深圳市鹏海达电子有限公司!为您提供电子元件等相关信息,敬请关注!
服务热线:0755-83258455 网站地图 XML
您当前的位置:首页 > 行业资讯 > 汽车芯片科普

汽车芯片科普

来源 : www.penghaida.com   发布时间 : 2021/12/11 13:45:00

来源于:內容来源于微信公众号「湖杉资产」,感谢。

无人驾驶涉及到人机交互技术、视觉效果解决、智能化管理决策等,关键是 AI 优化算法和芯片。随着汽车数字电子化加速,汽车半导体加快发展,2017 年全世界市场规模 288 亿美金( 26%),远远高于白车身销售量增长速度( 3%),在其中占有率较高的为功能芯片 MCU(66 亿美金,占有率 23%),接着还包含功率半导体(21%)、感应器(13%)等。

汽车半导体按类型可分成功能芯片 MCU(Microcontroller Unit)、功率半导体(IGBT、MOSFET 等)、感应器和其他。依据Strategy Analytics,在传统式汽柴油汽车中,MCU 商品的价值占有率最大,为23%;在电动汽车中,MCU 占有率仅次功率半导体,为11%。DIGITIMES预测分析,功能芯片MCU市场规模有希望从2017年66亿美金稳步提升至2020年72亿美金。

▲ 全世界汽车销售量(万台)

▲ 全世界汽车半导体市场规模(亿美金)

▲ 汽柴油汽车半导体按类型归类

▲ 纯电动车汽车半导体按类型归类

▲ 汽车功能芯片市场规模(亿美金)

传统式汽车的功能芯片仅适用汽车发动机操纵、电池管理等部分功能不能满足高信息量的无人驾驶有关计算。

近些年,随着无人驾驶覆盖率提高,全世界芯片大佬陆续涉足汽车产业链,发布具有AI计算水平的主控芯片芯片。主控芯片芯片市场规模有希望成长,IHS预测分析2020年可达40亿美金。

▲ 汽车芯片:主控芯片芯片&功能芯片

▲ 汽车主控芯片芯片市场规模(亿美金)

主控芯片芯片大佬具备很强的AI测算优点,功能芯片生产商具备丰富多彩的汽车全产业链工作经验,两派中间企业兼并回收及同盟协作高发。

目前为止,英伟达显卡已与全世界370 主机厂、一级供应商战略合作;intel回收Mobileye进入汽车产业链;高通芯片曾用意回收恩智浦等。

▲ 汽车芯片销售市场布局

主控芯片芯片:算率稳步增长

无人驾驶涉及到人机交互技术、视觉效果解决、智能化管理决策等,AI优化算法和芯片是关键。据恩智浦统计分析,现阶段一辆高档汽车早已配备超出1亿行编码,远超飞机场、手机上、互联网技术APP等,将来随着无人驾驶的覆盖率及等级提高,汽车配备的编码个数将展现指数级增长。

无人驾驶APP测算量早已做到10个TOPS(Tera Operations Per Second,万亿次实际操作每秒钟)数量级。传统式汽车MCU的算率无法达到无人驾驶汽车的测算规定,GPU、FPGA、ASIC等AI芯片进到汽车销售市场。

▲ 汽车早已配备超出1亿行编码

▲ 汽车配备的编码个数指数级增长

▲ 典型性汽车MCU的算率

▲ 英伟达显卡GPU SoC的算率

全世界无人驾驶汽车管理者包含Google、百度搜索、特斯拉汽车、奥迪车等,从这种生产商的无人驾驶主控芯片控制模块的SoC芯片构架或可一窥汽车芯片发展前景。

Google Waymo:选用intelCPU Altera FPGA计划方案,英飞凌MCU做为串行通讯接口。GoogleWaymo的测算服务平台选用intelXeon12核以上CPU,配搭Altera的Arria系列FPGA,并选用英飞凌的Aurix系列MCU做为CAN或FlexRay互联网的串行通讯接口 。

