新能源車(chē)載芯片簡(jiǎn)介

新能源汽車(chē)市場(chǎng)正迸發(fā)出巨大的活力，傳統(tǒng)主機(jī)廠和新勢(shì)力都紛紛推出各種車(chē)型，打起了價(jià)格戰(zhàn)，各種新技術(shù)讓人眼花繚亂。當(dāng)前，戰(zhàn)場(chǎng)硝煙彌漫，新能源汽車(chē)公司猶如春秋時(shí)期的各諸侯國(guó)。車(chē)載芯片作為新能源汽車(chē)的關(guān)鍵組成部分，影響著整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的格局。

01、電子電氣架構(gòu)

在汽車(chē)四化(電動(dòng)化，網(wǎng)聯(lián)化，智能化，共享化)的快速推動(dòng)下，汽車(chē)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(chē)軟硬件的集成和優(yōu)化，也為智能出行和新能源汽車(chē)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(jí)增長(zhǎng)，對(duì)車(chē)載計(jì)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(chē)電子電氣架構(gòu)的早期形態(tài)。在此架構(gòu)下，汽車(chē)電子電氣系統(tǒng)由多個(gè)獨(dú)立的控制單元組成，每個(gè)控制單元控制著特定的汽車(chē)功能。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元（Elecmal Control Unit ，ECU）負(fù)責(zé)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，制動(dòng)控制單元負(fù)責(zé)控制制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)作?？刂茊卧g通過(guò)控制總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于可靠性高、安全性好、系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是隨著汽車(chē)電子化和智能化的進(jìn)一步發(fā)展，這種架構(gòu)已經(jīng)無(wú)法滿足汽車(chē)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(jí)版。在DCEA架構(gòu)下，汽車(chē)電子電氣系統(tǒng)被劃分為不同的域，每個(gè)域負(fù)責(zé)控制汽車(chē)特定的功能。例如，車(chē)身控制域負(fù)責(zé)控制汽車(chē)的車(chē)身功能，駕駛員信息域負(fù)責(zé)控制汽車(chē)的信息顯示系統(tǒng)。不同域之間通過(guò)域總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，各個(gè)域之間進(jìn)行協(xié)同控制，形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)。這種架構(gòu)可以提高汽車(chē)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(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(chē)電子電氣架構(gòu)的趨勢(shì)。在這種架構(gòu)下，汽車(chē)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(shí)控制多個(gè)汽車(chē)功能，形成一個(gè)高度集成的系統(tǒng)。例如，一款車(chē)載多個(gè)傳感器，中央控制器可以同時(shí)控制這些傳感器的數(shù)據(jù)采集和處理，實(shí)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(guò)模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快速升級(jí)和維護(hù)，提高整車(chē)軟硬件的可擴(kuò)展性和可升級(jí)性。

圖3 集中式電子電氣架構(gòu)

02、車(chē)載芯片的分類(lèi)

用在汽車(chē)上的芯片都可以稱(chēng)為車(chē)載芯片。車(chē)載芯片一般包括計(jì)算控制類(lèi)、功率類(lèi)、傳感器類(lèi)和存儲(chǔ)類(lèi)芯片四大類(lèi)，其中計(jì)算控制類(lèi)芯片又包括MCU與SoC芯片。各類(lèi)型芯片負(fù)責(zé)的功能、應(yīng)用場(chǎng)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(lài)于國(guó)外，國(guó)產(chǎn)比例很低。

車(chē)載計(jì)算控制芯片需要處理復(fù)雜的運(yùn)算以及做出決策等，是智能汽車(chē)的核心大腦，廣泛覆蓋智能汽車(chē)的車(chē)身域、座艙域、底盤(pán)域、動(dòng)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(pán)、觸控/交互系統(tǒng)、車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)以及座椅加熱/按摩等功能。通過(guò)以太網(wǎng)/MOST/CAN，實(shí)現(xiàn)抬頭顯示、儀表盤(pán)、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(chē)聯(lián)網(wǎng) V2X 系統(tǒng)，從而進(jìn)一步優(yōu)化智能駕駛、車(chē)載互聯(lián)、信息娛樂(lè)等功能。

