域控制器主流芯片的升級(jí)之“道”：異構(gòu)多核、高集成、低功耗

受益于智能汽車(chē)的發(fā)展以及汽車(chē)電子電氣架構(gòu)由分布走向集中的趨勢(shì)，域控制器市場(chǎng)正快速增長(zhǎng)。據(jù)蓋世汽車(chē)研究院預(yù)測(cè)，2025年，自動(dòng)駕駛域控制器出貨量將超過(guò)400萬(wàn)臺(tái)套，智能座艙域控制器出貨量將超過(guò)500萬(wàn)臺(tái)套，復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)在50%以上。

作為未來(lái)智能汽車(chē)的“大腦”，域控制器功能由主控芯片、系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、中間件）和應(yīng)用算法協(xié)同實(shí)現(xiàn)。從目前車(chē)企的做法來(lái)看，以主控芯片為代表的高性能硬件會(huì)率先上車(chē)，而操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件等則會(huì)隨著算法模型不斷迭代持續(xù)更新，逐步釋放預(yù)埋硬件的利用率，從而實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車(chē)。

舉例來(lái)說(shuō)，小鵬汽車(chē)現(xiàn)有自動(dòng)駕駛能力處于L2+級(jí)別，但其已在P7車(chē)型中預(yù)埋Xavier芯片、14個(gè)攝像頭等的方式，為后續(xù)L3級(jí)的自動(dòng)駕駛留下了升級(jí)空間。極氪也透露，基于SEA浩瀚智能進(jìn)化體驗(yàn)架構(gòu)打造的極氪001，全系預(yù)埋智能硬件、先進(jìn)芯片解決方案，后續(xù)將通過(guò)OTA釋放更多的安全和便利功能，具備全生命周期的再進(jìn)化能力。

由此我們不難看到，主控芯片之于域控制器的關(guān)鍵作用。也正因如此，域控制器主控芯片領(lǐng)域已成為熱門(mén)賽道，眾多廠商紛紛布局。

域控制器芯片層出不窮

目前，域控制器主控芯片領(lǐng)域已經(jīng)聚集有大量的玩家，尤其是自動(dòng)駕駛域控制器領(lǐng)域，其中動(dòng)作較多的有英偉達(dá)、高通、恩智浦、Mobileye、TI等海外廠商，以及華為、地平線、黑芝麻、芯擎科技等國(guó)內(nèi)廠商。

海外廠商中，英偉達(dá)的布局較早，其中在2019年，英偉達(dá)發(fā)布了智能駕駛SoC Orin，以及基于Orin的計(jì)算平臺(tái)Drive AGX Orin。而后在經(jīng)歷兩年的演變和打磨之后，該公司推出了OrinX SoC。據(jù)悉，英偉達(dá)Orin X芯片采用全新NVIDIA GPU及12核ARM CPU，7nm工藝制成，單片運(yùn)算能力高達(dá)每秒254 TOPS，基于多個(gè)Orin或者 OrinX的組合，對(duì)應(yīng)的智能駕駛域控制器算力可達(dá)1000 TOPS 以上。近兩年已有多家車(chē)企宣布基于Orin開(kāi)發(fā)新一代車(chē)型，例如理想汽車(chē)的X01、蔚來(lái)汽車(chē)的ET7、智己汽車(chē)的L7等。

恩智浦在域控制器芯片領(lǐng)域也較早積累了實(shí)力。早在2017年，就有消息稱，TOP15車(chē)企中一半以上已經(jīng)在即將推出的車(chē)型中采用了恩智浦S32平臺(tái)（可以完全擴(kuò)展的汽車(chē)計(jì)算架構(gòu)）。2020年，恩智浦推出了S32G域控制器芯片，作為S32系列中的最新產(chǎn)品，S32G將傳統(tǒng)MCU與具備ASIL D功能安全的高性能MPU集成在一顆芯片上，同時(shí)集成了網(wǎng)絡(luò)通信加速器，較之前單一功能芯片，性能得到顯著提升。按照恩智浦的說(shuō)法，S32G處理器能夠讓OEM向域控制器架構(gòu)演進(jìn)，取代傳統(tǒng)分布式架構(gòu)。正因如此，東軟睿馳、鎂佳科技等諸多廠商均選擇基于S32G芯片打造域控制器，目前這些產(chǎn)品正加速量產(chǎn)落地，S32G應(yīng)用近兩年將大面積鋪開(kāi)。

