2024车载SoC芯片产业分析报告

车载SoC芯片产业分析报告 第1页 焉知汽车产业研究 焉知汽车产业研究 前言 随着汽车智能化水平的提升，整车EE架构已经由以前的分布式ECU架构升级到集中式域控制器架构，并继续向中央集成式架构方向演进。在分布式ECU架构阶段，MCU是计算和控制的核心；在集中式域控制器架构阶段，传统MCU芯片已经无法满足大量异构数据的吞吐能力和更快的数据处理能力的需求，因此，数据传输效率更高、算力更大的SoC芯片便成为域控制器主控芯片的必然选择。 目前，车载SoC芯片主要面向两大应用领域：智能驾驶和智能座舱。虽然现阶段座舱SoC芯片和智驾SoC芯片尚处在独立发展阶段，但随着整车架构向更集中的跨域融合架构演进，以及车企在架构设计和软件开发能力上的不断提升，智能座舱和智能驾驶的融合也将逐渐由上层应用融合过渡到下层的硬件融合。与此同时，车载SoC芯片也必然会随着两者融合的变化而进行迭代升级，届时，舱驾一体SoC甚至是中央计算SoC将逐渐成为市场的主流产品形态。 在此背景下，焉知汽车推出《车载SoC产业分析报告》，从车载SoC芯片基本介绍、车载SoC芯片产业链分析、车载SoC芯片应用趋势分析、车载SoC芯片行业竞争格局、国内外车载SoC芯片重点企业及产品布局等方面入手，综合分析车载SoC芯片的产业链发展现状及未来应用趋势，为行业研究和企业发展提供参考。 由于时间仓促，报告中难免会有疏漏和不足之处，敬请各位专家、同行、读者批评指正。 焉知汽车产业研究 目录 1.车载SoC芯片基本介绍6 1.1车载SoC芯片定义6 1）基础定义6 2）硬件构成7 1.2车载SoC芯片性能要求8 1）重要参数指标8 2）车规级要求9 1.3应用场景10 1）智能座舱10 2）智能驾驶11 2.车载SoC芯片产业链分析12 2.1产业链结构图12 2.2上游产业分析12 2.2.1芯片IP12 2.2.2EDA工具14 2.2.3半导体原材料16 2.2.4半导体设备17 2.3中游产业分析18 2.3.1芯片设计18 2.3.2晶圆制造21 2.3.3芯片封测22 2.4下游产业分析23 焉知汽车产业研究 2.4.1车企SoC芯片布局23 2.4.2车企SoC芯片自研24 3.车载SoC芯片应用趋势分析25 3.1智驾SoC芯片应用趋势25 3.1.1基于中小算力SoC芯片的前视一体机市场需求前景依然可观25 3.1.2轻量级行泊一体域控-全时运行单SoC芯片方案将成为主流26 3.1.3BEV+Transformer+OCC驱动智驾SoC芯片向新架构方向演进28 3.2座舱SoC芯片应用趋势30 3.2.1舱内显示：一芯多屏30 3.2.2舱内交互：多模态交互32 3.2.3舱驾融合：舱驾一体33 3.3车载SoC芯片选型35 1）芯片平台的延续性35 2）芯片的适配性35 3）芯片的平台化设计36 4）芯片的软件生态37 5）芯片厂商的本土化服务37 4.车载SoC芯片行业竞争格局38 4.1智能驾驶SoC芯片38 4.1.1市场需求38 4.1.2市场格局40 4.2智能座舱SoC芯片41 4.2.1市场需求41 焉知汽车产业研究 4.2.2竞争格局43 5.国内外重点企业及产品布局44 5.1国外芯片厂商44 5.1.1英伟达44 5.12德州仪器46 5.1.3Mobileye47 5.1.4安霸半导体49 5.1.5高通52 5.2国内芯片厂商54 5.2.1地平线54 5.2.2黑芝麻56 5.2.3芯驰科技57 5.2.4杰发科技59 5.2.5芯擎科技61 5.2.6爱芯元智63 5.2.7联发科62 免责声明64 特别鸣谢64 焉知汽车产业研究 车载SoC芯片产业分析报告 1.