智駕域：主要包括車(chē)速控制、緊急制動(dòng)、盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、環(huán)視系統(tǒng)以及雷達(dá)系統(tǒng)等。使車(chē)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(gè)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(shí)別、數(shù)據(jù)處理等。需要匹配核心運(yùn)算力強(qiáng)的芯片處理器，從而提供自動(dòng)駕駛不同等級(jí)的計(jì)算能力的支持。

車(chē)身域：主要包括車(chē)身控制、前車(chē)燈/尾燈、雨刮洗滌、尾門(mén)鎖以及無(wú)線充電等。

動(dòng)力域：主要包括引擎管理、傳動(dòng)、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(pán)域：主要與汽車(chē)行駛相關(guān)，由傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)共同構(gòu)成。比如主動(dòng)懸掛系統(tǒng)、防抱死系統(tǒng)、安全氣囊以及胎壓檢測(cè)系統(tǒng)等。

座艙域和智駕域的車(chē)載計(jì)算芯片需要計(jì)算大量的數(shù)據(jù)，因此必須具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力(算力)，而且它也需要高速通訊接口與外部實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。車(chē)身域計(jì)算芯片對(duì)算力要求相對(duì)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(dòng)力域和底盤(pán)域計(jì)算芯片關(guān)系到人的生命財(cái)產(chǎn)安全，需要更高的穩(wěn)定性和功能安全等級(jí)。

現(xiàn)在的汽車(chē)廠商主要在座艙域和智駕域上發(fā)力，這兩個(gè)域也是實(shí)現(xiàn)智駕的關(guān)鍵，因此是未來(lái)車(chē)載計(jì)算芯片競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的關(guān)鍵方向。未來(lái)隨著智能座艙與自動(dòng)駕駛的進(jìn)一步發(fā)展，車(chē)載計(jì)算芯片將需要進(jìn)行更為復(fù)雜的計(jì)算和處理，如實(shí)時(shí)3D地圖構(gòu)建、復(fù)雜場(chǎng)景下的決策運(yùn)算等，將對(duì)車(chē)載計(jì)算芯片的性能和可靠性提出更高要求。

03、國(guó)內(nèi)外主流車(chē)載芯片

3.1 智能座艙

智能座艙是汽車(chē)座艙內(nèi)飾與座艙電子領(lǐng)域的聯(lián)動(dòng)，需要處理的數(shù)據(jù)復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)上升，需要選擇高度集成CPU、GPU、NPU等多個(gè)處理單元的系統(tǒng)級(jí)SoC芯片，來(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)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(guó)內(nèi)外主流智能座艙芯片對(duì)比。

表2 國(guó)內(nèi)外主流智能座艙芯片

MIPS是Million Instructions Per Second的縮寫(xiě)，字面理解為百萬(wàn)條指令/秒，即每秒執(zhí)行百萬(wàn)級(jí)指令數(shù)。這是衡量CPU速度的一個(gè)指標(biāo)。一個(gè)Intel 80386 電腦可以每秒處理3百萬(wàn)到5百萬(wàn)機(jī)器語(yǔ)言指令，我們可以說(shuō)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(cè)量處理器運(yùn)算能力的最常見(jiàn)基準(zhǔn)程序之一，常用于處理器的整型運(yùn)算性能的測(cè)量。Dhrystone是一種整數(shù)運(yùn)算測(cè)試程序。

