新能源車載芯片簡介

新能源汽車市場正迸發(fā)出巨大的活力，傳統(tǒng)主機(jī)廠和新勢力都紛紛推出各種車型，打起了價格戰(zhàn)，各種新技術(shù)讓人眼花繚亂。當(dāng)前，戰(zhàn)場硝煙彌漫，新能源汽車公司猶如春秋時期的各諸侯國。車載芯片作為新能源汽車的關(guān)鍵組成部分，影響著整個汽車行業(yè)的格局。

01、電子電氣架構(gòu)

在汽車四化(電動化，網(wǎng)聯(lián)化，智能化，共享化)的快速推動下，汽車的電子電氣架構(gòu)逐漸從分布式向域控制、集中式方向發(fā)展。這一演進(jìn)促進(jìn)了整車軟硬件的集成和優(yōu)化，也為智能出行和新能源汽車的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。域控制器和集中控制器的功能集成度、算力需求、軟硬件復(fù)雜度以及通信需求將呈指數(shù)級增長，對車載計算芯片的算力提出更高要求。

1.1 分布式電子電氣架構(gòu)

分布式電子電氣架構(gòu)（Distributed Electrical/Electronic Architecture，DEEA）是汽車電子電氣架構(gòu)的早期形態(tài)。在此架構(gòu)下，汽車電子電氣系統(tǒng)由多個獨立的控制單元組成，每個控制單元控制著特定的汽車功能。例如，發(fā)動機(jī)電子控制單元（Elecmal Control Unit ，ECU）負(fù)責(zé)控制發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，制動控制單元負(fù)責(zé)控制制動系統(tǒng)的運作?？刂茊卧g通過控制總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這種架構(gòu)的優(yōu)點在于可靠性高、安全性好、系統(tǒng)設(shè)計簡單，但是隨著汽車電子化和智能化的進(jìn)一步發(fā)展，這種架構(gòu)已經(jīng)無法滿足汽車系統(tǒng)集成和控制的需求。

圖 1 分布式電子電氣架構(gòu)

1.2 域控制電子電氣架構(gòu)

域控制電子電氣架構(gòu)（Domain Control Electrical/Electronic Architecture，DCEA）是DEEA的升級版。在DCEA架構(gòu)下，汽車電子電氣系統(tǒng)被劃分為不同的域，每個域負(fù)責(zé)控制汽車特定的功能。例如，車身控制域負(fù)責(zé)控制汽車的車身功能，駕駛員信息域負(fù)責(zé)控制汽車的信息顯示系統(tǒng)。不同域之間通過域總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，各個域之間進(jìn)行協(xié)同控制，形成一個相對獨立的子系統(tǒng)。這種架構(gòu)可以提高汽車電子電氣系統(tǒng)的集成度和效率，減少控制單元的數(shù)量，簡化系統(tǒng)設(shè)計和維護(hù)，提高系統(tǒng)可靠性。

圖2 域控制電子電氣架構(gòu)

1.3 集中式電子電氣架構(gòu)

集中式電子電氣架構(gòu)（Centralized Electrical/Electronic Architecture，CEEA）是目前汽車電子電氣架構(gòu)的趨勢。在這種架構(gòu)下，汽車電子電氣系統(tǒng)被集中在一起，由中央控制器負(fù)責(zé)控制和管理。中央控制器可以同時控制多個汽車功能，形成一個高度集成的系統(tǒng)。例如，一款車載多個傳感器，中央控制器可以同時控制這些傳感器的數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)共享和處理。此外，集中式電子電氣架構(gòu)還可以通過模塊化設(shè)計，實現(xiàn)快速升級和維護(hù)，提高整車軟硬件的可擴(kuò)展性和可升級性。

圖3 集中式電子電氣架構(gòu)

02、車載芯片的分類

用在汽車上的芯片都可以稱為車載芯片。車載芯片一般包括計算控制類、功率類、傳感器類和存儲類芯片四大類，其中計算控制類芯片又包括MCU與SoC芯片。各類型芯片負(fù)責(zé)的功能、應(yīng)用場景和當(dāng)前的主要廠商如下表1所示。從廠商可以看出大多數(shù)芯片還是依賴于國外，國產(chǎn)比例很低。

車載計算控制芯片需要處理復(fù)雜的運算以及做出決策等，是智能汽車的核心大腦，廣泛覆蓋智能汽車的車身域、座艙域、底盤域、動力域以及智駕域五大經(jīng)典域。

