在电动化、智能化趋势下,汽车需要呈现电量、续航里程、电池状态,高精地图等信息,传统中控仪表已经难以处理庞大的信息,与此同时自动驾驶功能逐步渗透,驾驶员对车辆操控频次减少,座舱作为人机交互的主要入口将负责更多功能集成,因此也将成为车企率先变革的单元。
2015年开始,汽车座舱进入智能时代。其代表是大尺寸中控液晶屏取代了传统的中控,全液晶仪表取代了传统机械仪表。而随着中控屏与仪表盘一体化设计的方案开始出现,少数车型新增HUD抬头显示、流媒体后视镜等,人机交互方式多样化,智能化程度明显提升。随着智能化程度进一步升级,未来一芯多屏、多屏互融、立体式虚拟呈现等技术开始逐步普及,这也对智能座舱产业链上下游都提出了更高的要求。
智能座舱市场规模预测,来源:ICVTank
根据ICVTank公布的数据显示,2018年中国智能座舱的市场规模为396.9亿元,预计2025年将攀升至1030亿元,2018-2025年期间的CAGR达到15%。目前,全球传统座舱市场基本由大陆、伟世通、电装等海外Tier1所主导,行业格局“形似稳固”,但国内Tier1厂商也在蠢蠢欲动,随着“造车新势力”以及本土科技公司在该领域的涌现,国内零部件供应商存在较大替代空间。
主流智能座舱域芯片对比
智能座舱是车载信息娱乐系统、流媒体后视镜、视觉感知系统、语音交互系统、智能座椅以及后排显示屏等电子设备组成的一套完整系统。在车载信息娱乐系统中应用的芯片主要有主控SoC、电源管理芯片(PMIC)、音频管理芯片(DSP&Tuner)、存储器以及MCU。在流媒体后视镜中,主要包括主控制器(MCU或SoC)、电源模块、显示屏、感光传感器等。在视觉感知和语音交互系统中,所包含的芯片有AI芯片和语音、图像识别传感器等。
芯擎科技董事兼CEO汪凯博士
相比传统座舱,智能座舱的一个重要变化是汽车电子电器架构从Domain架构向Zone架构演化,这也对座舱芯片提出了更高的要求。芯擎科技董事兼CEO汪凯博士表示,在域集中架构下,座舱SoC多核化大势所趋。随着座舱DCU的快速渗透,主控SoC算力需求将显著升级。根据罗兰贝格报告,2025年全球基于多核SoC芯片的智能座舱方案渗透率将由2020年的20%提升至55%,在2030年将达到87%。
主流智能座舱域芯片对比情况,资料来源:各公司官网,国信证券经济研究所
目前,进入智能座舱芯片竞争赛道的,除了传统电子厂商,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)外,更有越来越多消费电子类芯片企业也开始布局发力车载芯片领域,如高通、英特尔、谷歌、三星、华为、联发科、英伟达等一芯多屏的的行业发展趋势对芯片算力及拓展性等方面提出更高要求,目前主流的智能座舱方案大多以市面上几款较高算力的芯片作为主芯片。其中出货量较高的芯片品牌包括高通、英伟达、瑞萨等。
今年,长安汽车与地平线基于该芯片联合开发了智能座舱NPU计算平台,并搭载在其今年推出的全新车型UNI-T上,征程2业已成为首个上车量产的国产AI芯片。日前,纯电SUV奇瑞蚂蚁上市,新车也搭载了地平线征程2车规级AI芯片,实现了L2+级自动驾驶。截止目前,地平线在智能驾驶领域已同奥迪、一汽红旗、上汽集团、广汽集团、长安汽车、比亚迪、理想汽车、长城汽车等车厂达成深度合作,初步建成覆盖智能驾驶和智能座舱的智能汽车芯生态。
座舱域控制器供应商及其产品,来源:佐思产研
座舱域控制器通过以太网/MOST/CAN,将实现抬头显示(HUD)、仪表盘、导航、车载娱乐等部件的融合在一起,甚至可以进一步整合智能驾驶ADAS系统和车联网V2X系统,实现优化智能驾驶、车载互联、信息娱乐等功能。座舱域控制器的核心技术在于芯片,包括德州仪器的Jacinto7、NXP的i.mx8、瑞萨的R-CARM3/H3、高通的820A/835A等产品,华为推出了麒麟芯片用于该领域。下游域控制器方面,除了传统国际汽车Tier1博世、安波福、伟世通等,国内企业德赛西威、布谷鸟、华为等均已推出相关产品。
瑞萨电子中国,汽车新事业开拓统括中心,统括经理王璐
瑞萨电子中国汽车新事业开拓统括中心统括经理王璐认为,智能座舱芯片的特性,首先是算法算力的提升。由于智能座舱功能日益复杂,需要高算力的芯片来支持例如操作系统、ADAS等软件的运行;其次,芯片的安全性、良好的散热、灵活、可持续以及高集成度对于智能座舱芯片也是十分有必要的。王璐介绍,瑞萨在智能座舱方面,可提供丰富且多性能的功率器件、PMIC、多路的时钟芯片、专为智能座舱打造的车规级MCU以及R-Car平台。
