一臺(tái)智能汽車會(huì)使用哪些芯片

這兩天算是和標(biāo)準(zhǔn)杠上了，哈哈。 昨天剛把智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)于安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做了梳理和總結(jié)，晚上就看到了工信部關(guān)于國(guó)家汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南的通知。 在詳細(xì)閱讀了該通知后，我發(fā)現(xiàn)之前我對(duì)于汽車芯片使用的認(rèn)知還非常落后，因此有必要在原文的基礎(chǔ)上深度挖掘一下，也有必要和大家一起分享，如有不對(duì)的煩請(qǐng)指正，一起進(jìn)步。

1.汽車芯片技術(shù)邏輯

在《工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于印發(fā)國(guó)家汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南的通知》中，它基于當(dāng)前汽車芯片的技術(shù)結(jié)構(gòu)，從汽車芯片通用要求出發(fā)，分析汽車芯片典型應(yīng)用場(chǎng)景并提出相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)，最后圍繞整車匹配試驗(yàn)完整芯片驗(yàn)證的邏輯閉環(huán)。 該通知要求圍繞通用基礎(chǔ)、產(chǎn)品與技術(shù)應(yīng)用和匹配試驗(yàn)建立起汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系，具體框圖如下：

可以看到，當(dāng)前汽車控制器仍采用跨域集中式電子電氣機(jī)構(gòu)，而向車輛集中電子電氣機(jī)構(gòu)演進(jìn)需要芯片在制程、計(jì)算性能、成本等得到有效控制后才會(huì)突破。 E/E架構(gòu)演進(jìn)如下：

那么既然是跨域電子電氣架構(gòu)，那么從應(yīng)用場(chǎng)景來說這張圖還是可以繼續(xù)使用。

典型應(yīng)用場(chǎng)景粗略分為五大類：智駕系統(tǒng)、座艙系統(tǒng)、車身系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)。 針對(duì)這五大場(chǎng)景，該通知提出了4類汽車的通用基礎(chǔ)要求：

功能安全(Safety)

信息安全(Security)

電磁兼容(EMC)

環(huán)境及可靠性

針對(duì)產(chǎn)品應(yīng)用在汽車上的不同功能，提出了10類汽車芯片產(chǎn)品：

控制芯片

計(jì)算芯片

傳感芯片

通信芯片

存儲(chǔ)芯片

安全芯片

功率芯片

驅(qū)動(dòng)芯片

電源管理芯片

其他類芯片

針對(duì)芯片在汽車上的匹配程度，提出了部件、整車等試驗(yàn)要求，包括整車匹配臺(tái)架試驗(yàn)和整車匹配臺(tái)架試驗(yàn)。

2.汽車芯片產(chǎn)品詳解和廠商一覽

2.1 控制芯片

這類芯片主要面向動(dòng)力、底盤和車身等方向，也就是之前我經(jīng)常聊到的國(guó)產(chǎn)汽車芯片內(nèi)卷重災(zāi)區(qū)--MCU。 根據(jù)IC Insights數(shù)據(jù)整理，汽車電子MCU市場(chǎng)始終被瑞薩、恩智浦和英飛凌這三家?guī)缀豕戏?，具體如下：

瑞薩因?yàn)楸澈笥斜咎铩⒇S田的大力支持，汽車電子MCU競(jìng)爭(zhēng)力始終在行業(yè)前沿；NXP在收購(gòu)飛思卡爾之后車規(guī)MCU實(shí)力大幅增加；英飛凌在收購(gòu)賽普拉斯后完善了汽車電子MCU產(chǎn)品線。 這兩年國(guó)產(chǎn)替代也加快了國(guó)內(nèi)芯片廠的研發(fā)腳步， 但是始終沒有看到高端MCU產(chǎn)品的誕生。根據(jù)德邦證券分析，當(dāng)前國(guó)產(chǎn)車規(guī)MCU廠商如下：

當(dāng)然，這里少了最近勢(shì)頭很猛的旗芯微、云途、智芯等。 不過今年隨著上述車規(guī)MCU御三家的產(chǎn)能恢復(fù)，市占率進(jìn)一步被瓜分，勢(shì)必對(duì)國(guó)內(nèi)MCU造成毀滅性打擊。有興趣的話，大家可以通過今年這幾家的財(cái)報(bào)窺探一二，這個(gè)我們后面再談。

2.2 計(jì)算芯片

計(jì)算芯片主要針對(duì)智能座艙和智能駕駛芯片。 在當(dāng)前汽車E/E架構(gòu)，智能座艙大屏幕、多功能、多模式人機(jī)交互功能的算力需求顯然是傳統(tǒng)的MCU芯片難以滿足的，因此SoC芯片毫無疑問是智能座艙芯片主流。

