億美元，同比+82.9%。

▲ 全球獨顯GPU市場份額(2009-2017)

▲ 英偉達營業(yè)收入（百萬美元）

▲ 英偉達凈利潤（百萬美元）

英偉達數(shù)字座艙計算機Drive CX：利用先進3D導航、高分辨率數(shù)字儀表組、自然語音處理及圖像處理實現(xiàn)駕駛輔助功能。Drive CX的內核是基于Maxwell架構的Tegra X1 SoC，此外還有選配置為Tegra K1 SoC。

DRIVE CX的主要功能包括：1)自然語言處理，通過語音識別完成地址查詢、呼叫聯(lián)系人等功能；2)3D導航和信息娛樂，為眾多應用程序提供高分辨率、高幀率的圖形顯示；3)全數(shù)字儀表組，通過儀表組或抬頭顯示HUD提供豐富的圖形顯示；4)環(huán)繞視覺，利用復雜的運動恢復結構技術和先進的拼接技術，改善魚眼鏡頭的圖像渲染、減少重影現(xiàn)象，并可在高精細模型中渲染出一輛虛擬汽車，實現(xiàn)逼真的環(huán)繞視覺效果；5)對接Android Auto，擁有Android智能手機或iPhone的駕駛員可以輕松訪問自己的移動設備，與地圖、搜索和音樂等應用進行互動。

英偉達自動駕駛汽車平臺Drive PX：將深度學習、傳感器融合和環(huán)繞視覺相結合，力求改變駕駛體驗。Drive PX的主要功能包括：1)傳感器融合，可以融合來自12個攝像頭、激光雷達、毫米波雷達和超聲波傳感器的數(shù)據(jù)；2)計算機視覺和深度神經(jīng)網(wǎng)絡，適用于運行DNN（Deep Neural Network，深度神經(jīng)網(wǎng)絡）模型，可實現(xiàn)智能檢測和跟蹤；3)端到端高清制圖，可快速創(chuàng)建并不斷更新高清地圖；4)軟件開發(fā)工具包DriveWorks，包含了可供參考的應用程序、工具和庫模塊。

2、英特爾：積極兼并收購，進軍自動駕駛專用芯片

英特爾傳統(tǒng)業(yè)務增長乏力，進軍汽車領域創(chuàng)造業(yè)績新增長點。英特爾曾經(jīng)是世界上最大的半導體芯片制造商。

據(jù)PassMark統(tǒng)計，2017Q1英特爾占據(jù)全球CPU行業(yè)的市場份額為80%。近年隨著智能手機的興起與個人電腦市場的景氣降低，芯片主業(yè)收入增速明顯下降，公司營業(yè)收入被三星電子超越。公司曾嘗試生產了手機處理器但最后表現(xiàn)失利，并不得不解散了負責該業(yè)務的部門。

近年來，英特爾通過大量收購積極布局無人駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、VR等新興領域，創(chuàng)造業(yè)績的新增長點，力圖實現(xiàn)從傳統(tǒng)芯片制造商向多元解決方案提供商轉型。

▲ 全球CPU市場份額（2004-2017）

▲ 英特爾營業(yè)收入（百萬美元）

▲ 英特爾凈利潤（百萬美元）

▲ 英特爾按業(yè)務類別拆分營業(yè)收入（百萬美元）

▲ 英特爾近三年收購動向

英特爾收購Mobileye：全球視覺ADAS領導者。Mobileye是全球視覺ADAS市場領導者之一，掌握ADAS市場80%份額，擁有豐富的視覺ADAS產品。Mobileye的專有軟件算法和EyeQ芯片能對視覺信息進行詳細分析并預測與其他車輛、行人、自行車或其他障礙物的可能碰撞，還能夠檢測道路標記、交通標志和交通信號燈。

截至2017年底，Mobileye的產品已經(jīng)被用于27個整車廠的313款車型，當年出貨量870萬顆。2017年3月英特爾以153億美元收購Mobileye，打造英特爾車隊。車隊將包括各種汽車品牌和車型，以展示其多功能性和適應性。L4級車輛將被部署在美國、以色列和歐洲進行測試。

▲ Mobileye EyeQ5將助力汽車實現(xiàn)L4-L5級無人駕駛

▲ 英特爾的“車到云”系統(tǒng)方案

英特爾收購Altera：自動駕駛FPGA芯片已經(jīng)量產。目前全球FPGA市場主要被Xilinx和Altera瓜分，合計占有近90%的市場份額，合計專利達到6000多項。

