汽車(chē)芯片應(yīng)用將迎來(lái)爆點(diǎn)，6類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)始沖刺

當(dāng)今的汽車(chē)，與20年前相比，已經(jīng)出現(xiàn)了很多變化，特別是隨著電動(dòng)化和智能化的發(fā)展和普及，傳統(tǒng)汽車(chē)的兩大件（發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱）越來(lái)越多地被新兩大件（電機(jī)和電控系統(tǒng)）所取代。而且，智能化的提升，使傳統(tǒng)汽車(chē)內(nèi)沒(méi)有的自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）越來(lái)越重要，在此基礎(chǔ)上，安全保障系統(tǒng)功能在新型汽車(chē)中不斷增加、升級(jí)。再有，傳統(tǒng)汽車(chē)的信息娛樂(lè)系統(tǒng)功能較為單一和分散，而新型汽車(chē)中的智能座艙系統(tǒng)將車(chē)內(nèi)的聲、光、影音、觸控操作等功能逐漸集成在一起，實(shí)現(xiàn)了更加智能化的管理和操作。

雖然變化很多，但傳統(tǒng)汽車(chē)積累了幾十年、甚至上百年的底盤(pán)系統(tǒng)調(diào)校技術(shù)則不會(huì)過(guò)時(shí)，它也是新型汽車(chē)不斷學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

下面，我們就綜合傳統(tǒng)燃油車(chē)和新型電動(dòng)化、智能化汽車(chē)的各個(gè)功能塊，看看各種芯片元器件是如何在汽車(chē)當(dāng)中發(fā)揮作用的。

整個(gè)汽車(chē)可以被分為6大系統(tǒng)，分別是：動(dòng)力系統(tǒng)，車(chē)身，座艙，控制和通信系統(tǒng)，底盤(pán)和安全，ADAS，如下圖所示。 

一輛汽車(chē)中會(huì)用到各種各樣的芯片，大致可以分為以下6大類(lèi)：計(jì)算&控制，通信，功率，模擬（電源，驅(qū)動(dòng)等），傳感器，以及存儲(chǔ)芯片。

計(jì)算&控制類(lèi)芯片以各種處理器為主，包括MCU、CPU、GPU、FPGA，以及相應(yīng)的SoC。其中，CPU、GPU等高性能計(jì)算SoC主要用于ADAS、信息娛樂(lè)系統(tǒng)、智能座艙，而MCU幾乎遍布全車(chē)的各個(gè)功能部分，特別是傳統(tǒng)燃油車(chē)。

功率器件主要用在動(dòng)力系統(tǒng)和底盤(pán)，模擬芯片也是遍布全車(chē)各個(gè)部分，存儲(chǔ)芯片主要用于ADAS和座艙，傳感器包括壓力、流量、慣性、濕度、紅外線、CIS圖像傳感器，以及各種類(lèi)型的雷達(dá)，不同的傳感器遍布全車(chē)。

下面，分別看一下以上提到的6大類(lèi)芯片元器件在汽車(chē)上的應(yīng)用情況。

計(jì)算&控制芯片

在電動(dòng)化、智能化普及之前，汽車(chē)的各個(gè)功能塊由ECU（Electronic Control Unit）控制，MCU則是ECU的核心，它監(jiān)控著各種汽車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)（速度、換擋、剎車(chē)、航向等），以及汽車(chē)運(yùn)行的各種狀態(tài)（油耗、加速、前車(chē)距離等），并根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的程序邏輯計(jì)算各種傳感器送來(lái)的信息，處理后把各個(gè)參數(shù)發(fā)送給相關(guān)的執(zhí)行模塊，執(zhí)行各種預(yù)定的控制功能。這種架構(gòu)一般稱(chēng)為分布式。

無(wú)論是傳統(tǒng)燃油車(chē)，還是新型的電動(dòng)和智能化汽車(chē)，MCU用量都很大，車(chē)身控制、儀表盤(pán)、影音娛樂(lè)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、高級(jí)安全系統(tǒng)、雨刮、車(chē)窗、電動(dòng)座椅等，都需要MCU進(jìn)行控制。目前，一輛汽車(chē)上的MCU用量可達(dá)50~100個(gè)。

