2020年注定是不平凡的一年，疫情讓整個半導(dǎo)體經(jīng)歷了頗有磨難的半年，但半導(dǎo)體廠商們還是在艱難中尋求突擊的機(jī)會。
在汽車行業(yè)，國產(chǎn)汽車智能芯片的自主研發(fā)之路亦在滾滾向前，上半年汽車芯片行業(yè)發(fā)生了兩件大事：一是北汽產(chǎn)投與芯片IP供應(yīng)商Imagination成立合資公司「核芯達(dá)」;
二是5月28日，芯馳科技重磅發(fā)布了其9系列汽車芯片。而這兩大汽車行業(yè)動作的背后都離不開汽車芯片核心IP廠商Imagination的身影。在汽車智能化浪潮興起的今天，半導(dǎo)體IP廠商將如何加速本土汽車芯片廠商的智能化征程?
本文通過分析汽車行業(yè)結(jié)構(gòu)的劇變，以及汽車智能化發(fā)展的新要求，闡述未來核心半導(dǎo)體IP將如何解決汽車核心芯片目前所面臨的的挑戰(zhàn)，推動汽車行業(yè)智能化發(fā)展。
主機(jī)廠和芯片廠的協(xié)同效應(yīng)將加速汽車智能化進(jìn)程
過去，國內(nèi)主機(jī)廠(OEM)都嚴(yán)重依賴國際一線的一級供應(yīng)商(Tier1)提供軟硬件整體方案。隨著智能化的發(fā)展，新興技術(shù)的引入和商業(yè)化應(yīng)用場景的變化將會造成汽車行業(yè)整個產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的劇變。這就對OEM廠商在未來提出了更高的要求，即在核心技術(shù)上能夠穿透Tier1掌握核心技術(shù)產(chǎn)品的局面;同時具有自頂向下的系統(tǒng)定義、分解和開發(fā)的能力。目前最好的方式就是直接與核心技術(shù)供應(yīng)商建立緊密的合作關(guān)系。
作為智能汽車的大腦，汽車核心處理器毫無疑問是主機(jī)廠戰(zhàn)略布局與合作的核心，從近些年的投資并購案中就能看到汽車核心處理器對整車電子架構(gòu)的重要性：
傳統(tǒng)主機(jī)廠一般通過戰(zhàn)略投資及合作的方式，與芯片廠商直接合作。
寶馬在2018年投資了英國人工智能芯片硬件設(shè)計初創(chuàng)公司Graphcore。
奧迪與三星電子達(dá)成合作協(xié)議，從2018年開始，三星電子向奧迪供應(yīng)無人駕駛所需的Exynos處理器。
上汽集團(tuán)先后宣布與Mobileye、英飛凌、華為、英偉達(dá)、高通等國際芯片巨頭開啟戰(zhàn)略合作，并投資AI芯片技術(shù)公司地平線(Horizon Robotics)。
2019年7月，吉利投資的ECARX(億咖通科技)公布了新款E系列芯片并向全球展示吉利博越PRO車型。
造車新勢力在與傳統(tǒng)主機(jī)廠競爭中，將芯片視為核心競爭力。
特斯拉：早在2016年就著手組建芯片研發(fā)團(tuán)隊，并于三年后推出自研芯片F(xiàn)SD。馬斯克曾說，自研芯片是一家成立時間較短的公司能夠在短時間內(nèi)構(gòu)建競爭優(yōu)勢的武器，從而可與傳統(tǒng)汽車制造商在自動駕駛時代展開競爭。
零跑：2018年亞洲消費(fèi)電子展(CES Asia 2018)上，零跑汽車宣布與大華股份聯(lián)手研發(fā)的首款國產(chǎn)AI自動駕駛芯片“凌芯01”已進(jìn)入集成驗證階段。
另外，國際芯片大廠也主動尋求與主機(jī)廠合作。
英偉達(dá)：早在2018年就宣布與多達(dá)320家合作伙伴在自動駕駛領(lǐng)域進(jìn)行合作，其中包括梅賽德斯-奔馳、沃爾沃、豐田、奧迪等車廠。
Mobileye在傳統(tǒng)優(yōu)勢領(lǐng)域繼續(xù)搶單，在過去的一年里，Mobileye已經(jīng)從16家主機(jī)廠和5家一級供應(yīng)商那里獲得了20個新項目訂單，覆蓋78款車型。
汽車核心處理器設(shè)計面臨四個方面的關(guān)鍵挑戰(zhàn)：計算能力、低功耗、可靠性、和安全性。在中國汽車電子領(lǐng)域，NXP、英飛凌、瑞薩、TI和ST等跨國芯片公司占據(jù)了絕大部分市場份額。中國的芯片公司在這個領(lǐng)域仍僅僅局限于后裝市場，目前還沒有符合ISO26262功能安全要求和AEC-Q100汽車電子質(zhì)量和可靠性規(guī)范的汽車核心處理器產(chǎn)品。