▲ GoogleWaymo的测算服务平台构架

百度搜索 Apollo:恩智浦/英飞凌/瑞萨MCU 赛灵思 FPGA/英伟达显卡GPU。百度搜索无人驾驶汽车样车选用 IPC(工控电脑)计划方案,但工控电脑的容积和功能损耗无法达到批量生产化规定,因此百度搜索也发布了合适于批量生产的域控制器内嵌式计划方案。将每个感应器的原始记录连接到Sensor Box中,在Sensor Box中进行数据信息的结合,再将结合后的传输数据到测算服务平台上开展无人驾驶优化算法解决。

百度搜索无人驾驶专用型测算服务平台ACU(Apollo Computing Unit)界定了三个产品系列:MLOC(高精精准定位,MCU)、MLOP(高精精准定位 自然环境认知,MCU FPGA)、MLOP2(高精精准定位 自然环境认知 管理决策整体规划,MCU GPU)。

▲ 百度搜索Apollo的工控电脑测算服务平台构架

▲ 百度搜索Apollo的域控制器测算服务平台构架

特斯拉汽车:从Mobileye ASIC到英伟达显卡GPU。2014 年特斯拉汽车公布Autopilot 1.0,配备1个前摄像头、1个后置摄像头倒车摄像头(不参加辅助驾驶)、1个外置雷达探测、12个超声波传感器,视觉效果芯片选用MobileyeEyeQ3,主控芯片芯片选用NVIDIA Tegra 3。

2016年底特斯拉汽车公布Autopilot 2.0,配备3个前摄像头(不一样角度广角镜头、长焦镜头、适中)、4个侧面监控摄像头(左前、左前、左后、右后)、1个后摄、1个外置雷达探测(增强版)、12个超声波传感器(传感器间距增加一倍),主控芯片芯片选用NVIDIADrive PX 2,响应速度为Autopilot 1.0的40倍。

▲ Mobileye EyeQ3芯片构架

▲ 英伟达显卡Drive PX2芯片构架

奥迪车:Mobileye ASIC英伟达显卡GPU Altera FPGA 英飞凌MCU的多芯片集成化计划方案。全新奥迪A8公布了自个的zFAS控制板计划方案。zFAS一共有四块性能高的CPU:1)Mobileye的EyeQ3承担视觉效果信息资源管理,包含交通标识鉴别、路人鉴别、撞击提示、车道线检测等;2)英伟达显卡的Tegra K1 SoC承担360°环顾影象;3)Altera的Cyclone5 FPGA承担感应器结合、地形图结合、协助停车等;4)英飞凌的Aurix系列MCU用以交通堵塞操纵、辅助驾驶等。

▲ 奥迪车A8的测算服务平台构架

在汽车主控芯片芯片行业,GPU仍将维持通用性汽车主控芯片芯片的流行影响力,FPGA做为合理填补,ASIC将成最终方位。

当今人工智能技术及无人驾驶优化算法并未定形,GPU做为通用性网络加速器,预估仍将在非常长一段时间内维持其汽车主控芯片芯片的流行影响力;FPGA做为硬件加速器,料将变成GPU的合理填补;未来假如全部或一部分无人驾驶优化算法得到干固,ASIC将变成最佳性价比高的最终挑选。

▲ 汽车主控芯片芯片数据图

1、英伟达显卡:GPU垄断性优点,从智能座舱到无人驾驶

英伟达显卡收益纯利润持续增长,汽车为长期性驱动力。英伟达显卡是GPU行业领头,长期维持超70%市场占有率。英伟达显卡2018财政年度(相匹配2017自然年)收益97.1亿美金,同期相比 40.6%;纯利润30.5亿美金,同期相比 82.9%。

▲ 全世界独立显卡GPU市场占有率(2009-2017)

▲ 英伟达显卡主营业务收入(万美元)

▲ 英伟达显卡纯利润(万美元)

英伟达显卡数据驾驶舱电子计算机Drive CX:运用优秀3D导航栏、高像素数据仪表盘组、当然视频语音解决及图象处理完成安全驾驶协助功能。Drive CX的核心是根据Maxwell构架的Tegra X1 SoC,除此之外也有选配备为Tegra K1 SoC。