所謂SoC就是系統(tǒng)級(jí)芯片(System of Chip)，通常集成 CPU、GPU、NPU等多個(gè)處理單元，能夠支持高性能計(jì)算、圖形計(jì)算、AI計(jì)算、音頻處理等多項(xiàng)功能，具備強(qiáng)大的計(jì)算性能，也是座艙域控制器實(shí)現(xiàn)多硬件融合控制的關(guān)鍵。

根據(jù)華安證券預(yù)測(cè)，在2027年，智能座艙SoC市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)50億美元，國(guó)內(nèi)有望達(dá)到15億美元。 智能座艙SoC當(dāng)前主要還是有國(guó)外大廠霸占，例如NXP的i.MX系列、瑞薩的R系列、TI的Jacinto系列，除此還有一些消費(fèi)電子廠商，如AMD通過特斯拉進(jìn)入座艙市場(chǎng)，英偉達(dá)、高通也在國(guó)內(nèi)享有盛名，特別是高通8155P在去年長(zhǎng)城貓咪事件大放異彩。 國(guó)內(nèi)廠商如芯馳、杰發(fā)、瑞芯微、芯擎科技、地平線也加入混戰(zhàn)，例如地平線的征程5、芯馳的X9瑞芯微的RK3588M等。 智能駕駛芯片主要滿足智駕域，它是自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)決策層的重要組成部分，是自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)的硬件支撐。一個(gè)智駕系統(tǒng)包括感知層、決策層和執(zhí)行層，決策層是自動(dòng)駕駛的“中央大腦”，由芯片、計(jì)算平臺(tái)和軟件構(gòu)成。

從當(dāng)前行業(yè)趨勢(shì)來看，智駕芯片正從CPU+XPU的多核異構(gòu)模式往CPU+ASIC方向發(fā)展。主流的智駕芯片目前主要是英偉達(dá) XavierThor、特斯拉 FSD、高通Ride SA8650芯片等，國(guó)內(nèi)主要是地平線征程35，黑芝麻A1000A1000 PRO等，具體總結(jié)如下：

2.3 傳感芯片

傳感芯片相當(dāng)于汽車的眼睛，根據(jù)不同場(chǎng)景有不同的傳感器分類。例如

智駕類傳感器：可見光圖像、紅外熱成像、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)；

電機(jī)類傳感器：控制位置傳感器、電機(jī)溫度角度傳感器、OBCDCDC電流傳感器；

車身類傳感器：座椅壓力、位置、溫度等傳感器，車窗位置傳感器、雨刷角度傳感器、后視鏡位置傳感器等等；

底盤類傳感器：方向盤轉(zhuǎn)角、扭矩、制動(dòng)液壓、加速度、角速度、輪速等傳感器；

胎壓類傳感器：前側(cè)碰撞傳感器、加速度傳感器

座艙類傳感器：座艙內(nèi)外溫度傳感器、濕度傳感器、空氣質(zhì)量傳感器等

這類芯片在功能、信息安全上要求不高，但必須通過AEC-Q100認(rèn)證。

2.4 通信芯片

作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車，通信毫無疑問是最關(guān)鍵的一環(huán)，這也是在汽車芯片里筆記容易被忽視的一個(gè)方向。 整車通信分為車內(nèi)通信和車外通信，針對(duì)車外通信就有蜂窩數(shù)據(jù)、衛(wèi)星定位、藍(lán)牙、無線局域網(wǎng)、超寬帶（UWB）及以太網(wǎng)，車內(nèi)通信就有以太網(wǎng)、CAN、FlexRay、Lin等等。 這部分目前來說國(guó)內(nèi)沒人重視，估計(jì)也有研發(fā)壁壘較高的原因。 CANLIN芯片主要由NXP、TI、英飛凌、ST和安森美壟斷，國(guó)內(nèi)有北京君正，芯力特等； FlexRay主要有NXP和瑞薩壟斷； 以太網(wǎng)PHY芯片有NXP、博通、瑞昱、微芯、TI等國(guó)外大廠壟斷，國(guó)內(nèi)有科創(chuàng)板上市公司裕太微電子，據(jù)說目前1000Base-TI PHY已經(jīng)有客戶導(dǎo)入。 以太網(wǎng)交換芯片主要是博通、Marvell 和NXP壟斷。

