汽车芯片等级
按照美国制定的汽车电子标准,汽车芯片分为5个等级,数字越小,等级越高。
汽车级芯片和工业级芯片区别
车用级芯片,生命周期
10~15年
车用级芯片和消费级区别
消费级芯片,替换生命周期2~3年。
车规级芯片对加工工艺,要求不高。但对质量要求高。
芯片企业进入汽车行业要求
进入芯片企业,进入汽车行业,需要通过美国汽车电子委员会aec(automotiveelectronicscouncil)等等一系列的标准测试,还要通过iso/ts 16949的质量验证。
车规级芯片需要经过的认证过程,可靠性标准 aec-q100、质量管理标准iso/ts 16949、功能安全标准iso26262等。
车规级芯片ic企业排名
2020:infineon完成收购cypress后,爬上榜首。
汽车主控芯片市场规模(亿美元)
主控芯片巨头具有较强的ai计算优势,功能芯片厂商具有丰富的汽车产业链经验,两大阵营之间兼并收购及联盟合作频发。
截至目前,英伟达已与全球370+整车厂、一级供应商达成合作;英特尔收购mobileye切入汽车产业;高通曾意图收购恩智浦等。
详解汽车主控+功能芯片,并详细阐述汽车芯片产业格局。
智能驾驶涉及人机交互、视觉处理、智能决策等,核心是 ai 算法和芯片。伴随汽车电子化提速,汽车半导体加速成长,2017 年全球市场规模 288 亿美元(+26%),远高于整车销量增速(+3%),其中占比最高的为功能芯片 mcu(66 亿美元,占比 23%),随后还包括功率半导体(21%)、传感器(13%)等。
汽车半导体按种类可分为功能芯片 mcu(microcontroller unit)、功率半导体(igbt、mosfet 等)、传感器及其他。根据strategy analytics,在传统燃油汽车中,mcu 价值量占比最高,为23%;在纯电动车中,mcu 占比仅次于功率半导体,为11%。digitimes预测,功能芯片mcu市场规模有望从2017年66亿美元稳步提升至2020年72亿美元。
▲ 全球汽车销量(万辆)
▲ 全球汽车半导体市场规模(亿美元)
▲ 燃油汽车半导体按种类分类
▲ 纯电动汽车半导体按种类分类
▲ 汽车功能芯片市场规模(亿美元)
传统汽车的功能芯片仅适用于发动机控制、电池管理等局部功能无法满足高数据量的智能驾驶相关运算。
近年来,伴随智能驾驶渗透率提升,全球芯片巨头纷纷进军汽车产业,推出具备ai计算能力的主控芯片。主控芯片市场规模有望快速成长,ihs预测2020年可达40亿美元。
▲ 汽车芯片:主控芯片&功能芯片
▲ 汽车主控芯片市场规模(亿美元)
主控芯片巨头具有较强的ai计算优势,功能芯片厂商具有丰富的汽车产业链经验,两大阵营之间兼并收购及联盟合作频发。
截至目前,英伟达已与全球370+整车厂、一级供应商达成合作;英特尔收购mobileye切入汽车产业;高通曾意图收购恩智浦等。
▲ 汽车芯片市场格局
主控芯片:算力持续增长
智能驾驶涉及人机交互、视觉处理、智能决策等,ai算法和芯片是核心。据恩智浦统计,目前一辆高端汽车已经搭载超过1亿行代码,远超飞机、手机、互联网软件等,未来伴随自动驾驶的渗透率及级别提升,汽车搭载的代码行数将呈现指数级增长。
自动驾驶软件计算量已经达到10个tops(tera operations per second,万亿次操作每秒)量级。传统汽车mcu的算力难以满足自动驾驶汽车的计算要求,gpu、fpga、asic等ai芯片进入汽车市场。
▲ 汽车已经搭载超过1亿行代码
▲ 汽车搭载的代码行数指数级增长
▲ 典型汽车mcu的算力
▲ 英伟达gpu soc的算力
全球无人驾驶领导者包括谷歌、百度、特斯拉、奥迪等,从这些厂商的自动驾驶主控模块的soc芯片架构或可一窥汽车芯片发展方向。
谷歌 waymo:采用英特尔cpu+altera fpga方案,英飞凌mcu作为通信接口。谷歌waymo的计算平台采用英特尔xeon12核以上cpu,搭配altera的arria系列fpga,并采用英飞凌的aurix系列mcu作为can或flexray网络的通信接口 。
▲ 谷歌waymo的计算平台架构
百度 apollo:恩智浦/英飞凌/瑞萨mcu+赛灵思 fpga/英伟达gpu。百度无人驾驶样车采用 ipc(工控机)方案,但工控机的体积和功耗难以满足量产化要求,因而百度也推出了适合于量产的域控制器嵌入式方案。将各个传感器的原始数据接入到sensor box中,在sensor box中完成数据的融合,再将融合后的数据传输到计算平台上进行自动驾驶算法处理。
