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智能座舱、算力为王
就在几年前，手机芯片的性能还要大大的超过汽车芯片，这也导致车机的算力比不上手机，消费者更倾向于用手机在汽车里实现导航和娱乐功能。随着“电动化、智能化、网联化、共享化”这新四化已经成为汽车产业发展的方向，对于汽车座舱带来一个重要的变化就是对高算力的需求。
2020年，被业界定义为“智能电动汽车元年”，这一年电动汽车中智能座舱的比例开始迅速提升。如特斯拉升级MCU2，Modle3中控变身游戏机，奔驰升级MBUX计算芯片，带来了3D实景导航、多屏多媒体交互；小鹏i车型升级骁龙820A，G3的UI和流畅度瞬间跟上了高一档的P7。尽管购车群体还不会如同手机消费群体一样，因为一颗芯片选择购买一款车，但是这种趋势已经开始逐渐显现。
智能座舱的核心在于一颗芯片提供算力，实现多屏融合。同一芯片模组支持中控大屏、数字仪表、后座娱乐屏等设备，优势是减少ECU数量，避免多个芯片时的通信和性能问题，同时降低成本。以往实现一芯多屏的难点主要在于芯片需要强大的处理器以及复杂的软件操作系统，但是随着高通等消费电子领域的厂商杀入汽车领域，算力已经不再是瓶颈。
独霸座舱芯片江湖的高通
2014年CES，高通第一次展露自己的智能座舱计划。从602A到820A，高通还没有发力。知道2019年，高通将消费领域的产品平移到了车载平台。
从已经公开的资料来看，高通座舱平台目前的算力遥遥领先其它竞争对手。2020年是高通座舱芯片的出货大年，核心出货量比较大的车型包括奥迪改款A4L、本田雅阁十代等，并且大部分新能源车型都选择高通820A作为座舱芯片。
高通第二代座舱芯片含三块芯片，分别是SA6155P、SA8155P、SA8195P，其中SA8155P源自高通手机芯片骁龙855，并且手机和车机855是同步开发并推出。SA6155P的原型是骁龙6150，一款未进入中国市场的消费级SOC。
相比820A，8155堪称划时代级别的升级，和手机领域的骁龙855一样，骁龙8155也采用了台积电7nm工艺，成为全球首款7nm工艺打造的车规级数字座舱SOC。
SA8155P开发板
SA6155P采用了三星的11纳米工艺（本质上是14纳米优化版），两个大核心6个小核心的设计，性能略强于820A，但和8155同时支持WiFi6和蓝牙5.0。而作为旗舰产品的SA8195P，则源于源自PC系列平台骁龙8C。传言说凯迪拉克于2022年1季度上市的电动SUV即Lyriq第一个采用SA8195P，不过根据为Lyriq提供HMI界面的Altia的介绍，似乎Lyriq用的还是SA8155P。
SA8195P的推出，使得高通在智能座舱领域独孤求败，在同一时间内遥遥领先竞争对手，逐渐成为了中高端汽车的标配。短短6年，高通就从车载SOC领域的新人一跃登上性能王座，并占据了大量的市场份额。
那么，高通的竞争对手在做什么？为何坐视高通在汽车领域迅速崛起呢？
高通的那些对手们？
主流座舱芯片厂商盘点，来源：与非研究院制表
在座舱领域，高通不是唯一的选择，但对手并不给力。目前，进入智能座舱芯片竞争赛道的，主要包括两大势力：一类是传统的汽车芯片供应商，如恩智浦（i.MX系列）、瑞萨（R系列）、德州仪器（Jacinto系列）和意法半导体（Accordo系列）；一类是如高通一样的消费类芯片供应商，如英特尔、谷歌、三星、华为、联发科、英伟达等。