半導(dǎo)體IP是解決以上四個挑戰(zhàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的金字塔上，IP處于價值鏈的最頂端，IP產(chǎn)品直接決定了SoC的性能、功耗、可靠性、安全性甚至產(chǎn)品迭代周期。比如 PowerVR汽車解決方案基于軟硬件IP提供了一個完整的產(chǎn)品包，包括五大基本元素：硬件IP、軟件、工具、文檔和長期的技術(shù)支持，可以幫助開發(fā)人員設(shè)計出滿足系統(tǒng)級ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)中定義的汽車安全完整性級別(ASIL)要求的SoC。
一些市場信息也印證了汽車智能化對半導(dǎo)體IP的迅猛需求，據(jù)Markets and Markets預(yù)測，到2024年，半導(dǎo)體IP市場將從2017年的47億美元增長到65億美元，期間的復(fù)合年增長率(CAGR)為4.8%。
報告指出，在預(yù)測期內(nèi)，處理器IP市場將占據(jù)最大的市場份額，其中汽車半導(dǎo)體IP市場將以最高復(fù)合年增長率增長。按照地區(qū)分類，亞太地區(qū)有望繼續(xù)領(lǐng)導(dǎo)半導(dǎo)體IP市場，并且有望成為增長最快的地區(qū)。
可以預(yù)見，在汽車制造商和芯片公司的協(xié)同效應(yīng)下，OEM是高級別智能汽車的主導(dǎo)者，芯片廠商作為Tier1.5與OEM的合作會愈發(fā)緊密，而核心半導(dǎo)體IP廠商將成為汽車智能計算技術(shù)的驅(qū)動力量。
半導(dǎo)體核心IP如何推動智能化快速發(fā)展?
“軟件定義汽車”(Software Defined Vehicle，SDV)是汽車行業(yè)智能化發(fā)展重要趨勢。軟件帶動著汽車技術(shù)的革新，引領(lǐng)著汽車產(chǎn)品差異化發(fā)展潮流，正逐漸成為汽車信息化、智能化發(fā)展的基礎(chǔ)和核心。《軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》提出，以數(shù)據(jù)驅(qū)動的“軟件定義”正在成為融合應(yīng)用的顯著特征，通過軟件定義硬件、軟件定義存儲、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、軟件定義系統(tǒng)等，帶來更多的新產(chǎn)品、新服務(wù)和模式創(chuàng)新，催生新的業(yè)態(tài)和經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。
? 軟件定義汽車 – 計算平臺的標(biāo)準(zhǔn)化
汽車電子整合的趨勢愈發(fā)明顯，目前中/低階車款所含的ECU約有30個，高階車款則可能高達(dá)100個。未來會通過“超級計算機(jī)”來代替眾多的ECU，但也會對系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計提出更高的挑戰(zhàn)，尤其是以人工智能為核心的軟件技術(shù)的快速發(fā)展會使系統(tǒng)級功能安全的復(fù)雜度更高。軟硬件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊間解耦成為未來計算平臺架構(gòu)的發(fā)展趨勢。
圖表來源：博世
軟件平臺化：基于AutoSAR、Hypervisor等分層軟件架構(gòu)，可使系統(tǒng)廠商的分發(fā)成本降低。軟件廠商會持續(xù)推動架構(gòu)的演進(jìn)、算法創(chuàng)新和用戶體驗升級，并通過無線方式(OTA)更新軟件。
硬件標(biāo)準(zhǔn)化：形成通用化平臺，芯片廠商提供通用的標(biāo)準(zhǔn)接口減少軟件適配難度。另外，一旦硬件上車，要充分挖掘硬件潛力，支持軟件功能升級，這就要求芯片廠商提供強(qiáng)大的工具鏈，不但支持靈活的量化手段，更能對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在計算核上細(xì)粒度的拆分和任務(wù)調(diào)度進(jìn)行支持。