百度自动驾驶专用计算平台acu(apollo computing unit)定义了三个系列产品:mloc(高精定位,mcu)、mlop(高精定位+环境感知,mcu+fpga)、mlop2(高精定位+环境感知+决策规划,mcu+gpu)。
▲ 百度apollo的工控机计算平台架构
▲ 百度apollo的域控制器计算平台架构
特斯拉:从mobileye asic到英伟达gpu。2014 年特斯拉发布autopilot 1.0,搭载1个前置摄像头、1个后置倒车摄像头(不参与辅助驾驶)、1个前置雷达、12个超声波传感器,视觉芯片采用mobileyeeyeq3,主控芯片采用nvidia tegra 3。
2016年底特斯拉发布autopilot 2.0,搭载3个前置摄像头(不同视角广角、长焦、中等)、4个侧边摄像头(左前、右前、左后、右后)、1个后置摄像头、1个前置雷达(增强版)、12个超声波传感器(传感距离增加一倍),主控芯片采用nvidiadrive px 2,处理速度为autopilot 1.0的40倍。
▲ mobileye eyeq3芯片架构
▲ 英伟达drive px2芯片架构
奥迪:mobileye asic英伟达gpu+altera fpga+英飞凌mcu的多芯片集成方案。全新奥迪a8(参数|图片)公开了自己的zfas控制器方案。zfas共有四块高性能的处理器:1)mobileye的eyeq3负责视觉信息处理,包括交通标志识别、行人识别、碰撞提醒、车道线检测等;2)英伟达的tegra k1 soc负责360°环视影像;3)altera的cyclone5 fpga负责传感器融合、地图融合、辅助泊车等;4)英飞凌的aurix系列mcu用于交通拥堵控制、辅助驾驶等。
▲ 奥迪a8的计算平台架构
在汽车主控芯片领域,gpu仍将保持通用汽车主控芯片的主流地位,fpga作为有效补充,asic将成终极方向。
当前人工智能及智能驾驶算法尚未定型,gpu作为通用加速器,预计仍将在相当长一段时间内保持其汽车主控芯片的主流地位;fpga作为硬件加速器,料将成为gpu的有效补充;将来如果全部或部分智能驾驶算法得以固化,asic将成为最优性价比的终极选择。
▲ 汽车主控芯片趋势图
1、英伟达:gpu垄断优势,从智能座舱到自动驾驶
英伟达收入净利润快速增长,汽车为长期动力。英伟达是gpu领域龙头,常年保持超70%市占率。英伟达2018财年(对应2017自然年)收入97.1亿美元,同比+40.6%;净利润30.5亿美元,同比+82.9%。
▲ 全球独显gpu市场份额(2009-2017)
▲ 英伟达营业收入(百万美元)
▲ 英伟达净利润(百万美元)
英伟达数字座舱计算机drive cx:利用先进3d导航、高分辨率数字仪表组、自然语音处理及图像处理实现驾驶辅助功能。drive cx的内核是基于maxwell架构的tegra x1 soc,此外还有选配置为tegra k1 soc。
drive cx的主要功能包括:1)自然语言处理,通过语音识别完成地址查询、呼叫联系人等功能;2)3d导航和信息娱乐,为众多应用程序提供高分辨率、高帧率的图形显示;3)全数字仪表组,通过仪表组或抬头显示hud提供丰富的图形显示;4)环绕视觉,利用复杂的运动恢复结构技术和先进的拼接技术,改善鱼眼镜头的图像渲染、减少重影现象,并可在高精细模型中渲染出一辆虚拟汽车,实现逼真的环绕视觉效果;5)对接android auto,拥有android智能手机或iphone的驾驶员可以轻松访问自己的移动设备,与地图、搜索和音乐等应用进行互动。
英伟达自动驾驶汽车平台drive px:将深度学习、传感器融合和环绕视觉相结合,力求改变驾驶体验。drive px的主要功能包括:1)传感器融合,可以融合来自12个摄像头、激光雷达、毫米波雷达和超声波传感器的数据;2)计算机视觉和深度神经网络,适用于运行dnn(deep neural network,深度神经网络)模型,可实现智能检测和跟踪;3)端到端高清制图,可快速创建并不断更新高清地图;4)软件开发工具包driveworks,包含了可供参考的应用程序、工具和库模块。
2、英特尔:积极兼并收购,进军自动驾驶专用芯片
英特尔传统业务增长乏力,进军汽车领域创造业绩新增长点。英特尔曾经是世界上最大的半导体芯片制造商。
据passmark统计,2017q1英特尔占据全球cpu行业的市场份额为80%。近年随着智能手机的兴起与个人电脑市场的景气降低,芯片主业收入增速明显下降,公司营业收入被三星电子超越。公司曾尝试生产了手机处理器但最后表现失利,并不得不解散了负责该业务的部门。