在2015年之前，车载数字座舱芯片的销量冠军曾经是日本瑞萨半导体。而瑞萨如今最旗舰的车用芯片“H3”，使用的还是与高通骁龙810同代的ARMCortex-A57+A53架构组合，在性能上远远落后于骁龙820A。H3基于16纳米工艺制作，CPU部分由ARMA57架构大核和A53架构小核组成。来自2014年的技术指标，瑞萨却已经用了整整5年，并且在瑞萨官网，第四代R-Car产品还是空白。
同样令人失望的还有恩智浦i.mx和德州仪器Jacinto，这两个几年前数字座舱领域的绝对王者。首发搭载于福特新一代锐界的恩智浦i.mx8，和今年1月份发布的德州仪器Jacinto7，都犯了传统工业半导体厂商的老毛病：太慢。当高通已经首批将7纳米工艺通过车规级测试的时候，这些传统汽车芯片供应商的工艺仍然停留在28nm。
比如说，福特去年在他们部分新车上使用了基于恩智浦iMX8处理器的数字座舱方案。而iMX8Max使用的还是28nm制程，只有双核A72+四核A53的CPU架构配置。
再来看消费类芯片阵营：英伟达在数字座舱领域也一直在耕耘。包括奥迪、宝马、特斯拉都采用过Tegra3芯片，奔驰新一代S级，里面就搭载了定制版的英伟达TegraX2芯片。可惜TegraX2是一款纯粹的计算芯片，意味着WiFi模块、通讯模块都需要外挂，无形中增加了系统成本和不稳定因素。更要命的是，基于16纳米工艺打造的X2早已跟不上时代节奏，只能靠多个SOC并行运算维持性能，但功耗又会很高。
英特尔2016年推出A3900系列后，一直没有更新产品的计划，可能是英特尔产品线太广了，没有那么多精力，这给了高通可乘之机，虽然A3900系列获得了宝马、现代、通用、Stellantis、沃尔沃、红旗、斯巴鲁的大量使用。
2017年，三星发布了Exynos猎户座芯片的汽车子品牌——ExynosAuto。到了2019年，三星终于找到了第一个合作伙伴，就是奥迪。ExynosAuto目前只有一款产品，叫做ExynosAutoV9。采用三星自研8纳米工艺（本质上是优化版的10纳米）制造的V9芯片，包含了多达8个A76高性能核心，主频为2.1GHZ。至少从参数而言，三星V9的性能明显优于高通8155。但是V9和英伟达TegraX2一样是一颗纯计算芯片，包括5G、WiFi、蓝牙等连接功能都需要外挂。
联发科车载领域产品代号黄山，联发科于2016年开始研发车载芯片，一度是独立的事业部，2020年9月并入智慧装置事业部。座舱芯片MT2712的厂家主要有大众、现代、奥迪，合作Tier1有三星哈曼、LG电子、伟世通。如同高通的SA8195P就是针对笔记本电脑领域骁龙8Cx的车规版，联发科与之对应的是MT8195也主打笔记本电脑领域，6纳米工艺比SA8195P的7纳米要先进一点，预计在2022年上市。
制程老旧、架构落后、性能孱弱，这三个词几乎可以形容那些远比高通资历更老，并且曾经占据着车载数字座舱方案市场大部分份额的老牌半导体厂商。总结一下原因，为何传统汽车芯片供应商的产品定义逐渐落后？因为所谓“智能汽车”，其实不过是这几年才逐渐为消费者所看重的概念。在差不多四、五年之前，当时绝大多数车企根本就没有“车载计算”的概念，并不需要车辆具备什么自动驾驶能力、更不打算推出车联网产品。传统汽车芯片供应商出于对研发成本的考量，制程、算力升级积极性较差。