傳統(tǒng)燃油車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱，這兩個(gè)部件各有一個(gè)主控MCU，電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)包括整車(chē)控制模塊，電機(jī)控制器模塊，電池管理模塊三個(gè)部分，動(dòng)力域控制器集中控制上述三個(gè)部分，這個(gè)系統(tǒng)需要更多的MCU，估計(jì)每輛車(chē)會(huì)比傳統(tǒng)燃油車(chē)多用至少5個(gè)。

車(chē)身控制系統(tǒng)所用的MCU數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定，變化不大，原因在于車(chē)身域技術(shù)較為成熟且使用生命周期長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)這些功能對(duì)芯片算力的要求較低，所用的MCU價(jià)格也較低。

傳統(tǒng)MCU大廠，如恩智浦、意法半導(dǎo)體、瑞薩電子和德州儀器等，一直把持著汽車(chē)MCU市場(chǎng)的主導(dǎo)權(quán)。近些年，中國(guó)本土相關(guān)企業(yè)也在努力追趕，涌現(xiàn)出了多家比較有特色的企業(yè)，復(fù)旦微電子就是其中之一，該公司的車(chē)規(guī)級(jí)MCU FM33LG0xxA系列可用于雨刮器、車(chē)窗、座椅、照明控制等。目前，復(fù)旦微電子正在進(jìn)行新一代車(chē)規(guī)級(jí)MCU的開(kāi)發(fā)。

隨著智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電氣化在汽車(chē)應(yīng)用的深入和普及，汽車(chē)電子電氣架構(gòu)逐漸從分布式走向集中，以減少車(chē)輛線束，提高內(nèi)部信息流轉(zhuǎn)效率，此時(shí)，算力也趨向于集中，僅依靠MCU已難以滿(mǎn)足計(jì)算需求。目前，ADAS和智能座艙芯片以CPU、GPU和NPU為主，并集成在域控制器中。域是將傳統(tǒng)ECU控制進(jìn)一步集中，形成幾大功能塊，可概括為整車(chē)控制域（VDC），智能駕駛域（ADC），智能座艙域（CDC）。未來(lái)，在基于域的集中式架構(gòu)基礎(chǔ)上，還將向域融合（中央集成）架構(gòu)方向發(fā)展，它進(jìn)一步簡(jiǎn)化了架構(gòu)，功能更加集中。在分布式ECU逐漸向域集中的過(guò)程當(dāng)中，由DCU（域控制器）集成多類(lèi)ECU實(shí)現(xiàn)控制功能的集中。

從目前的情況來(lái)看，汽車(chē)中的MCU有減少之勢(shì)，特別是座艙越來(lái)越智能化，要實(shí)現(xiàn)的功能繁多，包括信息娛樂(lè)、人機(jī)交互等，為了實(shí)現(xiàn)這些先進(jìn)功能，需要更高性能的芯片，使得MCU地位呈下降趨勢(shì)。以?xún)x表盤(pán)為例，該部分性能提升使MCU的主控地位被高算力處理器取代。

總體來(lái)看，MCU在傳統(tǒng)功能的控制應(yīng)用上仍有一席之地，而在座艙和ADAS的用量會(huì)明顯減少。不過(guò)，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，汽車(chē)用MCU的市場(chǎng)總量依然很大。

隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別逐步提升，應(yīng)用功能越來(lái)越豐富，汽車(chē)對(duì)芯片算力的要求越來(lái)越高。特別是在安全性和實(shí)時(shí)性方面，ADAS的要求很高，需要系統(tǒng)具備更高的認(rèn)知與推理能力。

目前，以Mobileye、英偉達(dá)、特斯拉為代表的廠商在ADAS計(jì)算芯片方面走在了市場(chǎng)前列，相關(guān)產(chǎn)品已在中高端和新勢(shì)力車(chē)型中廣泛應(yīng)用。

