域控主流芯片的升级之“道”

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武汉视窗 • 2021-11-22　EG

受益于智能汽车的发展以及汽车电子电气架构由分布走向集中的趋势,域控制器市场正快速增长。据盖世汽车研究院预测,2025年,自动驾驶域控制器出货量将超过400万台套,智能座舱域控制器出货量将超过500万台套,复合增长率预计在50%以上。

作为未来智能汽车的“大脑”,域控制器功能由主控芯片、系统软件(操作系统、中间件)和应用算法协同实现。从目前车企的做法来看,以主控芯片为代表的高性能硬件会率先上车,而操作系统及应用软件等则会随着算法模型不断迭代持续更新,逐步释放预埋硬件的利用率,从而实现软件定义汽车。

举例来说,小鹏汽车现有自动驾驶能力处于L2+级别,但其已在P7车型中预埋Xavier芯片、14个摄像头等的方式,为后续L3级的自动驾驶留下了升级空间。极氪也透露,基于SEA浩瀚智能进化体验架构打造的极氪001,全系预埋智能硬件、先进芯片解决方案,后续将通过OTA释放更多的安全和便利功能,具备全生命周期的再进化能力。

极氪001;图片来源:吉利汽车

由此我们不难看到,主控芯片之于域控制器的关键作用。也正因如此,域控制器主控芯片领域已成为热门赛道,众多厂商纷纷布局。

域控制器芯片层出不穷

目前,域控制器主控芯片领域已经聚集有大量的玩家,尤其是自动驾驶域控制器领域,其中动作较多的有英伟达、高通、恩智浦、Mobileye、TI等海外厂商,以及华为、地平线、黑芝麻、芯擎科技等国内厂商。

海外厂商中,英伟达的布局较早,其中在2019年,英伟达发布了智能驾驶SoC Orin,以及基于Orin的计算平台Drive AGX Orin。而后在经历两年的演变和打磨之后,该公司推出了OrinX SoC。据悉,英伟达Orin X芯片采用全新NVIDIA GPU及12核ARM CPU,7nm工艺制成,单片运算能力高达每秒254 TOPS,基于多个Orin或者OrinX的组合,对应的智能驾驶域控制器算力可达1000TOPS以上。近两年已有多家车企宣布基于Orin开发新一代车型,例如理想汽车的X01、蔚来汽车的ET7、智己汽车的L7等。

恩智浦在域控制器芯片领域也较早积累了实力。早在2017年,就有消息称,TOP15车企中一半以上已经在即将推出的车型中采用了恩智浦S32平台(可以完全扩展的汽车计算架构)。2020年,恩智浦推出了S32G域控制器芯片,作为S32系列中的最新产品,S32G将传统MCU与具备ASIL D功能安全的高性能MPU集成在一颗芯片上,同时集成了网络通信加速器,较之前单一功能芯片,性能得到显著提升。按照恩智浦的说法,S32G处理器能够让OEM向域控制器架构演进,取代传统分布式架构。正因如此,东软睿驰、镁佳科技等诸多厂商均选择基于S32G芯片打造域控制器,目前这些产品正加速量产落地,S32G应用近两年将大面积铺开。

恩智浦S32G;图片来源:恩智浦

TI则推出了TDA4系列芯片。据悉,TDA4芯片支持深度学习和实时图像处理,5-20W的功耗和性能效率便可以执行高性能ADAS操作,无需主动冷却,带有通用软件平台的有针对性的集成SoC能够降低系统复杂性和开发成本,单芯片支持接入4-6个三百万像素摄像头,提升车辆感知和环视处理能力。目前,TI的TDA4系列芯片已被许多汽车厂商和供应商选用,其中包括东软睿驰、优控智行等。

国内厂商中,华为进行了相关布局。针对自动驾驶对计算平台的需求,华为推出MDC智能驾驶计算平台,平台包括MDC210、MDC300、MDC610和MDC810,算力范围从48TOPS到400+TOPS,可以实现L2-L5的全场景覆盖。据了解,MDC平台集成了华为自研的Host CPU芯片、AI芯片、ISP芯片与SSD控制芯片,其中昇腾310芯片是MDC的核心,主要用于AI计算。昇腾310是一颗N-SOC芯片,采用自研达芬奇架构,以及12nm工艺,算力功耗16TOPS/8W。公开信息显示,哪吒汽车首款B级数字电动轿跑哪吒S,搭载华为MDC计算平台,该车型预计于明年第三季度正式量产。

地平线于今年发布了面向L3级以上自动驾驶的征程5芯片。据了解,征程5是继征程2和征程3人工智能芯片量产之后,地平线发布的第三代车规级产品,该芯片采用16nm工艺,单颗芯片最高算力可达128TOPS,且功耗只有30W,延迟仅有60ms,可支持16路摄像头视频输入,能够支持自动驾驶所需要的多传感器融合、预测和规划控制等需求。目前已知将搭载征程5芯片的车型有全新哈弗H9、荣威新款RX5以及一汽红旗、理想汽车的多款车型。

升级有“道”:异构多核、高集成、低功耗

尽管以上只是部分案例,但从中已不难看出,域控制器主流芯片正循着一定方向升级进阶。

首先十分明显的是,域控制器主控芯片正迈向异构多核SoC,国内外芯片厂商争相推出运算能力更强大的SoC芯片,算力已由几十TOPS上升至上百TOPS,甚至是上千TOPS。