TOPS是Tera Operations Per Second的縮寫(xiě)，1TOPS代表處理器每秒鐘可進(jìn)行一萬(wàn)億次（10^12）操作。這個(gè)術(shù)語(yǔ)更常用于衡量AI和機(jī)器學(xué)習(xí)硬件的性能，因?yàn)檫@些任務(wù)通常包括大量的整數(shù)和固定點(diǎn)運(yùn)算，而不是傳統(tǒng)的浮點(diǎn)運(yùn)算。TOPS特別適用于評(píng)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(xiě)，每秒所執(zhí)行的浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)。1TFLOPS（Tera FLOPS）等于每秒一萬(wàn)億（=10^12）次的浮點(diǎn)運(yùn)算。這是衡量計(jì)算性能的傳統(tǒng)方式，尤其用于需要大量浮點(diǎn)計(jì)算的任務(wù)，如圖形處理和科學(xué)計(jì)算。

3.2 自動(dòng)駕駛

自動(dòng)駕駛芯片作為自動(dòng)駕駛演進(jìn)過(guò)程中最核心的領(lǐng)域，是成為整個(gè)自動(dòng)駕駛行業(yè)發(fā)展的重中之重，市場(chǎng)對(duì)自動(dòng)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。現(xiàn)在的L2+智能輔助駕駛逐步成為汽車(chē)標(biāo)配，從泊車(chē)、座艙域控到更高集成度的行泊一體，自動(dòng)駕駛芯片市場(chǎng)迎來(lái)爆發(fā)式的增長(zhǎng)。大算力的AI芯片將成為自動(dòng)駕駛芯片的主流發(fā)展方向。主流大算力自動(dòng)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(chǔ)、計(jì)算等任務(wù)放在終端設(shè)備(如手機(jī)、電腦、汽車(chē)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(shí)時(shí)性和實(shí)現(xiàn)個(gè)性化用戶體驗(yàn)。

表3 國(guó)內(nèi)外主流自動(dòng)駕駛芯片

車(chē)載計(jì)算芯片如此重要，國(guó)內(nèi)主機(jī)廠也逐漸入局造芯，其中有的是組建團(tuán)隊(duì)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(shì)，提高軟硬件協(xié)同效率，在成本上也可以降低車(chē)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(xiǎn)。目前蔚來(lái)、理想、小鵬和零跑等造車(chē)新勢(shì)力都有組件自己芯片團(tuán)隊(duì)。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(guó)內(nèi)的新能源汽車(chē)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(zhǎng)城的歐拉、比亞迪、蔚來(lái)、小鵬、理想、哪吒、AITO、零跑以及小米汽車(chē)。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(yǔ)

在智能機(jī)時(shí)代，高通芯片占據(jù)了全球大量的手機(jī)處理器份額。蘋(píng)果和華為手機(jī)芯片主要是用于自身使用，國(guó)內(nèi)其它手機(jī)廠商主要還是依賴(lài)國(guó)外處理器芯片，無(wú)法完全保障供應(yīng)鏈安全。而在智能車(chē)時(shí)代，高通芯片仍然是智能車(chē)芯片的領(lǐng)頭羊。特斯拉則有點(diǎn)像手機(jī)界的蘋(píng)果。在汽車(chē)廠商中，有能力自建芯片團(tuán)隊(duì)的廠商不多，畢竟芯片研發(fā)是一項(xiàng)前期投入大，研發(fā)周期長(zhǎng)的工程。而一輛智能車(chē)動(dòng)不動(dòng)就需要幾千塊芯片，對(duì)于那些暫時(shí)無(wú)法投入大量資金自研芯片的汽車(chē)廠商來(lái)說(shuō)，購(gòu)買(mǎi)其它芯片公司設(shè)計(jì)的芯片仍是最佳選擇。就比如高通不制造手機(jī)和汽車(chē)，但它的芯片廣泛用于手機(jī)和汽車(chē)中。作為全球智能車(chē)增長(zhǎng)最迅速、新能源汽車(chē)廠商最多的國(guó)家，在芯片供應(yīng)上仍有巨大的商機(jī)。期待我國(guó)能早點(diǎn)崛起幾家強(qiáng)大的車(chē)載芯片公司，在智能座艙、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域確保芯片供應(yīng)的安全，這樣汽車(chē)廠商們?cè)谡勁凶郎系幕I碼也就更多些。

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

最后預(yù)祝大家五一節(jié)快樂(lè)！