TI則推出了TDA4系列芯片。據(jù)悉，TDA4芯片支持深度學(xué)習(xí)和實(shí)時(shí)圖像處理，5-20W的功耗和性能效率便可以執(zhí)行高性能ADAS操作，無(wú)需主動(dòng)冷卻，帶有通用軟件平臺(tái)的有針對(duì)性的集成SoC能夠降低系統(tǒng)復(fù)雜性和開(kāi)發(fā)成本，單芯片支持接入4-6個(gè)三百萬(wàn)像素?cái)z像頭，提升車(chē)輛感知和環(huán)視處理能力。目前，TI的TDA4系列芯片已被許多汽車(chē)廠商和供應(yīng)商選用，其中包括東軟睿馳、優(yōu)控智行等。

國(guó)內(nèi)廠商中，華為進(jìn)行了相關(guān)布局。針對(duì)自動(dòng)駕駛對(duì)計(jì)算平臺(tái)的需求，華為推出MDC智能駕駛計(jì)算平臺(tái)，平臺(tái)包括MDC210、MDC300、MDC610和MDC810，算力范圍從48TOPS到400+TOPS，可以實(shí)現(xiàn)L2-L5的全場(chǎng)景覆蓋。據(jù)了解，MDC平臺(tái)集成了華為自研的Host CPU 芯片、AI 芯片、ISP 芯片與SSD 控制芯片，其中昇騰310 芯片是MDC的核心，主要用于AI 計(jì)算。昇騰310 是一顆N-SOC 芯片，采用自研達(dá)芬奇架構(gòu)，以及12nm 工藝，算力功耗16TOPS/8W。公開(kāi)信息顯示，哪吒汽車(chē)首款B級(jí)數(shù)字電動(dòng)轎跑哪吒S，搭載華為MDC計(jì)算平臺(tái)，該車(chē)型預(yù)計(jì)于明年第三季度正式量產(chǎn)。

地平線于今年發(fā)布了面向L3級(jí)以上自動(dòng)駕駛的征程5芯片。據(jù)了解，征程5是繼征程2和征程3人工智能芯片量產(chǎn)之后，地平線發(fā)布的第三代車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品，該芯片采用16nm工藝，單顆芯片最高算力可達(dá)128TOPS，且功耗只有30W，延遲僅有60ms，可支持16路攝像頭視頻輸入，能夠支持自動(dòng)駕駛所需要的多傳感器融合、預(yù)測(cè)和規(guī)劃控制等需求。目前已知將搭載征程5芯片的車(chē)型有全新哈弗H9、榮威新款RX5以及一汽紅旗、理想汽車(chē)的多款車(chē)型。

升級(jí)有“道”：異構(gòu)多核、高集成、低功耗

盡管以上只是部分案例，但從中已不難看出，域控制器主流芯片正循著一定方向升級(jí)進(jìn)階。

首先十分明顯的是，域控制器主控芯片正邁向異構(gòu)多核SoC，國(guó)內(nèi)外芯片廠商爭(zhēng)相推出運(yùn)算能力更強(qiáng)大的SoC芯片，算力已由幾十TOPS上升至上百TOPS，甚至是上千TOPS。

西部證券雒雅梅在相關(guān)報(bào)告中表示，ECU時(shí)代核心是MCU芯片，進(jìn)入域控制器時(shí)代，汽車(chē)智能化程度大幅增加，運(yùn)算處理復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)增加，如L4級(jí)以上自動(dòng)駕駛所需算力或?qū)⒊^(guò)700TOPS，且整車(chē)廠在智能化功能開(kāi)發(fā)過(guò)程中，往往先預(yù)埋高性能硬件，通過(guò)算法軟件實(shí)現(xiàn)功能更新，需要域控制器主控芯片有更強(qiáng)的內(nèi)核、更強(qiáng)大的計(jì)算能力。