作为深耕行业汽车电子多年的制造商,瑞萨电子在智能座舱领域推出了许多产品和解决方案。包括,域控制单元、全图形仪表盘、车载信息娱乐系统等,这些领域全部都是基于瑞萨R-Car开发。王璐表示,瑞萨R-CarSOC的产品线覆盖了车内很多应用场景,在车载娱乐方面,瑞萨的客户有基于R-CarD/E系列研发的仪表盘,或者使用R-CarH3/M3去做中控导航的场景,也有拿R-Car产品去做一些大型网关和中央域控制器的场景,还有R-CarV系列去做自动驾驶以及前视感知的场景。“瑞萨R-Car整个产品延度非常广,可以覆盖到车里的各个应用场景。我们的方案可以支持主流的中控屏、仪表盘。”王璐表示。
据介绍,瑞萨在几年前成立了R-Car联盟,与众多合作伙伴在这个平台上面打造一个比较好的生态环境。通过R-Car平台可为客户提供端到端的方案,包括云端服务以及感知算法,感知的平台,以及车辆控制方面一个比较完整的方案。而其中一大特色就是OTA,以网关为例,你需要通过网关的方式把固件升级到各个车里的ECU上面,现在车里的ECU也正在往集中方向走,所以OTA支撑的需求也越来越强烈。对于硬件来说很重要的需求就是需要一个硬件的加解密,我们的MCU系列都会有硬件加解密模块,可以把传输升级的软件镜像进行一个校验,把需要的软件通过CAN或者其他以太网的方式传输到车内的各个ECU去实现一个软件的OTA,这样可以快速做一些软件功能升级和bug的修正。
ADI中国汽车电子事业部资深战略与业务发展经理Edward陈晟
在座舱领域,ADI多年来一直在座舱电子中的音频系统持续发力,提供A2B音频总线,音频DSP芯片,赋能智能座舱语音以及完美的声音体验。ADI中国汽车电子事业部资深战略与业务发展经理Edward陈晟表示,车用音频正从过去单纯的娱乐系统,向信号输入、触发、处理与反馈的方向发展,并开始与汽车驾乘体验紧密结合。汽车上的音频设备将越来越多,音频质量将越来越好,而几乎所有新兴应用都需要多个声学传感器(如麦克风或麦克风阵列)来实现最佳系统级性能,因此需要一种简单但经济高效的互连技术来确保系统总成本最小化。要协调所有这些音频设备,并传输高质量的音频信号,连接技术的最新进展有望推动变革性应用在新世代车辆信息娱乐系统中迅速得到采用,车用音频总线变得不可或缺。
ADIA2B(汽车音频总线)技术便是专门用来简化新兴汽车麦克风和传感器密集型应用的连接挑战,它可提供高保真音频,并使音频布线重量减少75%,从而提高燃油效率。另外,A2B收发器在一条非屏蔽双绞线上传输音频、I2C控制、低速GPIO、时钟信号以及幻象供电,这也可以降低系统总BOM成本。A2B除了让布线更简单,例如车机可以通过非屏蔽双绞线直接连接麦克风模组,并且支持麦克风阵列。
而在智能创新应用的体现上,A2B技术还能更适应高级音频算法。因为音频节点有固定的延迟,可凭借DSP算法确保车内不同位置的音区独立性,以及实现回声消除、配合麦克风和功放进行ANC主动降噪、配合支持A2B接口的加速度传感器进行RNC路噪消除等功能。系统级诊断也是A2B的一大亮点。所有A2B节点都能够识别多种故障状况,其中包括断路、线束反接或线束短路至电源或地等。在出现断路、线束短路或线束反接等故障时,故障上游的A2B节点仍然能够正常工作,从而保证系统完整性。诊断功能还提供高效隔离系统级故障的能力,有助于后续维修。
除了音频之外,视频也是传统汽车信息娱乐系统的关键组成部分,随着电动汽车的流行,视频显示在汽车驾驶舱中的功能越发重要,大屏、多屏、互动屏成为趋势。另一方面,而随着汽车自动化驾驶和智能化发展趋势,视频摄像头也成为关键的功能组成部分。在座舱智能化方面,一些厂商探索通过摄像头实现对驾乘人员头部、身体位置以及眼睛注视情况的观察分析,监测车内人员的睡意和注意力分散程度,以及基于面部、身体和手势的智能交互,提供各个车内人员的人脸识别功能,从而实现个性化信息娱乐及服务以及拼车支付等功能。然而,现有的SD车用摄像头链路解决方案使用低带宽的线缆,例如非屏蔽双绞线和非屏蔽连接器。采用分辨率更高的摄像头后,带宽进一步增加,对传统视频信号连接链路带来极大挑战。为了解决这个问题,ADI新型车用摄像头链路技术——车用摄像头及视频总线(C2B),是针对车用摄像头链路进行优化的技术,且能够解决上述这些问题。
承上启下,Tier1为何如此重要?
