2020年注定是不平凡的一年，疫情讓整個(gè)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(shí)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。

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(jì)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(duì)，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(shí)間較短的公司能夠在短時(shí)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(dòng)駕駛時(shí)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(dòng)駕駛芯片“凌芯01”已進(jìn)入集成驗(yàn)證階段。

另外,，國際芯片大廠也主動(dòng)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(dòng)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(gè)新項(xiàng)目訂單,，覆蓋78款車型,。
      汽車核心處理器設(shè)計(jì)面臨四個(gè)方面的關(guān)鍵挑戰(zhàn)：計(jì)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(gè)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(gè)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(jià)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(gè)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(jì)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(bào)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(jì)算技術(shù)的驅(qū)動(dòng)力量,。

半導(dǎo)體核心IP如何推動(dòng)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(dòng)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,?！盾浖托畔⒓夹g(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(dòng)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(jì)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(gè)，高階車款則可能高達(dá)100個(gè),。未來會通過“超級計(jì)算機(jī)”來代替眾多的ECU,，但也會對系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)架構(gòu)的演進(jìn),、算法創(chuàng)新和用戶體驗(yàn)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(jì)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(dòng)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(dòng)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(jì)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(shí)保證了我們的安全。Imagination正在將這項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)帶給比以往任何時(shí)候都更需要安全關(guān)鍵可視化功能的市場?！?br/>      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(jì)

對于智能駕艙乃至自動(dòng)駕駛等汽車智能應(yīng)用來說，都是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,，由算法,、軟件、架構(gòu),、硬件等多個(gè)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(dòng),、軟硬協(xié)同的設(shè)計(jì)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(xiǎn)。
      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(xiǎn)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(dòng)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(jì)到生產(chǎn),，最后實(shí)現(xiàn)整車集成,，至少需要6-8年的時(shí)間，期間需要經(jīng)過芯片設(shè)計(jì),、芯片流片,、系統(tǒng)級設(shè)計(jì)驗(yàn)證（DV）、系統(tǒng)級產(chǎn)品驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(jì)的最快上市時(shí)間是2020年。
     一款芯片從IP購買,、前端設(shè)計(jì),、后端設(shè)計(jì)到流片等費(fèi)用合計(jì)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(gè)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(dòng)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(shí)導(dǎo)航,、語音交互等?？梢灶A(yù)見,，電動(dòng)化、智能化,、網(wǎng)聯(lián)化和共享化將會給汽車這個(gè)萬億級產(chǎn)業(yè)帶來巨大的沖擊和變革,，整個(gè)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(dòng)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(duì)的豐富行業(yè)經(jīng)驗(yàn),，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(gè)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?！?br/>      “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(gè)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(jì)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(shí)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(dòng)作用，幫助本土汽車芯片廠商快速崛起,。