车载SoC芯片基本介绍 1.1车载SoC芯片定义 随着汽车智能化水平的提升，整车EE架构已经由以前的分布式ECU架构升级到集中式域控制器架构，并继续向中央集成式架构方向演进。在分布式ECU架构阶段，MCU是计算和控制的核心；在集中式域控制器架构阶段，传统MCU芯片已经无法满足大量异构数据的吞吐能力和更快的数据处理能力的需求，因此，数据传输效率更高、算力更大的SoC芯片便成为域控制器主控芯片的必然选择。 1）基础定义 车规级计算芯片按集成规模可以分为MCU和SoC两类。其中，MCU也被称之为“单片机芯片”，内部集成有处理器、存储器、输入/输出接口和其他外设，常应用于控制任务简单、实时性较高的嵌入式系统。车载MCU常跑的操作系统有AUTOSARCP和FreeRTOS，通常不支持运行高复杂度的操作系统。 SoC芯片为系统级芯片，相比MCU，内部集成更多的异构处理单元，结构设计更为复杂，处理和计算能力也更强，适用于多任务处理以及计算任务更复杂的应用场景。车载SoC可以跑更复杂的操作系统，包括QNX、Linux、Andriod和AUTOSARAP等。 MCU与SoC内部结构对比示意图 焉知汽车产业研究 2）硬件构成 车载SoC芯片内部通常包括以下几大模块：处理器、存储器、外设I/O等。 A.处理器——车载SoC芯片内部的处理器通常包括以下几种单元模块： 通用逻辑运算单元：通常基于CPU来实现，主要负责一些逻辑运算任务，用于管理软硬件资源，完成任务调度和外部资源访问等，实现系统层面的功能逻辑、诊断逻辑以及影子模式数据挖掘功能等。一些典型的应用包括：基于优化的决策规划算法、车辆控制算法等。 AI加速单元：通常是基于NPU这类的神经网络处理器来实现，承担大规模浮点数并行计算需求；作为神经网络算法的加速器，主要负责处理AI方面的计算需求。 图像/视频处理单元：通常基于DSP、ISP、GPU等处理器来实现。ISP作为视觉处理芯片，其主要功能是对摄像头输出的图像信号做调校,包括AE（自动曝光）、AF（自动对焦）、AWB（自动白平衡）、图像去噪等；DSP是一种具有特殊结构的微处理器，相比于通用CPU，它更适用于计算密集度高的处理工作，典型的应用包括：传统的CV图像处理、一些自定义算子的加速处理等；GPU具有较强的浮点运算能力，主要用于图像的3D渲染和拼接等应用。 硬件安全模块HSM：用于为应用程序提供加解密服务，管理敏感信息和资产，保护加密密钥等。 SatetyMCU：主要用于实时监控SoC内部各硬件模块的状态和通信，以及在其出现问题后能够及时报错，进而确保整个系统的功能安全性。 A.内部存储器：包括易失性存储器和非易失性存储器两大类。 易失性存储器：存储器在断电的情况下（比如，系统正常关闭或意外关闭时），数据会丢失，即无法继续保留存储数据。它主要用于临时存储正在处理的程序和数据，车载SoC内部常用的存储器类型包括SRAM和DRAM（DDR，LPDDR等）等。 非易失性存储器：在断电情况下，依然能够保存存储数据。它主要是用来存放固定数据、固件程序等一般不需要经常改动的数据。车载SoC内部常用的存储器类型包括NANDFlash（eMMC、UFS等）和NorFlash等。 B.外设I/O：包括通用数据接口、摄像头信号接口、音频接口和显示器接口等。 通用的数据接口：PCIe、LVDS、USB、SATA、CAN/CAN-FD、以太网等 摄像头信号接口：MIPI-CSI-2、GMSL、FPDLink等 音频接口：I2S、TDM、SPDIP等 显示器接口：DP、HDMI等 焉知汽车产业研究 1.2车载SoC芯片性能要求 1）重要参数指标 衡量车载SoC芯片的性能，需要从AI算力、CPU算力、GPU算力、存储带宽、功耗、制造工艺等多个维度进行综合考量。 a.AI算力:通常是指MAC指令（乘积累加）的运算能力。