如果将智能座舱产业链进行细分,除了上游的芯片原厂,下游的Tier0.5以及Tier1变得越来越重要。)Tier0.5/1级供应商主要以各大车企和传统Tier1供应商构成,如德赛西威、均胜电子、伟世通、博泰车联网等,近年来华为、BAT等互联网科技公司也开始加入这个阵营。传统的Tier2主要供应PCB、显示面板、功率器件等电子产品,未来产业将集中升级操作系统相关软硬件,如增加应用软件、中间件软件、自主定制操作个性化系统,这也逼迫Tier2供应商提升自己的研发能力,与车厂配合开发信息娱乐解决方案、驾驶显示解决方案和HUD为智能座舱的电子化技术升级,甚至未来参与到座舱的产品定义中,升级成tier0.5。比如德赛西威就率先明确要从传统Tier1转型Tier0.5,意味着为主机厂提供更多差异化的增值服务,实现更深入的绑定。
相较于主机厂主导的传统座舱产业链,智能座舱产业链中主机厂、Tier1、科技公司跨界融合趋势明显。站在主机厂角度,一方面软件和系统开发能力欠缺,相比科技公司处于弱势地位,另一方面不希望将用户和车辆信息完全开放给科技公司(比如宝马放弃对车辆信息要求过多的Androidauto),而对于科技公司而言,车规级应用和硬件集成经验不足,因此双方需要中间商的角色。
根据产业链调研,目前主流座舱芯片的价格在近百美元,域控制器硬件价格在数千元人民币左右,加上足够的后期支持调试费用,单独采购各零部件的总成本在3000-4000元左右;而打包采购芯片的域控制器方案总成本则低于分包形式,对于主机厂来说将是极富性价比的选择。
作为芯片厂商的深入捆绑对象,Tier1提供的整体化打包方案还能够在性价比和进度赶超维度赢得主机厂的青睐。打包方案又可以为主机厂提供较高的采购性价比。
此外,整体化打包方案经过先前的适配,能有效避免主机厂与两家供应商自行沟通可能引起的沟通成本和适配成本,帮助其在智能化技术和市场格局快速迭代的环境中加快量产速度,实现产品的更快速上马。凭借出色的本地化响应能力,Tier1还将充当主机厂和芯片厂商对接过程中的快速支持角色。对于主机厂在量产过程中面临的各类的紧急型服务需求,深耕市场多年的Tier1能够凭借其出色的服务能力,为芯片厂商的技术延伸提供现场调试、应急处理等途径的有效补充。头部Tier1自有的、链条化的调试和编译平台,也能够作为技术端的必要拼图,为芯片厂商和主机厂的调试提供便利。
几家主流的Tier1厂商介绍
作为领先的Tier1厂商,亿咖通科技在智能座舱算力平台领域持续探索创新,致力于打造新一代高集成、宽拓展的车规级智能座舱算力模组。
2019年,伴随着吉利GKUI19智能网联生态系统的发布,亿咖通科技宣布推出E01智能座舱模组。这是亿咖通科技首款自主定义的车载算力模组产品。它搭载了中国汽车网联化自主定义量产产品中第一颗具备64位运算能力的系统级芯片。2021年,亿咖通科技相继推出E02和E03两款车规级智能座舱算力模组。其中,E02新一代车规级智能座舱算力模组(后简称“E02模组”)是亿咖通科技基于自身在智能座舱领域深厚积累打造的兼具性能与性价比的、具备强大扩展性的智能座舱解决方案。为进一步赋能车企打造安全可靠的智能座舱体验,E02模组已通过AEC-Q104车规级认证;而E03车规级智能座舱算力模组,则是亿咖通科技专为领克汽车定制的智能座舱解决方案。
从E01到E02、E03智能座舱模组,再到即将面世的下一代高端系列产品,亿咖通科技以高性能算力模组为起点,逐步探索从单一芯片到异构高算力计算平台,向整车跨域中央计算平台发展方向迈进。
今年,亿咖通科技与伟世通、高通联手打造的智能座舱解决方案已经率先在吉利汽车集团车型上实现量产。该方案整合了亿咖通科技新一代智能座舱系统、伟世通公司SmartCore™座舱域控制器以及第3代高通骁龙™汽车数字座舱平台,应用并赋能吉利星越L树立座舱体验新标杆,为用户带来全新的数字化出行体验。
华为全栈式智能汽车解决方案框图,来源:汽车之家
2019年,华为汽车事业部成立,其旨在成为未来智能汽车领域Tier1,并从“端(车)-管-云”三个层次全面布局。在车端,智能电动、智能驾驶、智能座舱布局包括了核心零部件产品,软件平台,系统方案,开发与测试工具等。华为的布局体现了其对汽车行业早已经做过深入的研究,以“增量零部件”为目标,以其ICT能力为基础,“赋能”整车企业,成为下一代Tier1的战略目标明确。为了实现这一目标,华为一手抓住关键零部件,一手打造系统解决方案能力,既有广度也有深度,更容易与整车开展不同程度的合作。同时,华为也与本土上游、生态其他环节展开了合作,其中包括四维图新、中国汽研、航盛电子、宁德时代等。在华为的牵头下,更多本土零部件企业有望跟随其进入到整车体系之中,借华为的扩张而成长。