西部证券雒雅梅在相关报告中表示,ECU时代核心是MCU芯片,进入域控制器时代,汽车智能化程度大幅增加,运算处理复杂度呈指数级增加,如L4级以上自动驾驶所需算力或将超过700TOPS,且整车厂在智能化功能开发过程中,往往先预埋高性能硬件,通过算法软件实现功能更新,需要域控制器主控芯片有更强的内核、更强大的计算能力。

她指出,不同于以CPU为主的MCU芯片,SoC芯片集成了CPU、AI 芯片(GPU/FPGA/ASIC)、深度学习加速单元(NPU)等多个模块,SoC芯片算力主要来自于AI芯片。其中以图像运算为主的GPU相比CPU拥有明显更多的计算单元,帮助SoC芯片获得比MCU明显更强的算力优势,因此域控制器采用SoC芯片成为主流趋势。

当然值得注意的是,域控制器芯片设计并不单单关注算力。

比如,东软睿驰汽车技术(上海)有限公司总经理曹斌在相关主题演讲中指出,能够把所有传感器集中在一起,不断地在这些传感器算法基础之上去迭代和创新,并优化和进化的域控制器,为汽车行业所需,这样的域控制器需要比较完整的异构芯片的底层架构,还要能够支持AI加速和GPU的支持,只有这样的算力和分布式计算资源整合在一起,并且不断地被上层软件抽象跟底层芯片实现有机解耦,集中化的可以迭代发展的域控制器才能够成为可能。

曹斌表示,TI推出的TDA4芯片以及恩智浦推出的S32G芯片都符合这样的需求。以恩智浦S32G为例,它是一款通用域控的芯片,它没有太强的算力,但是它让车辆的控制能够更像计算机,它有通用的计算能力,有实时的部分,也有非实时的部分,有MCU,也有CPU或者SoC,它可以支持DDR的内存,支持高速存储,还有非常好的网络支持,这些因素使得S32G具备较强的通用性,为相关企业带来便利,“它可以把实时部分和控制部分延伸到下层,相关企业可以在里面做软件封装,或是搭建清晰稳定的架构,即便在对硬件不太了解的情况下,也可以对应用软件进行迭代。”

此外,我们亦可以看到,在制造工艺方面,域控制器主控芯片迈向更先进制程工艺,且仍在向前演进,芯片制程已经由28nm迈向16nm、12nm,甚至是7nm。不仅如此,据盖世汽车了解,部分厂商已经在进军5nm制程。今年1月,高通就透露,其骁龙Ride SoC将以5nm制程打造,成为业内首款5nm制程自动驾驶芯片。

而值得注意的是,在制程工艺这一演进过程背后,其实是域控制器对芯片集成度提升、功耗降低、成本优化以及响应速度提升等方面的更高要求。

16nm与7nm制程工艺对比;图片来源:芯擎科技

以7nm制程为例,芯擎科技产品规划部总经理蒋汉平曾在相关演讲中指出,该工艺下芯片集成度更高,由于单位面积的晶圆上可以放置更多的逻辑门,同时封装面积变小,节约了晶圆成本和封装成本,进一步节约了成品芯片在单板上所占的面积,使得相同大小的电子产品功能更多,速度更快;芯片耗电量更低,同样大小的逻辑电路做出来,用更先进的工艺会导致耗电量更低;响应速度更快,单管开断速度更快,同样的逻辑电路能够跑到的主频更高,主频高,性能会大幅提升。

据他透露,相较16nm节点工艺,7nm可以提供3.3倍的门电路密度,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,成本的优势随着生产能力与良率的提升正在快速呈现。

域控制器落地进程加速

正如前文所说,域控制器主控芯片正朝向异构多核、高集成、低功耗等更高性能的方向迈进,这将很大程度推动域控制器产品的升级,加速域控制器落地进程。

举例来说,通过与恩智浦、TI、地平线等芯片厂商的合作,东软睿驰在域控制器等相关领域不断取得进展。在此前产品的基础上,东软睿驰于今年8月同时发布了两款标准化域控制器产品:面向自动驾驶领域的行泊一体域控制器以及面向整车的通用域控制器。据盖世汽车了解,这两款域控制器分别采用了恩智浦S32G和TI TDA4芯片。

从产品表现来看,东软睿驰自动驾驶行泊一体域控制器通过泊车与行车功能的集成以及传感器的共用,可实现L2+的增强感知能力,提高安全性和用户体验。基于SOA的软件架构,通过预置的基础软件和自动驾驶专用中间件,支持OTA升级,并面向开发者提供配套丰富的“开发者友好型”工具,相比传统1V1R+APA的技术方案成本节省20%～30%。

东软睿驰自动驾驶行泊一体域控制器所支持的自动驾驶功能;图片来源:东软睿驰

东软睿驰通用域控制器则可实现跨域融合,实现车身,动力,底盘系统等控制域的整合,支持网关功能和车载通讯加密要求,统一OTA升级。具备丰富的对外接口、功能全面,帮助车企实现集中式架构。基于面向SOA的架构,大大增强了平台的可拓展性,可移植性,帮助车企减少开发投入。同时预置基础软件,和标准中间件,提供丰富的开发工具,支持开发者个性化开发,提供多样化的开发服务支持。