Altera的FPGA產品共有四大系列，分別是頂配的Stratix系列（近萬美元）、成本與性能平衡的Arria系列（2000~5000美元）、廉價的Cyclone系列（10~20美元）、以及MAX系列CPLD。英特爾2015年宣布完成對Altera的收購，幫助高速增長的數(shù)據(jù)中心與IoT業(yè)務。

▲ 2016年FPGA市場份額分布

3、高通：憑借通信優(yōu)勢，從信息娛樂到車聯(lián)網(wǎng)

高通傳統(tǒng)業(yè)務收入下滑，積極進行新興產業(yè)布局。高通為全球智能手機SoC龍頭。

在汽車領域，高通提供的解決方案包括：1)車載資訊系統(tǒng)，為汽車優(yōu)化制定的蜂窩網(wǎng)解決方案；2)駕駛數(shù)據(jù)平臺，智能收集和分析來自不同汽車傳感器的數(shù)據(jù)，使汽車實現(xiàn)精準定位，監(jiān)控和學習駕駛模式，感知周圍環(huán)境，已經(jīng)準確與外界共享此平臺的信息；3)資訊娛樂，提供3D導航、在線媒體播放和駐車輔助支持，以及語音、人臉和終端識別等功能；4)電動汽車無線充電，推出Qualcomm Halo WEVC無線充電解決方案。

▲ 全球智能手機SoC市場份額（2016-2017）

▲ 高通營業(yè)收入（百萬美元）

▲ 高通凈利潤（百萬美元）

高通推出車載信息娛樂系統(tǒng)解決方案。驍龍汽車平臺信息娛樂系統(tǒng)現(xiàn)分為極簡（Select）、高端（High）和頂級（Premium）方案。

極簡方案可以支持3個顯示屏，包括信息娛樂系統(tǒng)、儀表和抬頭顯示（HUD）；高端層級可以支持多達4個顯示屏，副駕駛或后座娛樂可以擁有單獨的屏幕，同時還支持頂級音頻、低時延無線傳輸高清視頻、環(huán)視處理，深度學習與計算機視覺處理可分辨附近的障礙物和行人；頂級方案可以支持多達6個顯示屏，包括儀表、信息娛樂系統(tǒng)、HUD、副駕駛、后座（兩個不同的屏幕）。

2017年CES展上，參展的瑪莎拉蒂硬件上搭載定制的驍龍汽車解決方案，包括驍龍汽車級處理器、Gobi3G/4G LTE無線調制解調器、Wi-Fi和藍牙模塊等。另一輛參展車克萊斯勒Portal(參數(shù)|圖片)，安裝了松下車載娛樂概念系統(tǒng)，此系統(tǒng)將以最新版本的安卓汽車以及高通公司驍龍芯片為工作基礎 。

高通推出車聯(lián)網(wǎng)芯片組，支持LTE及DSRC車聯(lián)網(wǎng)驍。驍龍X5 LTE支持LTE車聯(lián)網(wǎng)，速度可達4類，下行速率為150Mbps，上行速度為50Mbps。驍龍 X12 LTE支持速度高10類，支持下行速率高達60 MHz 3x CA（450Mbps）到網(wǎng)絡上行鏈路中的 40MHz 2x CA（100Mbps）。

驍龍X16 LTE調制解調器支持高達1Gbps的峰值下載速度，有助于滿足下一代智能網(wǎng)聯(lián)汽車的連接需求和使用案例，包括高清地圖更新、實時交通和路況信息的連接導航、軟件升級、Wi-Fi熱點和多媒體流。

此外，高通于2017年9月推出了基于第三代合作伙伴計劃（3GPP）版本14規(guī)范的全球首款蜂窩車到車（C-V2X）商用解決方案，高通9150 C-V2X 芯片組。該芯片組包括運行智能交通系統(tǒng)（ITS）V2X 堆棧的應用處理器以及硬件安全模塊（HSM），預計在2018年下半年上市，最早于 2019 年實現(xiàn)量產并向車廠供貨。C-V2X同時支持 DSRC和LTE通信，為車輛提供周圍環(huán)境信息、非視距（NLOS）場景下的信息。

審核編輯：劉清