Mobileye是L2及以下級(jí)別輔助駕駛的龍頭，也是汽車(chē)ADAS技術(shù)的奠基者和引領(lǐng)者，在英偉達(dá)、高通和特斯拉崛起之前，Mobileye一直是ADAS行業(yè)的龍頭。不過(guò)，由于短板明顯（采用不向主機(jī)廠開(kāi)放數(shù)據(jù)權(quán)限的“黑盒”模式，以及軟硬件必須捆綁銷(xiāo)售），從2020年開(kāi)始，Mobileye的拳頭產(chǎn)品EyeQ芯片出貨量增速明顯下滑，特別是在智能化水平很高的電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域，Mobileye的競(jìng)爭(zhēng)力越來(lái)越弱。

近些年，英偉達(dá)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域崛起，成為了當(dāng)今的行業(yè)老大。英偉達(dá)的初代自動(dòng)駕駛處理器是Drive系列，隨著車(chē)載系統(tǒng)需求的發(fā)展，Drive系統(tǒng)也在不斷升級(jí)，例如，Drive PX Xavier配備了一塊Xavier芯片，適用于L2級(jí)輔助駕駛，對(duì)于更高級(jí)別應(yīng)用，可以采用兩個(gè)Xavier加上兩個(gè)圖靈架構(gòu)的GPU。后來(lái)，英偉達(dá)推出了具備更高性能的Orin芯片，不久前，該公司新推出了算力達(dá)到2000 TOPS的Thor。強(qiáng)大算力的芯片組合，使得客戶(hù)可以根據(jù)不同使用場(chǎng)景選擇適合的芯片，幫助英偉達(dá)較為迅速地打開(kāi)了市場(chǎng)局面。

除了算力，英偉達(dá)還在軟件工具開(kāi)發(fā)上花費(fèi)了大量資金，先后推出了DRIVE OS、DRIVEWORKS、DRIVE AV、DRIVE IX。英偉達(dá)軟件的凸出特點(diǎn)是開(kāi)放性高，應(yīng)用靈活，適配性好。這些對(duì)用戶(hù)都是很友好的，很受歡迎。

近幾年，特斯拉也在自研自動(dòng)駕駛處理器，名為FSD，放棄了原來(lái)用的EyeQ3和Drive平臺(tái)。FSD從算法需求出發(fā)，采用了全新的芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)，其核心是兩個(gè)NPU組成的NNA（Neural Network Accelerator，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速單元）。從算法出發(fā)設(shè)計(jì)芯片架構(gòu)，使其能耗比更優(yōu)；可以更激進(jìn)地嘗試新方案，不需要通過(guò)第三方車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證等復(fù)雜流程。另外，軟硬件都通過(guò)自研完成，可以加快整車(chē)研發(fā)迭代速度，效率高于外購(gòu)芯片模式。

目前，中國(guó)相關(guān)廠商也在加大ADAS處理器研發(fā)投入，代表企業(yè)是地平線和華為。地平線的拳頭產(chǎn)品是征程系列，已經(jīng)迭代到征程6，并擁有超過(guò) 20 個(gè)合作車(chē)企。華為的MDC810平臺(tái)也將軟硬件整合在了一起，已經(jīng)用在北汽極狐αS Hi版和阿維塔11上。

除了ADAS，智能座艙對(duì)芯片算力的要求也在提升，而高通是目前該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，中國(guó)本土企業(yè)也在發(fā)力，通過(guò)合作和自研等多種方式，緊跟座艙芯片發(fā)展。以廣通遠(yuǎn)馳為例，該公司基于高通QCM6125平臺(tái)，研發(fā)出了AL656S座艙SoC模組，支持高分辨率中控大屏，提供AI語(yǔ)音操控、在線實(shí)時(shí)導(dǎo)航、360環(huán)視、快速倒車(chē)影像等功能，已經(jīng)應(yīng)用在廣汽傳祺和廣汽埃安等多款量產(chǎn)車(chē)上。