“车规级+7nm”成高端座舱芯片标配
对于智能座舱来说,随着“一芯多屏”结构的出现,作为域控制器的核心差异化因素,芯片成为了主机厂对域控制器选择的主要诱因,从而形成“选控制器”本质在于“选芯片”的底层逻辑。为实现“一芯多屏”需要完整的座舱域架构,包括座舱域控制器、多芯片(如TI车规芯片、高通娱乐芯片)、多操作系统(Linux、安卓车规级)、Hypervisor虚拟技术、交互逻辑和HMI设计等技术融合。
瑞萨电子王璐表示,近年来,“一块芯片,多屏驱动”的未来智能座舱已成为产业趋势,发展一芯多屏不仅可以让汽车内部系统更集成,还能降低企业的开发成本。与多芯多屏相比,一芯多屏的信息在芯片内部完成传输,改变了多个操作系统之间通过CAN/LIN总线等通信传输信息的方式,但这需要芯片具有强大的性能支撑。从汽车芯片厂商角度,我认为实现“一芯多屏”方案需要开发系统级芯片,技术门槛随之升高。在前期芯片设计、测试验证过程中,芯片厂商要满足整车厂的车规级AEC-Q100要求,以及ISO26262ASILB级功能安全认证,这会需要投入大量研发资金和时间。
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。
实现一芯多屏的难点在于芯片需要强大的处理器以及复杂的软件操作系统,因此目前主机厂采用多芯多屏的过渡方案。从芯片供应商技术能力来看,高通、英伟达和英特尔竞争力较强,且迭代正在加速,高通骁龙发布的SA8155P芯片运算能力比上一代820A提升了10倍,CPU和GPU的运行速度是上一代的8.5倍和20倍,芯片厂商技术迭代加速将推动一芯多屏座舱普及。
主流座舱芯片厂商及算力,来源:佐思汽研
从已经公开的资料来看,高通目前的算力遥遥领先其它竞争对手。芯擎科技董事兼CEO汪凯博士表示,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。
博泰车联网相关市场负责人也表示,目前主流的座舱芯片包括高通8155,NXP I.MX8QM,RCar H3,MTK8666,芯驰X9H,三星Exynos Auto V9等。他表示,对座舱来说首先需要解决多系统的隔离问题,目前有软件虚拟化方案和硬隔离方案。他也认为芯片的算力是非常重要的,只有大算力的支撑才可以完成座舱日益增加的需求。
随着汽车智能座舱领域的技术和市场的发展,车内娱乐和信息显示对SoC的图形系统提出了越来越高的要求。车内的显示屏幕的数量、分辨率、刷新率不断提高,图像显示的复杂度、精细度、实时性指标不断攀升,显示的内容也从一般的文字和平面图形逐渐过渡为具有真实光影效果的三维图像。这些发展趋势对GPU的计算性能和渲染能力提出了非常高的要求,从而也为SoC的整体功耗带来了极大的负担。
如何解决这一问题?瑞萨电子王璐认为,应该从芯片设计,硬件开发到软件实现上进行设计和优化。另外芯片集成了专门做图像处理和算力的硬件IP,比如R-Car产品内置了IMP、IMR和CNN等不同的图像处理相关的加速器。还有芯片采用最新的生产工艺也可以提升功能并且降低功耗。
Imagination Technologies人工智能高级总监Andrew Grant
Imagination Technologies人工智能高级总监Andrew Grant则认为,在手机领域,功耗非常重要。在汽车领域,功耗预算相对没有限制,但是随着汽车中电子设备数量的增加,情况也会变得有所不同。在降低功耗方面,可以使用专用处理器运行更复杂的功能、网络和图形处理,即将GPU用于图形处理,将GPU计算/神经网络加速/DSP用于自动驾驶和先进驾驶辅助功能中的网络计算。
汪凯博士表示,为了有效控制SoC的功耗和发热,芯擎科技采用了业界领先的7nm车规工艺来研发制造高端座舱芯片。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。
博泰车联网相关市场负责人表示,要减少系统负载有不同的方法,一方面GPU除了做图形处理显示外也可以完成一些AI算法。另一方面可以采用SOA面向服务的架构,将相同业务的需求抽象成通用的微服务,以减少系统的负载。
瑞萨电子王璐认为,随着座舱智能化功能的不断增加,对于芯片的算力需求不断提升,使得智能座舱SoC的制造工艺在不断向高端消费类电子终端SoC靠拢。据王璐观察,市场上主流的智能座舱SoC已经是7nm,与高端消费类电子终端SoC站在同一水平线上,但同时作为汽车的关键芯片,其必须满足车规级别的要求,以提供更高的可靠性与安全性。
消费类品牌进军座舱市场,将面临哪些挑战?