DRIVE CX的关键功能包含:1)自然语言处理,根据语音识别技术进行地址查询、通话手机联系人等功能;2)3D导航栏和信息内容游戏娱乐,为诸多应用软件给予高像素、高帧率的图型表明;3)全数据仪表盘组,根据仪表盘组或抬头显示器HUD给予充足的图型表明;4)围绕视觉效果,运用繁杂的健身运动修复构造技术性和优秀的拼凑技术性,改进鱼眼镜头的图象3D渲染、降低有叠影状况,并可在高细致实体模型中3D渲染出一辆虚似汽车,完成真实的围绕视觉冲击;5)连接Android Auto,有着Android智能机或iPhone的驾驶人员可以轻轻松松浏览自身的移动设备,与地形图、检索和歌曲等运用开展互动交流。

▲ 英伟达显卡数据驾驶舱电子计算机Drive CX

英伟达显卡无人驾驶汽车服务平台Drive PX:将深度神经网络、感应器结合和围绕视觉效果紧密结合,力争更改行车感受。Drive PX的关键功能包含:1)感应器结合,可以结合来源于12个监控摄像头、毫米波雷达、毫米波雷达和超声波传感器的数据信息;2)机器视觉和深度神经网络,适用运作DNN(Deep Neural Network,深度神经网络)实体模型,可完成智能检测和追踪;3)端到端超清绘图,可迅速建立并不断创新高清地图;4)软件开发工具包DriveWorks,包括了产考的应用软件、专用工具和库控制模块。

▲ 英伟达显卡无人驾驶汽车软件开发平台Drive PX

2、intel:积极主动企业兼并回收,涉足无人驾驶专用型芯片

intel传统式业务流程提高困乏,涉足汽车行业造就销售业绩新突破点。intel以前是全球最大的半导体芯片生产商。

据PassMark统计分析,2017Q1intel占有全世界CPU领域的市场占有率为80%。近几年来伴随着手机的盛行与个人计算机销售市场的萧条减少,芯片本职收益增长速度显著降低,企业主营业务收入被三星电子超过。企业曾试着生产制造了手机处理器但最终主要表现落败,并迫不得已散伙了承担该业务流程的单位。

近些年,intel根据大量收购积极主动合理布局无人驾驶汽车、物联网技术、人工智能技术、VR等新起行业,造就销售业绩的新突破点,试图完成从传统式芯片生产商向多元化解决方法服务提供商转型发展。

▲ 全世界CPU市场占有率(2004-2017)

▲ intel主营业务收入(万美元)

▲ intel纯利润(万美元)

▲ intel按业务流程类型分拆主营业务收入(万美元)

▲ intel近三年回收趋势

intel回收Mobileye:全世界视觉效果ADAS管理者。Mobileye是全世界视觉效果ADAS市场领导者之一,把握ADAS销售市场80%市场份额,有着充足的视觉效果ADAS商品。Mobileye的专用APP优化算法和EyeQ芯片能对视觉效果信息内容展开深入分析并预测分析与别的车子、路人、单车或别的阻碍物的会撞击,还可以检验路面标识、交通标识和交通指示灯。

截止到2017年底,Mobileye的商品早已被用以27个主机厂的313款车系,当初销售量870万颗。2017年3月intel以153亿美金回收Mobileye,打造出intel运输队。运输队将包含各种各样汽车知名品牌和车系,以展现其多功能性和适应能力。L4级车子将被布署在国外、非洲和欧洲地区开展检测。

▲ Mobileye EyeQ5将助推汽车完成L4-L5级无人驾驶汽车

▲ intel的“车到云”系统软件计划方案

intel回收Altera:无人驾驶FPGA芯片早已批量生产。现阶段全世界FPGA销售市场关键被Xilinx和Altera刮分,累计占据近90%的市场占有率,累计专利权做到6000多种。

Altera的FPGA商品一共有四大系列产品,分别是顶配的Stratix系列(近万美金)、成本费与特性稳定的Arria系列(2000~5000美金)、便宜的Cyclone系列产品(10~20美金)、及其MAX系列产品CPLD。intel2015年公布进行对Altera的回收,协助快速上升的大数据中心与IoT业务流程。