以高通、三星为代表的消费电子厂商可以依靠下游出货量较大的手机等产品来分摊高昂的研发成本，在制程升级方面具备更高积极性以及在开发高算力产品方面具有显著的技术优势，因此在中高端座舱SoC份额提升较快。很显然，高通正在汽车芯片领域强势复制他们在手机行业上的成功。而从目前其他所有竞争对手的产品线来看，现在还没有第二家能够追得上高通的步伐。高通第三代6155,8155刚刚SOP落地，第三代（顶级版）8195ES和第四代8295Alpha去年年底差不多同一时间一起亮相，基本上没有给竞争对手还手机会。
也许是感受到了巨大的压力，据说NXP正在定义的下一代iMX8.5/10将在性能上有一个较大的提升，上市时间将在2022年的下半年，不过根据笔者收集到的信息来看，iMX8.5/10的性能也只是接近骁龙SA8155P。
最牛国产座舱芯片易主
除了这些成名已久的国际芯片大厂，智能座舱领域的玩家还包括国产芯片厂商。虽然目前杀入座舱芯片的国产玩家非常多，几乎所有具有CPU/AI开发能力的厂商都希望进来分一杯羹，但大多数产品还停留在产品定义和PPT阶段。在竞争激烈的智能座舱领域，既有传统汽车芯片大厂环伺，也不乏从手机芯片市场转入战局的国际大厂，国内市场此前还未出现真正上车的国产高性能智能座舱芯片。现阶段值得重点关注的厂商主要有三家：芯驰科技、芯擎科技、华为海思。
在2021年12月之前，从公开信息来看，产品定位最高端的国产座舱芯片是芯驰科技的X9U。这款芯片发布于2021年上海车展期间，CPU总算力达到100KDMIPS，3D图形性能达到300GFLOPS，AI计算性能达到1.2TOPS，能够实现高算力、高性能、高可靠的智能座舱场景应用，为用户打造极致的舱内互动体验。从产品定义来看，X9U接近高通的SA8155P。X9U智能座舱芯片充分考虑了未来智能汽车的商用场景，不仅集成了包括语音互动、导航、娱乐等在内的座舱场景，也同时兼顾了环视、DMS、OMS、自动泊车等ADAS功能。
华为海思因为众所周知的原因，其座舱芯片的上市时间被大幅度的延后。目前能上车的主要是中芯国际代工的麒麟710A芯片，14纳米工艺，8个低功耗低性能核心，不支持原生5G和WiFi6、蓝牙5.0。虽然性能差强人意，但胜在便宜稳定。而本来可以对标高通最高端产品SA8195P，在座舱领域具有领先优势的5G车载SOC麒麟990A，也因为禁令的原因一再延后，预计要到2023年才会上市。
“龍鹰一号”新一代7纳米车规级智能座舱芯片
2021年12月10日，芯擎科技发布其最新的座舱芯片产品“龍鹰一号”。这颗芯片是国内唯一由台积电代工生产的7纳米芯片，也是目前市面上极少数采用7纳米制程的高端智能座舱芯片。芯擎科技董事兼CEO汪凯博士介绍道，“本次发布的‘龍鹰一号’7纳米车规级智能座舱芯片是国内首款7纳米工艺制程高端智能座舱芯片，内置8个CPU核心，14核GPU，8TOPS int8可编程卷积神经网络引擎，这几个硬指标意味着这颗芯片能全时全速提供澎湃算力。强大的CPU、GPU、VPU、ISP、DPU、NPU、DSP异构计算引擎以及与之匹配的高带宽低延迟LPDDR5内存通道和高速大容量外部存储，为芯片应用提供全方位的算力支持，经过验证实测性能赶超国际同类产品。”
从现场公布的性能参数对比图来看，“龍鹰一号”直接对标高通最高端产品SA8195P，工艺跟高通8155一致7nm，部分IP和指标看齐高通8195甚至8295，参数上大大超过某国际传统汽车芯片大厂。