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”。
汽车芯片与消费芯片要求不同,车规级芯片被认为是一个周期长、投资大、有很高的技术门槛的产品。其需要满足AEC-Q100、-40~125˚C环境、15~20年寿命的高可靠性要求,还要满足近乎零缺陷的质量要求、ISO26262等系统安全要求和成本可控的要求。
京东方副总裁、京东方精电CEO苏宁
京东方副总裁、京东方精电CEO苏宁表示,显示屏里用的主要是驱动IC,车规级在高低温、故障率方面都是比常规的消费级标准更加严格,要求更加高,这是两个不同的规格路线。具体到智能座舱领域,车载显示分前装后装,前装都会选择车规级IC,后装不一定全用车规,可能会用到工业级。
缺乏国产车规级芯片是行业痛点,当前华为、地平线、芯驰科技等国内公司已经推出了产品。对比国际企业,本土芯片公司能够更快的响应下游客户的需求,推出场景适应性更好的产品,但缺点是积累不够,。在产业链自主可控的趋势下,国产芯片公司迎来前所未有的机会。在此背景下,不少消费类品牌闻风而动,开始杀入座舱市场。
瑞萨电子王璐表示,首先遇到的挑战是安全方面,这其中包括数据的安全性和硬件的安全性。在数据安全方面,很明显消费企业具有一定的优势,但在生产制造和技术方面还会有许多的不同。汽车工业是一个精密型产业,它的设计、验证周期较长,且元器件的认证要求也比较高。其次是产业链把控方面,汽车产业需要将每一个环节之间都能够做到恰到好处的连接和配合,才能保证正常量产。目前,大多消费企业造车其实还是处于一个代工汽车的阶段。它在产品的研发设计和制作方面还是有很大的差距。
Imagination Technologies人工智能高级总监Andrew Grant表示,从消费领域进入汽车领域的公司需要了解汽车市场对耐用性和安全性的期望,同时要理解这些产品需要得到10年以上的支持。从安全的角度来看,中国和世界其他地方正在越来越多地采用严格的可追溯标准,并且遵从根据这些国家和国际标准设计SoC时所需的严格流程。对于汽车而言,可靠性是关键所在。新供应商是否有提供长期支持的战略?他们是否能在10年时间里做好长期支持?他们是否能做好在汽车行业取得成功所需的企业文化变革?
进入汽车行业是有成本的,事实上,该行业已经有一些重量级的老牌企业,它们提供成熟的解决方案已经有一段时间了。此外,需要安全地提供OTA更新,因此安全和保障是重中之重。
Imagination Technologies人工智能高级总监Andrew Grant认为,相比消费电子,车载芯片最大的区别在于功能安全的需求,以便你可以判断何时出现了芯片层面的故障并采取合适的行动。
此外还包括传感器的数量和带宽。手机可能有几个摄像头、几个屏幕和各种其他传感器,如指纹传感器等。在一辆汽车中,可能有多达15-20个摄像头(200万像素)、一个双激光雷达系统、近距离和远距离雷达以及一系列红外传感器,所有这些加起来需要大量的带宽处理,需要高达千兆(Gigabit)级别的带宽和大规模的处理能力。
另外,所驱动的屏幕数量和分辨率也很重要。拜腾SUV有一个如整个仪表盘一样宽的屏幕和其他几个屏幕。下一代高端汽车中将配备多个4K甚至8K屏幕,HUD和增强现实HUD背后需要大量的GPU处理能力。
ADAS功能和自动驾驶平台需要大规模的处理能力,以实现安全、及时、准确的目标特征提取、路径规划和成功驾驶(无需人为干预即可控制汽车)最后,接口与手机应用处理器大不相同,例如汽车的网络(CAN总线、MOST总线、LIN总线、以太网等)。
Andrew Grant认为,对一颗合格的智能座舱芯片来说,以下特性较为重要:
1.在高端车型中支持分辨率最高达8K的多个屏幕,可能是多个1080P屏幕和4K屏幕
2.支持由一个GPU驱动的抬头显示器(HUD)和增强现实HUD
3.通过虚拟化功能支持在内存中独立实现各种功能(车载信息娱乐、导航、先进驾驶辅助系统、仪表盘)
4.支持基本的先进驾驶辅助系统(ADAS)功能,例如驾舱或驾驶员监控(通过摄像头获取输入信息)
5.支持各种车载人机界面(HMI)交互方式(语音、触摸、触觉、手势、眼睛)
对于厂商和消费者来说,产品升级带来的成本增加也是一个非常重要的话题。Andrew Grant认为,随着处理能力的提升和图形处理功能的增强,芯片的成本和面积将会增加,这可以通过转向更小的工艺节点(即7纳米或5纳米)来实现部分抵消。这会对系统成本造成一定的连锁反应,但这只是整个成本的一部分,因为智能座舱的价值正越来越多地体现在其随付的软件包当中。
不过,传统座舱域是由几个分散子系统或单独模块组成,每个系统像“孤岛”一般,这种架构无法支持多屏联动、多屏驾驶等复杂电子座舱功能,传统座舱如集成的功能越多,需要增加的软硬件成本也会倍数增长;
随着消费需求和技术需求的驱动,传播座舱走向智能座舱的发展趋势加快,催生出座舱域控制器这种域集中式的计算平台,从成本角度来看,可以平抑因实现复杂功能而导致的系统软硬件成本的飙升,甚至能够一定程度上降低整个座舱域的系统成本。
“一芯多屏”之外,座舱屏幕还将如何演进?