▲ 2016年FPGA市场占有率遍布

3、高通芯片:凭着通讯优点,从信息内容游戏娱乐到车联网平台

高通芯片传统式经营收入下降,积极主动开展新型产业合理布局。高通芯片为全世界智能机SoC领头。

在汽车行业,高通芯片给予的解决方法包含:1)车截新闻资讯系统软件,为汽车提升拟定的蜂窝网解决方法;2)安全驾驶大数据平台,智能化搜集和剖析来源于不一样汽车感应器的数据信息,使汽车完成精确定位,监管和学习培训性能模式,认知周边环境,早已精确与外部分享此服务平台的信息内容;3)新闻资讯游戏娱乐,给予3D导航栏、线上媒体播放和驻车制动协助适用,及其视频语音、面部和设备鉴别等功能;4)电动式汽车无线快速充电技术,发布Qualcomm Halo WEVC无线快速充电技术解决方法。

▲ 全世界智能机SoC市场占有率(2016-2017)

▲ 高通芯片主营业务收入(万美元)

▲ 高通芯片纯利润(万美元)

▲ 高通芯片的新型产业合理布局

高通芯片发布车截信息内容车载多媒体解决方法。骁龙处理器汽车服务平台信息内容车载多媒体现分成简约(Select)、高档(High)和顶尖(Premium)计划方案。

简约计划方案可以支撑3个显示器,包含信息内容车载多媒体、仪表盘和抬头显示器(HUD);高档等级可以适用高达4个显示器,前座或后排座游戏娱乐可以有着独立的显示屏,与此同时还适用顶尖声频、低延迟无线传输超清视频、环顾解决,深度神经网络与机器视觉解决可辨别周边的路障和路人;顶尖计划方案可以适用高达6个显示器,包含仪表盘、信息内容车载多媒体、HUD、前座、后排座(2个不一样的显示屏)。

2017年CES展上,出展的法拉利硬件配置上配备订制的骁龙处理器汽车解决方法,包含骁龙处理器汽车级CPU、Gobi3G/4G LTE无线网络调制调解器、Wi-Fi和无线模块等。另一辆出展车菲亚特Portal,安裝了康佳车截游戏娱乐定义系统软件,此设备将以最新版的安卓系统汽车骁龙处理器芯片为工作中基本 。

▲ 骁龙处理器602A汽车CPU

高通芯片发布车联网平台芯片组,适用LTE及DSRC车联网平台骁。骁龙处理器X5 LTE适用LTE车联网平台,速率可达4类,下行速率为150Mbps,上行速度为50Mbps。骁龙处理器 X12 LTE适用速率高10类,适用下行速率达到60 MHz 3x CA(450Mbps)到互联网上涨链接中的 40MHz 2x CA(100Mbps)。

骁龙X16 LTE调制解调器支持高达1Gbps的峰值 ** ,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(H ** ),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。

功能芯片:技术较成熟,格局稳中有变

功能芯片市场较为成熟、格局较为稳定。据Strategy Analytics统计,2016年全球车载MCU安装量超25亿,平均每辆汽车安装25~30个 MCU。2016年全球汽车MCU市场TOP5分别为恩智浦(14%)、英飞凌(11%)、瑞萨电子(10%)、意法半导体(8%)、德州仪器(7%)。

相比于消费芯片及一般工业芯片,汽车芯片的工作环境更为恶劣:温度范围可宽至-40~155℃、高振动、多粉尘、电磁干扰等。由于涉及人身安全问题,汽车芯片对于可靠性及安全性的要求也更高,一般设计寿命为15年或20万公里。“车规级”芯片需要经过严苛 的认证流程,包括可靠性标准 AEC-Q100、质量管理标准ISO/TS 16949、功能安全标准ISO26262等。

一款芯片一般需要2~3年时间完成车规认证并进入整车厂供应链;而一旦进入之后,一般也能拥有长达5-10年的供货周期。高安全与高可靠性标准、长供货周期、与中下游零部件厂商和整车厂长久的合作关系是目前汽车芯片格局稳定的主要原因。