作為傳統(tǒng)IP廠商，Imagination不但提供完全標(biāo)準(zhǔn)化的接口，更是積極參與標(biāo)準(zhǔn)化組織工作。近日宣稱已為其汽車圖形處理器(GPU)開發(fā)全新的OpenGL® SC(Safety-Critical，安全關(guān)鍵)2.0驅(qū)動程序，使整車廠(OEM)和一級供應(yīng)商(Tier 1)在數(shù)字儀表盤、刻度盤、儀表集群、駕駛艙域控制器、環(huán)視顯示器和先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)等汽車應(yīng)用中，GPU可以在新增的保護(hù)層下運(yùn)行。
Khronos® Group的OpenGL、OpenGL ES和OpenGL SC工作組主席Piers Daniell說道：“OpenGL SC工作組很高興Imagination Technologies正在開發(fā)安全關(guān)鍵型OpenGL SC 2.0驅(qū)動程序。通過OpenGL SC 2.0 API，Khronos進(jìn)一步提高了安全關(guān)鍵環(huán)境中的計算機(jī)圖形質(zhì)量和性能。改進(jìn)的圖形增強(qiáng)了我們用來解決復(fù)雜問題的人機(jī)界面，同時保證了我們的安全。Imagination正在將這項至關(guān)重要的技術(shù)帶給比以往任何時候都更需要安全關(guān)鍵可視化功能的市場。”
此外，Imagination的PowerVR NNA(AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器)IP基本支持所有主流神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)和SSD物體檢測框架;對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架也有很好的支持，包括Caffe，TensorFlow和ONNX。尤其在工具鏈方面，PowerVR NDK工具可充分賦能應(yīng)用開發(fā)者，使其能夠了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的瓶頸，進(jìn)而通過量化、網(wǎng)絡(luò)層級別的拆分等手段深入優(yōu)化、最大化硬件性能。
? 軟件定義汽車 – 軟硬協(xié)同設(shè)計
對于智能駕艙乃至自動駕駛等汽車智能應(yīng)用來說，都是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，由算法、軟件、架構(gòu)、硬件等多個環(huán)節(jié)組成。在行業(yè)落地初期，為了解決芯片性能/功耗的問題，出現(xiàn)了由場景驅(qū)動、軟硬協(xié)同的設(shè)計方法。這樣做的好處是可以最大程度發(fā)揮芯片在特定場景下的能力，即 MAC的有效利用率。但軟件定義硬件，不是對硬件架構(gòu)的破壞性創(chuàng)新，而是同樣需要保證硬件的標(biāo)準(zhǔn)化，否則軟件架構(gòu)升級將面臨較大風(fēng)險。
基于IP級別的定制化，是當(dāng)前軟件定義硬件趨勢下成本和風(fēng)險最低的落地途徑。PowerVR NNA系列IP不但可以支持客戶定義RAM的大小，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層之間數(shù)據(jù)位寬的動態(tài)配置，通過新的Operator等最大程度滿足系統(tǒng)定制要求，還具有很好的擴(kuò)展性。
? 縮短從IP到量產(chǎn)上車的產(chǎn)品周期
從一般的產(chǎn)品流程看，復(fù)雜芯片從設(shè)計到生產(chǎn)，最后實(shí)現(xiàn)整車集成，至少需要6-8年的時間，期間需要經(jīng)過芯片設(shè)計、芯片流片、系統(tǒng)級設(shè)計驗證(DV)、系統(tǒng)級產(chǎn)品驗證(PV)、工程樣本EP, 直至量產(chǎn)階段。而一旦選定芯片供應(yīng)商，車廠則需要保證至少10年左右的穩(wěn)定供貨期。汽車和芯片行業(yè)的特點(diǎn)，決定了汽車芯片產(chǎn)業(yè)格局具有封閉性和穩(wěn)定性。對于半導(dǎo)體公司來說，量產(chǎn)上車是汽車芯片最重要的里程碑，也是檢驗芯片企業(yè)產(chǎn)品化能力的試金石。只有量產(chǎn)上車才有后續(xù)的升級和服務(wù)的可能。