除了域控制器外,智能座舱屏幕也发生了较大的升级。京东方副总裁、京东方精电CEO苏宁表示,目前座舱屏幕还是继续向大屏、多屏、高清化方向发展。他认为,这两年国产自主品牌的需求上升很快,尤其是国内的“造车新势力”,在座舱领域比较能够去挑战一些原有的传统概念。
目前已经有不少多屏案例,比如理想制造one的四联屏(3+1)方案。大屏比如比亚迪从12.8寸扩展到了15寸以上,甚至现在有些高端点的电动车未来上20多寸的大屏产品。据了解,亿咖通为吉利星越L的智能座舱配备了25.6寸的AR-HUD、12.3寸的全液晶仪表盘、12.3寸的中控触屏,以及12.3寸的副驾专属触屏。
主流车厂智能座舱显示器对比,来源:各公司官网
另外就是高清化。原来车载的分辨率,5年前PPI基本上在150左右,现在基本都在200PPI以上,基本上到了FHD全高清的水平。未来几年有可能到3K~4K超高清的阶段,所以高清化也是明确的趋势。随着未来高清的应用,有一些新的应用和设计概念出现,比如现在裸眼3D的仪表。因为裸眼3D技术需要用到光栅,对于分辨率是有损耗的,所以基本需要用到3K~4K这样的高清屏才可以匹配裸眼3D的技术。柔性屏的话,现在基本还是高端车型,目前来看定价基本在3~40万以上的车型,未来就算下探,不会低于20万。入门级的A级车,现在还是考虑成本的因素。未来20万以上可能逐渐考虑OLED作为核心亮点。
此外,随着车内的域控制器单元算力越来越强,未来的趋势是一个主控制器驱动多块屏,屏是一个相对独立的显示系统单元,做到机屏分离,甚至做到一块整屏。京东方副总裁、京东方精电CEO苏宁表示,现在一些常见的双10.25/12.3吋联屏,采用两块显示面板,一块完整盖板。而目前新的一些27吋屏,实际上就是把两个12.3吋屏设计成一整块显示面板,是一种新趋势。中低端的车型采用的一个盖板,两个独立屏的方式,主要是兼顾成本。
奔驰最新发布的MBUXHyperscreen有3块无缝融合显示屏,全宽超142厘米
近期奔驰发布MBUXHyperscreen(搭载到EQS)进一步凸显了多屏融合的趋势,该产品采用曲面玻璃将仪表盘、中控、副驾驶连在一起,设备集成了处理芯片,搭载八核CPU,24GBRAM内存,内存带宽达到46.4GB/s。
伴随智能化水平不断提高,汽车的身份加速转变,从传统交通工具变成出行第三空间,“车”从A点到B点的出行属性逐渐降低,体验、交互、科技的属性逐渐增强。未来,汽车将成为PC、智能手机后的第三代智能移动终端。
博泰车联网相关市场负责人表示,智能汽车不仅仅是 A-B点的移动工具 ,它是万物互联+全新的空间+沉浸式+虚拟现实+移动机器人+元宇宙的集合。我们需要思考,通过更好的沉浸式能力、从内部到外部的全方位交互能力、用户自主场景设定能力打造更加个性化的、智能化的用车体验。 比如通过车辆的震动、音响、视觉、嗅觉,结合一些 AR、VR 的技术,对汽车空间如何使用;沉浸式、仪式感的综合体验如何打造;整车零部件智能化的同时,车上的交互还有哪些想象空间等等。
总结一:未来的汽车座舱将标配哪些功能
综合上述技术趋势,在软件定义汽车的大背景下,目前座舱电子正从中控屏代表的单一座舱电子向多屏集成的方向升级,具体趋势体现在:1)机械仪表升级至全液晶仪表;2)传统中控向大尺寸触摸中控转变;3)新增抬头显示HUD;4)流媒体后视镜、语音交互等功能。除了这些之外,未来智能座舱还将整合驾驶员监控、车联网、娱乐系统及部分辅助驾驶功能等。
Imagination Technologies人工智能高级总监Andrew Grant就预测了一下汽车座舱未来的一些功能配置,包括但不限于:
多个屏幕,在某些高端车型中有多达14个独立屏幕
更高的分辨率:720P、1080P、2K/4K和8K
HUD和增强现实HUD
通过语音、眼睛、手势、触觉等方式与HMI进行交互
乘客/驾驶员显示区域
ADAS图形报告屏幕
转向具有虚拟化功能的单一处理部件,可以独立执行不同的应用和服务