2.5 存儲(chǔ)芯片

存儲(chǔ)芯片主要包括SRAM、DRAM和非易失存儲(chǔ)器(eFlash、NorNAND Flash、EEPROM)。 智能汽車的存儲(chǔ)需求主要來自車載信息娛樂系統(tǒng) （IVI）、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、車載信息系統(tǒng)、儀表板等四大領(lǐng)域。其中，IVI 約占總存儲(chǔ)產(chǎn)品用量的 80%，ADAS 占約 10%。由于目前自動(dòng)駕駛普 遍以 Level 1/2/2+為主，對(duì)存儲(chǔ)產(chǎn)能需求仍十分有限，部分高端車型中 至多搭載 12GB DRAM 和 256GB UFS，與當(dāng)前旗艦智能手機(jī)相當(dāng)；中端車型中，2/4GB DRAM 和 32/64GB eMMC 為常見配置；在低端車型中，DRAM 和 eMMC 容量需求較低，僅需 1/2GB 和 8/32GB 即可。 根據(jù)佐思汽車研究，當(dāng)前主要的車載存儲(chǔ)廠商如下：

2.6 安全芯片

安全芯片分為幾種：MCUMPUSOC等內(nèi)置HSM、安全存儲(chǔ)芯片、TPM、eSIMV2X等。這類芯片都是為車端提供信息安全服務(wù)。 具體來說，目前主流的MCU、智能座艙駕駛SoC基本都有內(nèi)置HSM；eSIMV2X有英飛凌SU 系列、ST的ST4SIM、紫光同芯的THD89 eSIM SE、華達(dá)微電子的CIU 98 eSIM SE等。

2.7 功率芯片

功率芯片是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，主要用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉(zhuǎn)換等。 功率芯片可分為功率IC和功率分立器件兩 大類，二者集成為功率模塊（包括 MOSFET/IGBT 模塊，IPM 模塊，PIM 模塊）。

我們以MOSFET和IGBT為例，目前還是以英飛凌為代表占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)比亞迪、斯達(dá)半島、士蘭微、華潤(rùn)微緊隨其后。

2.8 驅(qū)動(dòng)芯片

汽車驅(qū)動(dòng)芯片的種類包括柵極驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、高低邊開關(guān)、LED 驅(qū)動(dòng)、音頻驅(qū)動(dòng)等。驅(qū)動(dòng)芯片主要負(fù)責(zé)汽車電機(jī)、LED、揚(yáng)聲器等負(fù)載的運(yùn)動(dòng)、發(fā)光、發(fā)聲控制。 在大小三電系統(tǒng)、座艙娛樂系統(tǒng)、線控底盤系統(tǒng)，以及各類域控制器、ECU 中均大量采用汽車驅(qū)動(dòng)芯片，發(fā)揮負(fù)載驅(qū)動(dòng)、功率路徑保護(hù)等功能。

2.9 電源管理芯片

電源管理芯片（PMIC）光主要用于座艙、智駕、IVI、BMS系統(tǒng)。根據(jù)佐思汽車今年發(fā)布的《2023年汽車電源管理芯片行業(yè)研究報(bào)告》，PMIC主要分為AD/DC、DC/DC、LDO、電池管理IC等。 其中，缺口最大的當(dāng)屬BMS中AFE（模擬前端）芯片，它主要負(fù)責(zé)電芯電壓和溫度，采用特定算法對(duì)電池SOC和SOH進(jìn)行估算。目前已有比亞迪半導(dǎo)體、大唐恩智浦、CHIPWAYS、賽微微電等。 車規(guī)DCDC進(jìn)入國(guó)產(chǎn)替代周期，南芯半導(dǎo)體、杰華特電子、希荻微等已有產(chǎn)品打入客戶市場(chǎng)。

2.10 系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片

系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片，全稱System Basic Chip，也就是我們常說的SBC。這塊芯片雖然小，但是干了汽車控制器相當(dāng)多的工作，包括供電、總線收發(fā)、診斷監(jiān)控和休眠喚醒等功能。如下：

可以說，這類芯片基本就決定了OEM相關(guān)控制器的面積大小、成本等。因此可以看到有很多OEM是非常迫切地想和芯片廠一起參與深度定制。 目前，我們常用的基本還是NXP、英飛凌、TI、ST等，這一部分遲遲沒有國(guó)產(chǎn)替代出現(xiàn)，究其原因還是缺乏有經(jīng)驗(yàn)的leader進(jìn)行布局。 很多消費(fèi)、工業(yè)電子轉(zhuǎn)型的芯片廠甚至連SBC是什么都不知道。

3.小結(jié)

經(jīng)過上面分析，我們基本了解了一款智能汽車需要哪些芯片。

對(duì)于一個(gè)軟件開發(fā)者來說，這些芯片不要求完全掌握，主流的芯片手冊(cè)至少得熟悉一下，任重道遠(yuǎn)，但我相信終會(huì)柳暗花明。