我們將按時間順序梳理車載芯片的發展歷程,探討未來發展方向。
汽車電子發展初期以分布式ECU架構為主流,芯片與傳感器一一對應,隨著汽車電子化程度提升,傳感器增多、線路復雜度增大,中心化架構DCU、MDC逐步成為了發展趨勢;
隨著汽車輔助駕駛功能滲透率越來越高,傳統CPU算力不足,越來越難以滿足處理視頻、圖片等非結構化數據的需求,而GPU同時處理大量簡單計算任務的特性在自動駕駛領域取代CPU成為了主流方案;
從ADAS向自動駕駛進化的過程中,激光雷達點云數據以及大量傳感器加入到系統中,需要接受、分析、處理的信號大量且復雜,定制化的ASIC芯片可在相對低水平的能耗下,將車載信息的數據處理速度提升更快,并且性能、能耗和大規模量產成本均顯著優于GPU和FPGA,隨著自動駕駛的定制化需求提升,定制化ASIC專用芯片將成為主流。
目前出貨量最大的駕駛輔助芯片廠商Mobileye、Nvidia形成“雙雄爭霸”局面,Xilinx則在FPGA的路線上進軍,Google、地平線、寒武紀向專用領域AI芯片發力,國內四維圖新、全志科技、森國科(國科微)在自動駕駛芯片領域積極布局。
Mobileye的核心優勢是 EyeQ 系列芯片,可以處理攝像頭、雷達等多種傳感器融合產生的大量數據,在L1-L3自動駕駛領域具有極大的話語權,目前出貨量超過了2700萬顆;
NVIDIA在GPU領域具有絕對的領導地位,芯片算力強大且具備很強的靈活性,但功耗高、成本高,AI機器學習并不太適合GPU的應用;
此外Google、地平線、寒武紀、四維圖新等更聚焦在針對不同場景下的具體應用,芯片設計也開始增加硬件的深度學習設計,自動駕駛上AI的應用已經成為未來的趨勢。
基于產業前景和潛在的巨大市場,給予行業買入評級,上市公司方面看好四維圖新,建議關注地平線、寒武紀。
車載芯片的發展趨勢(CPU-GPU-FPGA-ASIC)
2.1 ECU的核心CPU
ECU(Electronic Control Unit)是電子控制單元,其工作過程為CPU接收到各個傳感器的信號后轉化為數據,并由Program區域的程序對Data區域的數據圖表調用來進行數據處理,從而得出具體驅動數據,并通過CPU針腳傳送到相關驅動芯片,驅動芯片再通過相應的周邊電路產生驅動信號,用來驅動驅動器。即傳感器信號——傳感器數據——驅動數據——驅動信號這樣一個完整工作流程。
2.2 分布式架構向多域控制器發展
汽車電子發展的初期階段,ECU主要是用于控制發動機工作,只有汽車發動機的排氣管(氧傳感器)、氣缸(爆震傳感器)、水溫傳感器等核心部件才會放置傳感器,由于傳感器數量較少,為保證傳感器-ECU-控制器回路的穩定性, ECU與傳感器一一對應的分布式架構是汽車電子的典型模式。
隨著汽車電子化的發展,車載傳感器數量越來越多,傳感器與ECU一一對應使得車輛整體性下降,線路復雜性也急劇增加,此時DCU(域控制器)和MDC(多域控制器)等更強大的中心化架構逐步替代了分布式架構。
人工智能的發展也帶動了汽車智能化發展,過去的以CPU為核心的處理器越來越難以滿足處理視頻、圖片等非結構化數據的需求,同時處理器也需要整合雷達、視頻等多路數據,這些都對車載處理器的并行計算效率提出更高要求,而GPU同時處理大量簡單計算任務的特性在自動駕駛領域取代CPU成為了主流方案。
3.1 GPU Vs. CPU
目前無論是尚未商業化生產的自動駕駛AI芯片還是已經可以量產使用的輔助駕駛芯片,由于自動駕駛算法還在快速更新迭代,對云端“訓練”部分提出很高要求,既需要大規模的并行計算,又需要大數據的多線程計算,因此以GPU+FPGA解決方案為核心;在終端的“推理”部分,核心需求是大量并行計算,從而以GPU為核心。