她指出，不同于以CPU為主的MCU芯片，SoC芯片集成了CPU、AI 芯片（GPU/FPGA/ASIC）、深度學(xué)習(xí)加速單元（NPU）等多個(gè)模塊，SoC芯片算力主要來(lái)自于AI芯片。其中以圖像運(yùn)算為主的GPU相比CPU擁有明顯更多的計(jì)算單元，幫助SoC芯片獲得比MCU明顯更強(qiáng)的算力優(yōu)勢(shì)，因此域控制器采用SoC芯片成為主流趨勢(shì)。

當(dāng)然值得注意的是，域控制器芯片設(shè)計(jì)并不單單關(guān)注算力。

比如，東軟睿馳汽車(chē)技術(shù)（上海）有限公司總經(jīng)理曹斌在相關(guān)主題演講中指出，能夠把所有傳感器集中在一起，不斷地在這些傳感器算法基礎(chǔ)之上去迭代和創(chuàng)新，并優(yōu)化和進(jìn)化的域控制器，為汽車(chē)行業(yè)所需，這樣的域控制器需要比較完整的異構(gòu)芯片的底層架構(gòu)，還要能夠支持AI加速和GPU的支持，只有這樣的算力和分布式計(jì)算資源整合在一起，并且不斷地被上層軟件抽象跟底層芯片實(shí)現(xiàn)有機(jī)解耦，集中化的可以迭代發(fā)展的域控制器才能夠成為可能。

曹斌表示，TI推出的TDA4芯片以及恩智浦推出的S32G芯片都符合這樣的需求。以恩智浦S32G為例，它是一款通用域控的芯片，它沒(méi)有太強(qiáng)的算力，但是它讓車(chē)輛的控制能夠更像計(jì)算機(jī)，它有通用的計(jì)算能力，有實(shí)時(shí)的部分，也有非實(shí)時(shí)的部分，有MCU，也有CPU或者SoC，它可以支持DDR的內(nèi)存，支持高速存儲(chǔ)，還有非常好的網(wǎng)絡(luò)支持，這些因素使得S32G具備較強(qiáng)的通用性，為相關(guān)企業(yè)帶來(lái)便利，“它可以把實(shí)時(shí)部分和控制部分延伸到下層，相關(guān)企業(yè)可以在里面做軟件封裝，或是搭建清晰穩(wěn)定的架構(gòu)，即便在對(duì)硬件不太了解的情況下，也可以對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行迭代?！?/p>

此外，我們亦可以看到，在制造工藝方面，域控制器主控芯片邁向更先進(jìn)制程工藝，且仍在向前演進(jìn)，芯片制程已經(jīng)由28nm邁向16nm、12nm，甚至是7nm。不僅如此，據(jù)蓋世汽車(chē)了解，部分廠商已經(jīng)在進(jìn)軍5nm制程。今年1月，高通就透露，其驍龍Ride SoC將以5nm制程打造，成為業(yè)內(nèi)首款5nm制程自動(dòng)駕駛芯片。

而值得注意的是，在制程工藝這一演進(jìn)過(guò)程背后，其實(shí)是域控制器對(duì)芯片集成度提升、功耗降低、成本優(yōu)化以及響應(yīng)速度提升等方面的更高要求。

16nm與7nm制程工藝對(duì)比；圖片來(lái)源：芯擎科技

以7nm制程為例，芯擎科技產(chǎn)品規(guī)劃部總經(jīng)理蔣漢平曾在相關(guān)演講中指出，該工藝下芯片集成度更高，由于單位面積的晶圓上可以放置更多的邏輯門(mén)，同時(shí)封裝面積變小，節(jié)約了晶圓成本和封裝成本，進(jìn)一步節(jié)約了成品芯片在單板上所占的面積，使得相同大小的電子產(chǎn)品功能更多，速度更快；芯片耗電量更低，同樣大小的邏輯電路做出來(lái)，用更先進(jìn)的工藝會(huì)導(dǎo)致耗電量更低；響應(yīng)速度更快，單管開(kāi)斷速度更快，同樣的邏輯電路能夠跑到的主頻更高，主頻高，性能會(huì)大幅提升。

據(jù)他透露，相較16nm節(jié)點(diǎn)工藝，7nm可以提供3.3倍的門(mén)電路密度，在同等功耗上提供35-40%的速度提升或者可以降低65%的功耗，成本的優(yōu)勢(shì)隨著生產(chǎn)能力與良率的提升正在快速呈現(xiàn)。