▲ 汽车级芯片 vs 消费类、工业级芯片

▲ 全球主要汽车MCU公司概况

▲ 典型汽车MCU的算力

▲ 2016年全球汽车MCU市场份额

功能芯片市场格局亦存变数:1)传统功能芯片厂商在保持原有份额的基础上,积极拓展主控芯片,如恩智浦Bluebox、英飞凌Aurix、瑞萨R-Car等;2)功能芯片厂商之间通过兼并收购整合优势,如恩智浦收购飞思卡尔、英飞凌意图收购意法半导体等;3)半导体巨头亦希望通过收购功能芯片厂商获取车载技术及渠道经验,如英特尔收购Mobileye,高通曾意图收购恩智浦等。

恩智浦:提供完整汽车半导体解决方案,Bluebox 平台支持L4级自动驾驶。

汽车电子布局:恩智浦汽车半导体产品覆盖MCU和MPU、车载网络、媒体和音频处理、智能电源驱动器、能源与电源管理、传感器、系统基础芯片、驾驶员辅助收发器、汽车安全等。

自动驾驶平台:恩智浦BlueBox是一款自动驾驶开发平台,集成了S32V234汽车视觉和传感器融合处理器、S2084A嵌入式计算处理器、S32R27雷达微控制器。BlueBox可完成多传感器融合(毫米波雷达、视觉、激光雷达、车联网),支撑 L4级自动驾驶,功耗小于40W,算力达90,000 DMIPS(Dhrystone Million Instructions executed Per Second,百万条指令每秒)。

视觉芯片:S32V234视觉处理器,拥有CPU(4颗ARM CortexA53和1颗M4)、3D GPU(Vivante GC3000)和视觉加速单元(2颗APEX-2vision accelerator),支持4路摄像头。可用于前视摄像头、后视摄像头、环视系统、传感器融合系统等,能实时3D建模,计算能力为50GFLOPs。同时,S32V234芯片预留了支持毫米波雷达、激光雷达、超声波的接口,可实现多传感器数据融合,最高可支持ISO26262ASIL-C标准。

雷达芯片:S32R27雷达处理器,采用两个e200z7 32位 CPU 和两个32位锁步模式e200z4,能够支持自适应巡航控制、智能大灯控制、车道偏离警告和盲点探测等功能。

▲ 恩智浦营业收入(百万美元)

▲ 恩智浦净利润(百万美元)

▲ 恩智浦Bluebox自动驾驶开发平台

英飞凌:覆盖集成电路与功率半导体,视觉及雷达芯片支持 ADAS 功能。

汽车电子布局:英飞凌汽车半导体产品覆盖车身半导体、汽车安全、底盘总成、动力总成、混合动力汽车和电动车、有源天线等。

自动驾驶平台:英飞凌推出Aurix自动驾驶域控制器,可完成传感器信号融合(雷达、摄像头、超声波和激光雷达)、计算最佳驾驶策略,并触发汽车中的执行器,支持增强型ADAS功能,如交通辅助、自主避障等。

视觉芯片:可实现车道偏离预警、前向碰撞预警、交通标志识别、行人识别等ADAS功能。

雷达芯片:1)77GHz远程雷达系统,采用 SiGe(硅锗)技术保证高频功能和耐用性,可用于避撞系统;2)24GHz近/中程雷达系统,同样采用SiGe(硅锗)技术,可用于盲点监测系统。

车内3D摄像头芯片:英飞凌推出3D图像传感器芯片Real3系列产品,采用飞行时间(ToF)相机测量3D环境,可识别驾驶员行为并将此信息传递给ADAS,还可以提升HMI体验如手势识别等 。

▲ 英飞凌营业收入(百万欧元)

▲ 英飞凌净利润(百万欧元)

▲ 英飞凌Aurix自动驾驶控制器架构图

瑞萨:多品类车载MCU和SoC,R-Car平台支持L4级自动驾驶。

汽车电子布局:瑞萨汽车半导体产品覆盖片上系统(SoC)、电源管理、电池管理、功率器件、通信器件、视频和显示等。

自动驾驶平台:瑞萨推出自动驾驶SoC R-Car,采用ARM CPU和PowerVR GPU,可扩展的硬件平台可覆盖入门级(R-Car E系列)、中级(R-Car M系列)及高级(R-Car H系列),支持多种开源软件(安卓、QNX、Linux、Windows、Genivi等)。此外,还有车外摄像头芯片(R-Car V系列)、车内摄像头芯片(R-Car T系列)、智能座舱芯片(R-Car D系列)、车联网芯片(R-Car W系列)等。