通过无线方式(OTA)更新
根据驾驶员的特殊喜好重新配置汽车仪表盘(基于针对驾驶员的摄像头识别结果)
驾驶员监控
座舱监控
Imagination Technologies人工智能高级总监Andrew Grant同时表示,未来随着自动驾驶的普及,我们可以在车里娱乐、学习、休息或睡觉、玩网络游戏或者观看最新的电影。这需要多个高清屏幕和不断提升的计算能力。同时人工智能(AI)的进展和我们神经网络加速器(NNA)的使用意味着很多功能都可以由AI驱动,例如检查座舱,确保一切安全可靠,以及提供我们的个人偏好而无须我们自己去考虑。
而这些娱乐项目的提升又对智能座舱的音视频体验提出了更高要求。ADI 不断演进的A2B音频总线以及音频数字信号处理器(DSP)技术提供了强大的音频算力,以及低延时特性,结合大量成熟优质的第三方资源,是众多国内外厂商首选的高质量音频的解决方案。
瑞萨电子王璐X则表示,自动驾驶也会带来潜在的安全风险。因此,增加在“意识”到驾驶员注意力不集中,生命体征异常、遗留乘员等潜危险信号时发出提醒并形成互动,甚至是实现自主决策等功能是非常有必要的。
此外,随着智能座舱AI能力的增强,语音控制将逐渐成为标配。ADI中国汽车电子事业部资深战略与业务发展经理Edward陈晟就认为,语音将会是智能座舱一种极为重要且便捷的交互方式。不断发展的ADIA2B音频总线技术与包括车载麦克风在内的各种音频部件完美结合,可以支持越来越多的音频节点以及越来越复杂的语音体验,为完美的语音交互提供强大的硬件基础。
在未来很长一段时间里,智能汽车将处于“人机共驾”的状态,完全的自动驾驶很难在短时间内商业落地,更多的是处于从L1到L2、L3的渐进式跨越阶段。在这一过程当中,自动驾驶和智能座舱之间是高度连通的,很难完全解耦。其中,智能座舱作为“人与车”交互的重要载体,应该是包括“感知、思考、行动”在内的一个完整的自动化系统。
博泰车联网相关市场负责人认为,当自动驾驶时代到来,车不再仅仅是一个驾驶工具,更是一个全新的生活空间。 他表示,从智能汽车电子电气架构的发展趋势看,汽车电子电气架构经历了分布式电子电器架构,向域控制器电子电气架构以及向中央集中式电子电气架构发展。过去的分布式电子电器架构,都是独立功能的ECU,采用CAN 和Lin 总线进行通讯,域控制器的电子电气架构,通过引入以太网
第一个阶段是域内集中的阶段,例如座舱域控制器更多的把娱乐系统、仪表、HUD、DMS、DVR、T-Box等等能力,集成在一个座舱域控制器里。
第二个阶段是跨域融合的阶段,更多的会把座舱域控制器、驾驶域控制器的能力集成在一个智能域控制器上面。未来的中央集中式电子电气架构,则会更多地将智能域控制器、车身域控制器、动力底盘域控制器, 集中在一个中央计算平台上面,形成云计算+车载中央计算机+执行器+传感器的架构。
最后,随着越来越多最先进的技术开始应用到车载电子中,智能座舱的芯片设计开发周期将会加速。Imagination Technologies人工智能高级总监Andrew Grant表示,在某些特定领域,用于消费电子的器件也会用于汽车中。汪凯博士表示,随着汽车新四化的提速,目前市场上的一些座舱SoC产品已经在基于旗舰型手机芯片开发,市场也非常认可,只是汽车对安全性和可靠性的要求更高。比如芯擎的SE1000性能就比肩旗舰型手机芯片,同时保障高安全性和高可靠性。
总结二:智能座舱的掌控权之争
随着智能化浪潮的开启,软硬件解耦趋势将进一步加剧,原有的供应格局或将被打破,而真正具备“完整、优质、可持续”产品矩阵,且拥有智能化“纵深”能力,并可赋能主机厂实现软硬件解耦的Tier1或将率先受益。
在“一芯多屏”的趋势下,产业链关系可能发生变化,智能座舱Tier1有望成为整合者。原来中控、液晶等各子系统直接对接整车厂的模式,将会被座舱解决方案提供商(Tier1)整合次级供应商、并向整车厂提供一体化解决方案的模式所取代。智能座舱Tier1的将分担整车厂的开发负担,并提供更加专业与经济的方案,实现双赢。