近年来,英特尔通过大量收购积极布局无人驾驶、物联网、人工智能、vr等新兴领域,创造业绩的新增长点,力图实现从传统芯片制造商向多元解决方案提供商转型。
▲ 全球cpu市场份额(2004-2017)
▲ 英特尔营业收入(百万美元)
▲ 英特尔净利润(百万美元)
▲ 英特尔按业务类别拆分营业收入(百万美元)
▲ 英特尔近三年收购动向
英特尔收购mobileye:全球视觉adas领导者。mobileye是全球视觉adas市场领导者之一,掌握adas市场80%份额,拥有丰富的视觉adas产品。mobileye的专有软件算法和eyeq芯片能对视觉信息进行详细分析并预测与其他车辆、行人、自行车或其他障碍物的可能碰撞,还能够检测道路标记、交通标志和交通信号灯。
截至2017年底,mobileye的产品已经被用于27个整车厂的313款车型,当年出货量870万颗。2017年3月英特尔以153亿美元收购mobileye,打造英特尔车队。车队将包括各种汽车品牌和车型,以展示其多功能性和适应性。l4级车辆将被部署在美国、以色列和欧洲进行测试。
▲ mobileye eyeq5将助力汽车实现l4-l5级无人驾驶
▲ 英特尔的“车到云”系统方案
英特尔收购altera:自动驾驶fpga芯片已经量产。目前全球fpga市场主要被xilinx和altera瓜分,合计占有近90%的市场份额,合计专利达到6000多项。
altera的fpga产品共有四大系列,分别是顶配的stratix系列(近万美元)、成本与性能平衡的arria系列(2000~5000美元)、廉价的cyclone系列(10~20美元)、以及max系列cpld。英特尔2015年宣布完成对altera的收购,帮助高速增长的数据中心与iot业务。
▲ 2016年fpga市场份额分布
3、高通:凭借通信优势,从信息娱乐到车联网
高通传统业务收入下滑,积极进行新兴产业布局。高通为全球智能手机soc龙头。
在汽车领域,高通提供的解决方案包括:1)车载资讯系统,为汽车优化制定的蜂窝网解决方案;2)驾驶数据平台,智能收集和分析来自不同汽车传感器的数据,使汽车实现精准定位,监控和学习驾驶模式,感知周围环境,已经准确与外界共享此平台的信息;3)资讯娱乐,提供3d导航、在线媒体播放和驻车辅助支持,以及语音、人脸和终端识别等功能;4)电动汽车无线充电,推出qualcomm halo wevc无线充电解决方案。
▲ 全球智能手机soc市场份额(2016-2017)
▲ 高通营业收入(百万美元)
▲ 高通净利润(百万美元)
高通推出车载信息娱乐系统解决方案。骁龙汽车平台信息娱乐系统现分为极简(select)、高端(high)和顶级(premium)方案。
极简方案可以支持3个显示屏,包括信息娱乐系统、仪表和抬头显示(hud);高端层级可以支持多达4个显示屏,副驾驶或后座娱乐可以拥有单独的屏幕,同时还支持顶级音频、低时延无线传输高清视频、环视处理,深度学习与计算机视觉处理可分辨附近的障碍物和行人;顶级方案可以支持多达6个显示屏,包括仪表、信息娱乐系统、hud、副驾驶、后座(两个不同的屏幕)。
2017年ces展上,参展的玛莎拉蒂硬件上搭载定制的骁龙汽车解决方案,包括骁龙汽车级处理器、gobi3g/4g lte无线调制解调器、wi-fi和蓝牙模块等。另一辆参展车克莱斯勒portal(参数|图片),安装了松下车载娱乐概念系统,此系统将以最新版本的安卓汽车以及高通公司骁龙芯片为工作基础 。
高通推出车联网芯片组,支持lte及dsrc车联网骁。骁龙x5 lte支持lte车联网,速度可达4类,下行速率为150mbps,上行速度为50mbps。骁龙 x12 lte支持速度高10类,支持下行速率高达60 mhz 3x ca(450mbps)到网络上行链路中的 40mhz 2x ca(100mbps)。
骁龙x16 lte调制解调器支持高达1gbps的峰值下载速度,有助于满足下一代智能网联汽车的连接需求和使用案例,包括高清地图更新、实时交通和路况信息的连接导航、软件升级、wi-fi热点和多媒体流。
此外,高通于2017年9月推出了基于第三代合作伙伴计划(3gpp)版本14规范的全球首款蜂窝车到车(c-v2x)商用解决方案,高通9150 c-v2x 芯片组。该芯片组包括运行智能交通系统(its)v2x 堆栈的应用处理器以及硬件安全模块(hsm),预计在2018年下半年上市,最早于 2019 年实现量产并向车厂供货。c-v2x同时支持 dsrc和lte通信,为车辆提供周围环境信息、非视距(nlos)场景下的信息。
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