即使產(chǎn)業(yè)鏈升級，更多的Tier2、Tier3直接參與到與OEM的合作，也并沒有縮短芯片的上車周期。結(jié)果是量產(chǎn)車型的處理器架構(gòu)通常是6年前的舊架構(gòu)，而軟件算法的發(fā)展日新月異，造成了軟件升級和用戶體驗升級的困難。例如，高通在CES 2019上發(fā)布了第3代驍龍汽車數(shù)字座艙平臺，而這套方案的基礎(chǔ)芯片是2016年發(fā)布的高通驍龍820A平臺，而且這套方案預(yù)計的最快上市時間是2020年。
一款芯片從IP購買、前端設(shè)計、后端設(shè)計到流片等費(fèi)用合計起來非常高昂，對汽車這種大部件、低數(shù)量的行業(yè)來說，其實(shí)并不劃算。只有靠供應(yīng)鏈的垂直整合打通從半導(dǎo)體IP到整車電子架構(gòu)的技術(shù)通路，才能加快技術(shù)迭代，提高自主掌控權(quán)，持續(xù)維持產(chǎn)品的競爭力。
試想如果主機(jī)廠和芯片廠商、IP廠商一起在IP/芯片演進(jìn)的過程中就可以明確未來量產(chǎn)車型需求，準(zhǔn)確定義芯片能力，把控量產(chǎn)周期，那就能真正銜接好從IP到量產(chǎn)上車的每一個階段。
PowerVR IP在國內(nèi)汽車市場的機(jī)遇
在過去的10年間，雙A(ARM+Android)驅(qū)動了智能手機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展。半導(dǎo)體IP巨頭ARM通過IP授權(quán)和生態(tài)建設(shè)，成就了高通、MTK和三星等半導(dǎo)體巨頭的快速崛起。
今天，智能汽車作為最大的智能硬件設(shè)備，吸收和借鑒了很多智能手機(jī)技術(shù)，比如智能操作系統(tǒng)、FOTA、實(shí)時導(dǎo)航、語音交互等。可以預(yù)見，電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化將會給汽車這個萬億級產(chǎn)業(yè)帶來巨大的沖擊和變革，整個產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)系統(tǒng)都將進(jìn)行重構(gòu)。
同樣地，作為IP廠商Imagination今年與北汽牽手開拓了整車企業(yè)與核心IP廠商合作的新模式，有望打造車規(guī)級芯片高地，加速車載芯片的國產(chǎn)替代進(jìn)程。合資公司將專注于面向自動駕駛的應(yīng)用處理器和面向智能駕艙的語音交互芯片研發(fā)，借助Imagination公司世界領(lǐng)先的汽車IP、北汽集團(tuán)的整車制造生態(tài)優(yōu)勢，以及管理團(tuán)隊的豐富行業(yè)經(jīng)驗，打通從IP到芯片再到整車的全產(chǎn)業(yè)鏈布局。
正如北汽方面表示：“Imagination與北汽產(chǎn)投的合作對中國汽車行業(yè)而言是個利好消息。它使中國OEM擁有創(chuàng)建自主可控且行業(yè)領(lǐng)先的SoC的自由度和靈活性。合資產(chǎn)生的股權(quán)紐帶關(guān)系，也為新技術(shù)在中國汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)落地提供了便利條件，有利于消除對進(jìn)口技術(shù)的依賴，進(jìn)而有助于國內(nèi)OEM在與全球?qū)κ值母偁幹蝎@得領(lǐng)先優(yōu)勢。”
“同樣的，此次合作對中國半導(dǎo)體行業(yè)尤其是汽車芯片廠商也是個利好消息，只有核心IP產(chǎn)品的演進(jìn)與汽車行業(yè)應(yīng)用緊密結(jié)合，才能讓Imagination的汽車IP更加貼近中國汽車產(chǎn)業(yè)智能化需求，我們的芯片廠商客戶才能設(shè)計出更符合中國市場的SoC，最終幫助本土SoC廠商解決上車難的問題。” Imagination公司中國區(qū)總裁劉國軍評論這次合作。
回顧過去ARM+Android在手機(jī)時代的作用，期待Imagination聯(lián)合國內(nèi)主機(jī)廠一起在汽車智能化過程中，以人工智能技術(shù)為牽引在汽車產(chǎn)業(yè)鏈的兩端發(fā)揮雙輪驅(qū)動作用，幫助本土汽車芯片廠商快速崛起。