域控制器落地進(jìn)程加速

正如前文所說(shuō)，域控制器主控芯片正朝向異構(gòu)多核、高集成、低功耗等更高性能的方向邁進(jìn)，這將很大程度推動(dòng)域控制器產(chǎn)品的升級(jí)，加速域控制器落地進(jìn)程。

舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)與恩智浦、TI、地平線等芯片廠商的合作，東軟睿馳在域控制器等相關(guān)領(lǐng)域不斷取得進(jìn)展。在此前產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，東軟睿馳于今年8月同時(shí)發(fā)布了兩款標(biāo)準(zhǔn)化域控制器產(chǎn)品：面向自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的行泊一體域控制器以及面向整車(chē)的通用域控制器。據(jù)蓋世汽車(chē)了解，這兩款域控制器分別采用了恩智浦S32G和TI TDA4芯片。

從產(chǎn)品表現(xiàn)來(lái)看，東軟睿馳自動(dòng)駕駛行泊一體域控制器通過(guò)泊車(chē)與行車(chē)功能的集成以及傳感器的共用，可實(shí)現(xiàn)L2+的增強(qiáng)感知能力，提高安全性和用戶體驗(yàn)?；赟OA的軟件架構(gòu)，通過(guò)預(yù)置的基礎(chǔ)軟件和自動(dòng)駕駛專用中間件，支持OTA升級(jí)，并面向開(kāi)發(fā)者提供配套豐富的“開(kāi)發(fā)者友好型”工具，相比傳統(tǒng)1V1R+APA的技術(shù)方案成本節(jié)省20%~30%。

東軟睿馳自動(dòng)駕駛行泊一體域控制器所支持的自動(dòng)駕駛功能；圖片來(lái)源：東軟睿馳

東軟睿馳通用域控制器則可實(shí)現(xiàn)跨域融合，實(shí)現(xiàn)車(chē)身，動(dòng)力，底盤(pán)系統(tǒng)等控制域的整合，支持網(wǎng)關(guān)功能和車(chē)載通訊加密要求，統(tǒng)一OTA升級(jí)。具備豐富的對(duì)外接口、功能全面，幫助車(chē)企實(shí)現(xiàn)集中式架構(gòu)?；诿嫦騍OA的架構(gòu)，大大增強(qiáng)了平臺(tái)的可拓展性，可移植性，幫助車(chē)企減少開(kāi)發(fā)投入。同時(shí)預(yù)置基礎(chǔ)軟件，和標(biāo)準(zhǔn)中間件，提供豐富的開(kāi)發(fā)工具，支持開(kāi)發(fā)者個(gè)性化開(kāi)發(fā)，提供多樣化的開(kāi)發(fā)服務(wù)支持。

東軟睿馳通用域控制器特性；圖片來(lái)源：東軟睿馳

其它廠商也在快速布局，例如德賽西威。該公司綁定英偉達(dá)，推出自動(dòng)駕駛域控制器IPU03。據(jù)悉，IPU03于2020年在小鵬P7上正式批量供貨，并將配套其他車(chē)型。IPU04則是德賽西威最新一代大算力域控制器，采用單芯片Orin系列打造。據(jù)悉，小鵬汽車(chē)、理想汽車(chē)等多家車(chē)企IPU04相關(guān)項(xiàng)目將于明年量產(chǎn)。

均勝電子則于今年8月宣布，公司旗下均聯(lián)智行將與黑芝麻智能攜手布局自動(dòng)駕駛域控智能方案，計(jì)劃2023年量產(chǎn)自動(dòng)駕駛域控制器。另根據(jù)其2021年三季度財(cái)報(bào)，在智能座艙領(lǐng)域，均勝電子已完成與多家座艙芯片的對(duì)接，座艙域控制器、V2X技術(shù)和人機(jī)交互，以及位置引擎、AR引擎等產(chǎn)品已于主流車(chē)企量產(chǎn)車(chē)型投產(chǎn)。

總而言之，近兩年，隨著域控制器主流芯片的“進(jìn)化”，相關(guān)供應(yīng)商或升級(jí)域控制器產(chǎn)品，或公布新的項(xiàng)目定點(diǎn)或量產(chǎn)規(guī)劃，域控制器的應(yīng)用儼然已邁入新階段。      

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