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(huì)。在汽車行業(yè)，國(guó)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(kāi)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(guò)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(lái)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(guò)去，國(guó)內(nèi)主機(jī)廠（OEM）都嚴(yán)重依賴國(guó)際一線的一級(jí)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(chǎng)景的變化將會(huì)造成汽車行業(yè)整個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的劇變。這就對(duì)OEM廠商在未來(lái)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(kāi)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(guò)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(guó)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(kāi)始，三星電子向奧迪供應(yīng)無(wú)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(guó)際芯片巨頭開(kāi)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(shì)力在與傳統(tǒng)主機(jī)廠競(jìng)爭(zhēng)中，將芯片視為核心競(jìng)爭(zhēng)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(shuō)，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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)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(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。

• 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(guó)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(guó)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(shì)領(lǐng)域繼續(xù)搶單，在過(guò)去的一年里，Mobileye已經(jīng)從16家主機(jī)廠和5家一級(jí)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(guó)汽車電子領(lǐng)域，NXP、英飛凌、瑞薩、TI和ST等跨國(guó)芯片公司占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)份額。中國(guó)的芯片公司在這個(gè)領(lǐng)域仍僅僅局限于后裝市場(chǎng)，目前還沒(méi)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(zhǎng)期的技術(shù)支持，可以幫助開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)出滿足系統(tǒng)級(jí)ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)中定義的汽車安全完整性級(jí)別（ASIL）要求的SoC。

       一些市場(chǎng)信息也印證了汽車智能化對(duì)半導(dǎo)體IP的迅猛需求，據(jù)Markets and Markets預(yù)測(cè)，到2024年，半導(dǎo)體IP市場(chǎng)將從2017年的47億美元增長(zhǎng)到65億美元，期間的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）為4.8％。報(bào)告指出，在預(yù)測(cè)期內(nèi)，處理器IP市場(chǎng)將占據(jù)最大的市場(chǎng)份額，其中汽車半導(dǎo)體IP市場(chǎng)將以最高復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。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(chǎng)，并且有望成為增長(zhǎng)最快的地區(qū)。
       可以預(yù)見(jiàn)，在汽車制造商和芯片公司的協(xié)同效應(yīng)下，OEM是高級(jí)別智能汽車的主導(dǎo)者，芯片廠商作為Tier1.5與OEM的合作會(huì)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(shì)。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。《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(dòng)的“軟件定義”正在成為融合應(yīng)用的顯著特征，通過(guò)軟件定義硬件、軟件定義存儲(chǔ)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、軟件定義系統(tǒng)等，帶來(lái)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(zhǎng)點(diǎn)。

? 軟件定義汽車 – 計(jì)算平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化

汽車電子整合的趨勢(shì)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(lái)會(huì)通過(guò)“超級(jí)計(jì)算機(jī)”來(lái)代替眾多的ECU，但也會(huì)對(duì)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(huì)使系統(tǒng)級(jí)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(lái)計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。

                                                                    圖表來(lái)源：博世
      軟件平臺(tái)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(huì)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(jí)，并通過(guò)無(wú)線方式（OTA）更新軟件。
      硬件標(biāo)準(zhǔn)化：形成通用化平臺(tái)，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(jí)，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(duì)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(kāi)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(jí)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(shuō)道：“OpenGL SC工作組很高興Imagination Technologies正在開(kāi)發(fā)安全關(guān)鍵型OpenGL SC 2.0驅(qū)動(dòng)程序。通過(guò)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(lái)解決復(fù)雜問(wèn)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(chǎng)?！?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(cè)框架；對(duì)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(kāi)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(guò)量化、網(wǎng)絡(luò)層級(jí)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(duì)于智能駕艙乃至自動(dòng)駕駛等汽車智能應(yīng)用來(lái)說(shuō)，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(wèn)題，出現(xiàn)了由場(chǎng)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(chǎng)景下的能力，即 MAC的有效利用率。但軟件定義硬件，不是對(duì)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(jí)將面臨較大風(fēng)險(xiǎn)。
      基于IP級(jí)別的定制化，是當(dāng)前軟件定義硬件趨勢(shì)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(guò)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(guò)芯片設(shè)計(jì)、芯片流片、系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)驗(yàn)證（DV）、系統(tǒng)級(jí)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(duì)于半導(dǎo)體公司來(lái)說(shuō)，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(jí)和服務(wù)的可能。
     即使產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)，更多的Tier2、Tier3直接參與到與OEM的合作，也并沒(méi)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(jí)和用戶體驗(yàn)升級(jí)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(tái)，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(tái)，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(gòu)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(lái)非常高昂，對(duì)汽車這種大部件、低數(shù)量的行業(yè)來(lái)說(shuō)，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(jìng)爭(zhēng)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(guò)程中就可以明確未來(lái)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(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)的機(jī)遇

在過(guò)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(guò)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(yǔ)音交互等。可以預(yù)見(jiàn)，電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化將會(huì)給汽車這個(gè)萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)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(kāi)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(jí)芯片高地，加速車載芯片的國(guó)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(yǔ)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(shì)，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(duì)中國(guó)汽車行業(yè)而言是個(gè)利好消息。它使中國(guó)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(guó)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(duì)進(jìn)口技術(shù)的依賴，進(jìn)而有助于國(guó)內(nèi)OEM在與全球?qū)κ值母?jìng)爭(zhēng)中獲得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。”
      “同樣的，此次合作對(duì)中國(guó)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(guó)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(guó)市場(chǎng)的SoC，最終幫助本土SoC廠商解決上車難的問(wèn)題?！?Imagination公司中國(guó)區(qū)總裁劉國(guó)軍評(píng)論這次合作?；仡欉^(guò)去ARM+Android在手機(jī)時(shí)代的作用，期待Imagination聯(lián)合國(guó)內(nèi)主機(jī)廠一起在汽車智能化過(guò)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。