座艙域：主要包括全液晶儀表盤、觸控/交互系統(tǒng)、車載信息娛樂系統(tǒng)以及座椅加熱/按摩等功能。通過以太網(wǎng)/MOST/CAN，實現(xiàn)抬頭顯示、儀表盤、導(dǎo)航等部件的融合，不僅具有傳統(tǒng)座艙電子部件，還進(jìn)一步整合智能駕駛 ADAS 系統(tǒng)和車聯(lián)網(wǎng) V2X 系統(tǒng)，從而進(jìn)一步優(yōu)化智能駕駛、車載互聯(lián)、信息娛樂等功能。

智駕域：主要包括車速控制、緊急制動、盲點監(jiān)測、環(huán)視系統(tǒng)以及雷達(dá)系統(tǒng)等。使車輛具備多傳感器融合、定位、路徑規(guī)劃、決策控制的能力，通常需要外接多個攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等設(shè)備，完成的功能包含圖像識別、數(shù)據(jù)處理等。需要匹配核心運算力強(qiáng)的芯片處理器，從而提供自動駕駛不同等級的計算能力的支持。

車身域：主要包括車身控制、前車燈/尾燈、雨刮洗滌、尾門鎖以及無線充電等。

動力域：主要包括引擎管理、傳動、主逆變器、微混系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)以及充電系統(tǒng)等。

底盤域：主要與汽車行駛相關(guān)，由傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)共同構(gòu)成。比如主動懸掛系統(tǒng)、防抱死系統(tǒng)、安全氣囊以及胎壓檢測系統(tǒng)等。

座艙域和智駕域的車載計算芯片需要計算大量的數(shù)據(jù)，因此必須具有很強(qiáng)的運算能力(算力)，而且它也需要高速通訊接口與外部實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。車身域計算芯片對算力要求相對較低，主要是需要有較多的通訊接口與外部數(shù)據(jù)交互。動力域和底盤域計算芯片關(guān)系到人的生命財產(chǎn)安全，需要更高的穩(wěn)定性和功能安全等級。

現(xiàn)在的汽車廠商主要在座艙域和智駕域上發(fā)力，這兩個域也是實現(xiàn)智駕的關(guān)鍵，因此是未來車載計算芯片競爭最為激烈的關(guān)鍵方向。未來隨著智能座艙與自動駕駛的進(jìn)一步發(fā)展，車載計算芯片將需要進(jìn)行更為復(fù)雜的計算和處理，如實時3D地圖構(gòu)建、復(fù)雜場景下的決策運算等，將對車載計算芯片的性能和可靠性提出更高要求。

03、國內(nèi)外主流車載芯片

3.1 智能座艙

智能座艙是汽車座艙內(nèi)飾與座艙電子領(lǐng)域的聯(lián)動，需要處理的數(shù)據(jù)復(fù)雜度呈指數(shù)級上升，需要選擇高度集成CPU、GPU、NPU等多個處理單元的系統(tǒng)級SoC芯片，來驅(qū)動多個系統(tǒng)和多塊屏幕。

目前高通是全球智能座艙的領(lǐng)頭羊，其余份額占比比較大的還有英特爾、瑞薩、三星和NXP等。除了英特爾，這些智能座艙芯片基本清一色采用Arm IP。如表2為國內(nèi)外主流智能座艙芯片對比。

表2 國內(nèi)外主流智能座艙芯片

MIPS是Million Instructions Per Second的縮寫，字面理解為百萬條指令/秒，即每秒執(zhí)行百萬級指令數(shù)。這是衡量CPU速度的一個指標(biāo)。一個Intel 80386 電腦可以每秒處理3百萬到5百萬機(jī)器語言指令，我們可以說80386是3到5MIPS的CPU。MIPS是衡量CPU性能的指標(biāo)。DMIPS(Dhrystone Million Instructions executed Per Second)：Dhrystone是測量處理器運算能力的最常見基準(zhǔn)程序之一，常用于處理器的整型運算性能的測量。Dhrystone是一種整數(shù)運算測試程序。

TOPS是Tera Operations Per Second的縮寫，1TOPS代表處理器每秒鐘可進(jìn)行一萬億次（10^12）操作。這個術(shù)語更常用于衡量AI和機(jī)器學(xué)習(xí)硬件的性能，因為這些任務(wù)通常包括大量的整數(shù)和固定點運算，而不是傳統(tǒng)的浮點運算。TOPS特別適用于評估深度學(xué)習(xí)推理任務(wù)的性能。