▲ 瑞萨营业收入(亿日元)

▲ 瑞萨净利润(亿日元)

▲ 瑞萨R-Car硬件及软件平台

意法半导体:安全主导的半导体制造商,ADAS产品覆盖视觉、雷达、车联网。

汽车电子布局:意法半导体的汽车半导体产品覆盖高级辅助驾驶系统ADAS、车身舒适系统、底盘和安全系统、新能源汽车、娱乐系统、移动服务、动力系统、通信和网络等。

视觉芯片:可用于前视、后视、侧视、以及车内摄像头的信号处理。此外,意法半导体与Mobileye合作开发EyeQ系列芯片,负责芯片制造技术、专用存储器、高速接口电路和系统封装设计,以及总体安全架构设计。

雷达芯片:1)77GHz远程雷达系统,STRADA770 单芯片收发器,可覆盖76-81GHz,可用于自适应巡航ACC、自动制动AEB、碰撞预警FCW、换道辅助LCA、行人检测PD等功能;2)24GHz短程雷达系统,STRADA431芯片,包含一个发射器和三个接收器,适用于盲区检测BSD、换道辅助LCA、泊车辅助PA、倒车侧方检测RCTA、碰撞缓解制动CMB等。

车联网芯片:基于DSRC的V2X解决方案,意法半导体和以色列V2X厂商Autotalks于2014年开始合作研发V2X芯片组。在2018CES上展出的V2X解决方案整合了意法半导体的Tele ** co3车载信息服务平台和Autotalks的CRATON2芯片组。

▲ 意法半导体营业收入(百万美元)

▲ 意法半导体净利润(百万美元)

▲ 意法半导体ADAS系统

德州仪器:提供开放式ADAS SoC解决方案。

汽车电子布局:德州仪器的汽车半导体产品覆盖高级辅助驾驶系统ADAS、信息娱乐系统与仪表组、车身电子装置与照明、HEV/EV和动力系统等。

自动驾驶平台:德州仪器ADAS主要产品是TDAx系列,包括TDA2x、TDA3x、TDA2Eco三款SoC,基于异构硬件和通用软件架构,可提供可扩展的开放式ADA解决方案。TDA2x于2013年10月发布,主要面向中到中高级市场,配置了2颗ARM Cortex-A15内核与4颗Cortex-M4内核、2颗TI定浮点C66xDSP内核、4颗EVE视觉加速器核心,以及I ** ginationSGX544GPU,主要应用于前置摄像头信息处理,包括车道报警、防撞检测、自适应巡航以及自动泊车系统等。

TDA3x于2014年10月发布,主要面向中到中低级市场,其缩减了包括双核A15 及SGX544GPU,主要应用在后置摄像头、2D或2.5D环视等,可支持车道线辅助、自适应巡航控制、交通标志识别、行人与物体检测、前方防碰撞预警和倒车防碰撞预警等多种ADAS算法。

传感器芯片:包括摄像头芯片(前视、后视、侧视、环视)、雷达芯片(远程、短程、多模式)、扫描激光雷达芯片、超声波芯片,以及传感器融合芯片等。

▲ 德州仪器营业收入(百万美元)

▲ 德州仪器净利润(百万美元)

▲ 德州仪器TDAx产品对比

小结

汽车从“功能机”进化为“智能机”,从“汽车电子”到“无人驾驶”。战略看好智能驾驶产业链中汽车芯片为其中的核心元器件。

从全球范围看,布局汽车芯包括:英伟达、英特尔、高通等;潜在的兼并收购标的包括:英飞凌等。从车载娱乐系统等安全等级要求较低的产品入手,有望逐渐从后装渗透至前装、从国产整车厂渗透至合资车厂