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ADAS/AD主控芯片研究:集成趨勢下的短板與變革

2020/10/20
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佐思汽研發(fā)布《2020 年 ADAS/AD 主控芯片產(chǎn)業(yè)研究報告》。
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隨著 L2 滲透率越過 15%之后,L2 將走向普及階段。L2.5 車型將進入密集發(fā)布期,L3 和限定場景的 L4 量產(chǎn)也已經(jīng)不遠。

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當汽車配置邁向高階自動駕駛時,環(huán)境感知傳感器開始大量安裝,對主控芯片的算力和算法要求越來越高。
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資料來源:英飛凌

單一類型的汽車處理器,無論是 FPGA、CPU、GPU 還是 ASIC,都無法滿足高階自動駕駛車輛的需要。集成 CPU、GPU、NPU、ISP 等一系列運算單元的系統(tǒng)級 SoC(主控芯片),開始成為市場競爭的焦點。
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在主控芯片領域,不同廠商有著不同的技術(shù)路線,主流方案為不同芯片構(gòu)型的異構(gòu)融合。CPU 負責邏輯運算和任務調(diào)度;GPU 作為通用加速器,可承擔 CNN 等神經(jīng)網(wǎng)絡計算與機器學習任務,將在較長時間內(nèi)承擔主要計算工作;FPGA 作為硬件加速器,具備可編程的優(yōu)點,在 RNN/LSTM/ 強化學習等順序類機器學習中表現(xiàn)優(yōu)異,在部分成熟算法領域發(fā)揮著突出作用;ASIC 可實現(xiàn)性能和功耗最優(yōu),作為全定制的方案將在自動駕駛算法成熟后成為最終選擇。

Mobileye 是做傳統(tǒng)算法起家的。EyeQ5 主要有 4 個模塊:CPU, CVP(計算機視覺處理器), DLA(深度學習加速器) 和 MA。從各個模塊的大小來看,CPU 和 CVP 是大頭。CPU 占據(jù)很大空間。CVP 是針對很多傳統(tǒng)計算機視覺算法設計的 ASIC。Mobileye 一直以傳統(tǒng)計算機視覺算法而聞名,也因為低功耗而受到廣泛歡迎。DLA 在 EyeQ5 最初的宣傳材料里并沒有出現(xiàn),是后來才加進去的。DLA 在整個芯片里占據(jù)的比例還是較小,應該是受市場壓力才添加的。

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Mobileye 先知先覺,早早選擇出售給 INTEL,未來可以和英特爾的 CPU、FPGA 技術(shù)資源整合。目前 EyeQ5 的短板是開放性不足,加上算力不強,車企用戶并不多,公開的只有四家,比英偉達 Xavior 少了很多。

主要車企和 Tier1 的 ADAS/AD 主控芯片選擇表(部分)

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我們推測 Mobileye 為了解決開放性問題,投入很大力量補課。NXP瑞薩也在補課,除了完善 API、工具鏈、生態(tài)鏈,還參股和收購相關企業(yè),如 NXP 投資 Kalray,瑞薩收購 IDT。

剛才提到 Mobileye 的算法解決方案還是以傳統(tǒng)計算機視覺算法為主,深度學習算法為輔。而 Mobileye 的主要競爭對手 Nvidia 則是以深度學習算法為主。

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Xavier 主要有 4 個模塊: CPU,GPU,DLA(深度學習加速器)和 PVA。占據(jù)最大面積的是 GPU,然后 CPU,最后輔以兩個專用 ASIC:一個是用于推理的 DLA,還有一個是加速傳統(tǒng)計算機視覺算法的 PVA。

英偉達最強大的地方,其實是它的開放性和工具鏈。

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2019 年的 GPU 技術(shù)大會上,英偉達推出 NVIDIA DRIVE AP2X。這是一套完備的 L2+級別自動駕駛解決方案,其中包含 DRIVE AutoPilot 軟件、DRIVE AGX 和 DRIVE 驗證工具。為了增強制圖和定位功能,DRIVE AP2X 軟件增添了 MapNet,用于識別車道和地標。
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DRIVE AutoPilot 負責在地圖上準確定位并規(guī)劃安全高效的行駛路線,Drive Works 則為開發(fā)人員提供了參考應用程序、工具和一個全面的模塊庫。ClearSightNet 是英偉達基于攝像頭的障礙物感知軟件,該軟件將會實時監(jiān)測車輛檢測攝像機的失靈狀況,它接受實時攝像機傳回的畫面,評估每一幀以檢測攝像機是否失靈。

強大如英偉達,也有短板,就是功耗太大。高通芯片和 TI 芯片都只需風冷散熱,而英偉達芯片和特斯拉芯片需要水冷散熱。這是追求高算力的副作用。

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“主要車企和 Tier1 的 ADAS/AD 主控芯片選擇表”中還有一個重要選手是賽靈思,憑借 FPGA 的獨特優(yōu)勢(低功耗、低時延、高性價比)也獲得眾多汽車行業(yè)客戶。在 ADAS/AD 主控芯片集成化趨勢下,賽靈思也不甘心做配角。
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2018 年,Xilinx 正式推出 Versal ACAP,這是一個完全支持軟件編程的異構(gòu)計算平臺,可將標量引擎、自適應引擎和智能引擎相結(jié)合。這表明 Xilinx 打算從一家專業(yè)芯片制造商轉(zhuǎn)型為一家計算平臺提供商。

Xilinx 產(chǎn)品從傳統(tǒng)的 FPGA 到 SoC(具有單個硬核心處理器的 FPGA 可編程結(jié)構(gòu))、MPSoC(具有多個硬核心處理器的 FPGA 可編程結(jié)構(gòu))、再發(fā)展到 RFSoC(具有 RF 功能的 MPSoC)和 ACAP(自適應計算加速平臺)。

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2019 年,Xilinx 正式推出了一個名為 Vitis 的統(tǒng)一軟件開發(fā)平臺,降低開發(fā)人員利用 FPGA 的障礙。Vitis 軟件平臺支持異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu),包括 Zynq SoC,MPSoC 和 Versal ACAP 等。Vitis 能夠讓開發(fā)者在無需深入掌握硬件專業(yè)知識的情況下,即可通過軟件或算法代碼來自動適配。

總之,推出 Vitas 和 Versal 的目標,是將 Xilinx 從一個 FPGA 供應商轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€靈活的、可適應的計算平臺供應商。

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ADAS/AD 主控芯片市場競爭日趨激烈,除了取得不錯收獲的 Mobileye, 英偉達和賽靈思,老牌汽車芯片廠家 NXP、瑞薩等也在力爭趕上潮流。消費電子領域的重量級選手高通和華為正在重兵殺入 ADAS/AD 主控芯片市場,初創(chuàng)企業(yè)地平線、黑芝麻和芯馳借國產(chǎn)替代東風也小有收獲。

集成趨勢下,無人不變革。未來不可測,一切皆可能。

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