FLOPS是Floating-point Operations Per Second的縮寫，每秒所執(zhí)行的浮點運算次數(shù)。1TFLOPS（Tera FLOPS）等于每秒一萬億（=10^12）次的浮點運算。這是衡量計算性能的傳統(tǒng)方式，尤其用于需要大量浮點計算的任務(wù)，如圖形處理和科學(xué)計算。

3.2 自動駕駛

自動駕駛芯片作為自動駕駛演進(jìn)過程中最核心的領(lǐng)域，是成為整個自動駕駛行業(yè)發(fā)展的重中之重，市場對自動駕駛芯片的需求日益增加。主要芯片玩家有Mobileye、英偉達(dá)、特斯拉、地平線等?，F(xiàn)在的L2+智能輔助駕駛逐步成為汽車標(biāo)配，從泊車、座艙域控到更高集成度的行泊一體，自動駕駛芯片市場迎來爆發(fā)式的增長。大算力的AI芯片將成為自動駕駛芯片的主流發(fā)展方向。主流大算力自動駕駛芯片產(chǎn)品如下表3所示。終端側(cè)AI將AI的處理和數(shù)據(jù)存儲、計算等任務(wù)放在終端設(shè)備(如手機(jī)、電腦、汽車等)上執(zhí)行。較生成式AI可以節(jié)約服務(wù)器成本、保護(hù)用戶信息安全、提升實時性和實現(xiàn)個性化用戶體驗。

表3 國內(nèi)外主流自動駕駛芯片

車載計算芯片如此重要，國內(nèi)主機(jī)廠也逐漸入局造芯，其中有的是組建團(tuán)隊完全自行研發(fā)，有的是與芯片公司聯(lián)合或投資芯片公司。自研芯片能夠最大化發(fā)揮自家軟件和算法的優(yōu)勢，提高軟硬件協(xié)同效率，在成本上也可以降低車輛制造所需的芯片成本，在安全性上可以把芯片控制權(quán)放在自己手上，避免遭受缺芯斷供等風(fēng)險。目前蔚來、理想、小鵬和零跑等造車新勢力都有組件自己芯片團(tuán)隊。上汽、北汽、廣汽和吉利等傳統(tǒng)主機(jī)廠主要是與其它芯片公司聯(lián)合研發(fā)。目前國內(nèi)的新能源汽車品牌有：上汽的榮威和飛凡、東風(fēng)的嵐圖、北汽的極狐、廣汽的埃安、吉利的幾何和極氪、長城的歐拉、比亞迪、蔚來、小鵬、理想、哪吒、AITO、零跑以及小米汽車。當(dāng)然還有很多其它新能源品牌，這里就不詳細(xì)列舉了。

04、結(jié)語

在智能機(jī)時代，高通芯片占據(jù)了全球大量的手機(jī)處理器份額。蘋果和華為手機(jī)芯片主要是用于自身使用，國內(nèi)其它手機(jī)廠商主要還是依賴國外處理器芯片，無法完全保障供應(yīng)鏈安全。而在智能車時代，高通芯片仍然是智能車芯片的領(lǐng)頭羊。特斯拉則有點像手機(jī)界的蘋果。在汽車廠商中，有能力自建芯片團(tuán)隊的廠商不多，畢竟芯片研發(fā)是一項前期投入大，研發(fā)周期長的工程。而一輛智能車動不動就需要幾千塊芯片，對于那些暫時無法投入大量資金自研芯片的汽車廠商來說，購買其它芯片公司設(shè)計的芯片仍是最佳選擇。就比如高通不制造手機(jī)和汽車，但它的芯片廣泛用于手機(jī)和汽車中。作為全球智能車增長最迅速、新能源汽車廠商最多的國家，在芯片供應(yīng)上仍有巨大的商機(jī)。期待我國能早點崛起幾家強(qiáng)大的車載芯片公司，在智能座艙、自動駕駛等領(lǐng)域確保芯片供應(yīng)的安全，這樣汽車廠商們在談判桌上的籌碼也就更多些。

今天講到這里，歡迎對市面上不同品牌不同型號的汽車芯片有研究或感興趣的同仁評論區(qū)或微信交流~

最后預(yù)祝大家五一節(jié)快樂！