智能座舱产业链结构:有望出现座舱Tier1,来源:亿欧咨询
瑞萨电子王璐认为,随着软件定义汽车的趋势增加,汽车电子硬件由分散走向集中,汽车ECU供应商的数量将大幅减少,同时域控制器供应商,特别是具备强大集成能力的供应商将会变得愈加重要。在智能化进程中,打造智能座舱已成为复杂而庞大的系统工程,其中包括底层硬件、BSP、OS、代码复用与解耦合的中间层,以及上层直接面对用户的APP。所以对于Tier1厂商最重要的需求就是增加系统化的整合能力和软件研发能力。不仅仅只是提供芯片,更是包含软件和服务。总的来说,就是以座舱“域控制器”为核心,整合座舱“端技术”,形成完整智能座舱产品群,才能使Tier1厂商具备竞争力。
目前部分国外核心座舱芯片厂商,因其传统业务重心的不同,导致短期内恐暂不具备对国内市场进行完全自主推广的能力。而传统头部Tier1深耕行业和区域多年,与多家当地主机厂均已形成成熟的合作关系,加之头部行业地位使得其也具备对供应链上下游良好的掌控力。在芯片厂商本地化“脉络”短期缺失的情况下,域控制器Tier1的自有成熟的供应链体系和市场基础能够帮助芯片厂商弥补这一暂时的“短板”,形成技术和商业能力上的良性联动。
京东方副总裁、京东方精电CEO苏宁就认为,座舱的竞争是综合能力的竞争,对传统的Tier1、Tier2的能力要求越来越高。传统的Tier1是集成商,在硬件层面进行整合集成。未来具备竞争力的Tier1应该是具备较强的软硬融合研发能力,应该能和车厂进行联合开发。“我们现在听到的软件定义汽车,软件包括未来的在线升级,都是跟软硬件融合息息相关,要有很强的软件开发能力,及芯片的二次开发能力。这种Tier1可能升级成Tier0.5,跟车厂合作地更加紧密。有些传统的Tier2,可以为车厂提供更多的增值服务,会升级成Tier1.5。”他表示,我们非常欢迎新势力加入进来,共同推进从芯片到操作系统,再到整个座舱系统架构的搭建,提供更完备的赋能能力。
Imagination Technologies人工智能高级总监Andrew Grant则表示,很高兴看到跨界公司为汽车座舱和车辆周边的知识和创新流程做出贡献。他们为软件定义汽车带来了新的视角,同时他们也可以带来焦点和创新的理念。这也将激励一级供应商“提升自己的能力”以保持竞争力且不丢失市场份额。重要的是,新来者强调他们的长期承诺,并从他们的消费性市场那里带来了创新,以造福OEM。“这反过来将增加对图形处理和计算能力的要求,而这正是Imagination能够提供帮助的地方,我们可以在IP设计中提供经过硅验证的解决方案,并利用我们的专业知识和支持能力缩短产品上市时间——因为我们的设计符合安全流程。”
最后,笔者认为,在新势力造车初期,整车企业更多将智能座舱全权委托给Tier1供应商,如:德赛西威为理想ONE提供座舱方案。未来,另一种可能,具备实力的整车厂商将牢牢掌控智能座舱的定义权,特别是软件系统定义,供应商更多是配合提供硬件设备。
理想ONE智能座舱由德赛西威集成,来源:公司官网
直接与用户对接的端口,智能座舱涉及到整车与用户的大量数据信息,将是未来产品迭代、价值变现的重要途径。以ICT擅长的科技公司,对于智能座舱的将会展开作为重点争夺,华为、百度、阿里、腾讯都已经在智能座舱上进行了不同层次的布局。新进入造车的小米,预计也会从智能座舱首先切入。龙头整车企业不会轻易放开对智能座舱的定义权,例如:智已汽车的智能座舱由上汽集团的软件中心主导。
智己汽车智能座舱整车厂主导较多,来源:公司官网
某些整车企业目前研发能力不够,所以暂时选择和华为、百度、阿里、腾讯、小米这些公司合作,但是迟早有一天,就如同当年的智能手机行业一样,他们会重新争夺软硬件系统的整合定义权。一旦这一天到来,要么造车、要么被边缘化,成为华为、百度、小米们将要面临的问题。
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