除了“龍鹰一号”，龍鹰二号和三号芯片也在继续规划之中。值得关注的是，按照规划，芯擎科技还将会在2024到2025年陆续推出5nm的车载一体化超算平台芯片，以及高算力自动驾驶芯片，算力达到256TOPS，满足L3智能驾驶的需求。同时，通过多芯组合，算力可拓展，可满足更高级别自动驾驶的算力需求。
为何说7nm是智能座舱芯片门票？
芯擎科技董事兼CEO汪凯博士介绍“龍鹰一号”、产品线和公司未来
“龍鹰一号”是国内唯一由台积电代工生产的7纳米芯片，也是目前市面上极少数采用7纳米制程的高端智能座舱芯片。之所以第一款产品就选择7nm工艺，是因为芯擎的定位是做全球领先的产品，更因为芯擎的团队是行业内为数不多有开发先进制程芯片经验的团队，之前就有具有开发10nm/8nm芯片的经验。芯擎科技的董事兼CEO汪凯博士在半导体行业从业多年，具有丰富的汽车芯片开发经验。选择7纳米工艺的根本原因则是市场对汽车智能座舱运算能力的需求，因为对于SOC的功耗和发热有了更苛刻的要求。
7纳米是什么概念？比起骁龙820A、特斯拉Autopilot硬件3.0、英伟达Xavier等SOC采用的14纳米工艺，足足领先了两个世代。先进工艺的引进为降低芯片功耗奠定了坚实的基础。由于每一代半导体工艺相比前一代有超过10%的功耗优势，在相似工作负荷和性能的条件下，新工艺可以在已有成熟工艺的基础上大幅降低芯片能耗，从而降低系统散热的难度、延长芯片的使用寿命并有助于改善系统的稳定性。
除了应用先进工艺，在芯片和系统设计方面也需要采取多种技术措施对GPU功耗进行管理和优化。这些措施包括了大量的细致深入的设计，比如根据计算负载实时调整GPU的主频，通过精细化的clockgating、powergating设计实现细粒度的节能设计，对轻载工作任务仅启用部分GPU内核等等。在SoC层面针对图形系统做内存带宽压缩，也能有效的降低芯片的整体功耗。
目前业界有一种说法，那就是接下来的座舱芯片，如果工艺上低于7nm，将失去在该领域继续竞争的门票。芯擎科技董事兼CEO汪凯博士也赞同这一观点，他认为如果做不到7nm，是很难进入下一代的智能汽车中的。
当然，首颗芯片就定义如此高端，在后续的量产化和商业化中肯定会面临巨大的困难和挑战。与消费级设备不同，汽车对芯片和元器件的工作温度、运行稳定性、抗干扰性能、使用寿命、更低故障率的要求更高，比如：车规级芯片对故障率要求是小于10亿分之一，而消费级芯片对故障率的要求是小于千分之三，二者差距巨大，可以看出车规级芯片对故障率的要求近乎于零容忍。
基于此，汽车行业内公认的AEC-Q系列认证，作为汽车电子元器件的通用测试规范，是产品进入车企落地量产必备的“通行证”。
据了解，“龍鹰一号”达到AEC-Q100Grade 3级别，采用符合ASIL-D标准的安全岛设计，内置独立的Security Island信息安全岛，提供高性能加解密引擎，支持SM2、SM3、SM4等国密算法，支持安全启动，安全调试和安全OTA更新等。
另一个困难是目前困扰整个汽车芯片领域的产能问题。不过一方面“龍鹰一号”还没有大规模量产，另一方面目前上游晶圆产能紧张的部分主要集中在低端工艺，相对来说7nm工艺并没有那么紧张。预计到“龍鹰一号”量产的时间点，7nm的芯片产能将不会有太大问题。
最后，据笔者了解，目前包括黑芝麻、地平线、紫光展锐、瑞芯微、全志等国产芯片厂商都在摩拳擦掌希望进入智能座舱领域，接下来这个市场将会很热闹。不过考虑到车载芯片的竞争门槛要大大高于消费类芯片，因此该领域的竞争如果没有独家秘笈，估计最终只是陪跑的角色。