MAC指令操作本身与数据类型强相关，在不同数据精度条件下，测出的AI算力会存在比较大的差别。企业平时宣称的算力一般是指该芯片运算能力的理论峰值，单位用TOPS来表示，一般默认是以Int8作为算力量化标准。 但我们也不能只看表面的理论算力数值。在特定使用场景下，大家更关心的是芯片真正的有效算力是多少，即芯片的“算力利用率”。以智能驾驶应用为例，SoC芯片的实际算力利用率会因为图片分辨率、网络结构差异等原因而有所不同。 b.存储带宽：数据在处理过程中需要不断地从存储器单元“读”数据到处理器单元中，处理完之后再将结果“写”回存储器单元。数据在存储器与处理器之间的频繁迁移将带来严重的传输功耗问题。有业内人士提出，AI运算90%的功耗和延迟都是由于数据搬运产生的。 芯片的存储带宽由两方面决定，一是存储器本身，二是芯片的内存通道数。存储带宽的大小决定数据搬运速度的快慢和搬运次数的多少。因此，存储系统带宽的大小在一定程度上也决定了芯片真实算力的大小。 芯片型号 内存类型 内存位宽（bit） 内存总带宽（GB/s） 特斯拉 第一代FSD LPDDR4 128 34 第二代FSD GDDR6 256（推测） 448（推测） 英伟达 Xavier LPDDR4x 256 137 Orin LPDDR5 256 204.8 地平线 J5 LPDDR4x 64 —— 高通 SA8155P LPDDR4x 256 68 SA8295P LPDDR4x 256 137 常见芯片存储带宽信息梳理（信息来源：佐思汽车研究、公开资料整理） c.功耗:包括动态功耗和静态功耗。动态功耗是因为信号值改变带来的功耗损失，由两部分组成：开关功耗和内部功耗。静态功耗是设备还在上电状态但是没有信号值改变时消耗的功率。 芯片的功耗与硬件架构、布局布线、工艺制程、算力大小等因素都有关系。其它条件相同的情况下，采用的工艺制程越先进，芯片的功耗就越低；同理，算力越大的芯片，功耗也会越大。功耗过大意味着会产生更大的散热，可能必需安装水冷系统，从而增加整体BOM成本。 焉知汽车产业研究 2）车规级要求 按照日常生活中的应用场景进行划分，芯片大致可分为消费级、工业级、车规级三大类。应用场景不同，芯片在设计、生产、认证等环节的目标设定和实现手段上都会存在区别。相比于消费级和工业级，车规级芯片的工作环境更恶劣、出错容忍率更低、使用寿命要求更长、供货生命周期更久等等。 不同应用领域芯片的基本性能要求对比（信息来源：公开资料整理） 整体来看，车规级芯片具有高可靠性、高安全性和高稳定性的特点。车载芯片需要经过一系列严格的测试认证，确保其达到车规级的相关要求，方可投入到量产。芯片车规认证标准通常包括以下三个维度的管控：质量管理体系认证IATF16949、可靠性标准AEC-Q100和功能安全标准ISO26262。 IATF16949是汽车设计、开发和生产质量管理体系的标准规范。在内容上涵盖：产品安全、风险管理和应急计划、嵌入式软件要求、变更和质保管理和二级供应商管理。对于车载芯片产品，从芯片设计到流片，再到规模化生产都需要遵循这套管理体系。 AEC-Q100是车规级元器件通用的可靠性测试标准，也是汽车行业零部件供应商生产的重要参考指南。2023年8月，AEC发布了AEC-Q100的J版测试认证标准文件，也是目前芯片公司开展AEC-Q100测试认证所沿用的最新标准要求。它包括了7大项测试内容：加速环境应力测试、加速寿命测试、封装检验测试、晶圆可靠度验证、电气特性验证、缺陷筛选测试和腔体封装完整性测试。 ISO26262是一项专门针对汽车电子系统的功能安全性制定的国际标准。该标准涵盖了芯片的全生命周期的功能安全要求，包括项目需求规划、设计、晶圆制造，最后到封装测试的全过程。旨在降低芯片在使用中发生故障的风险，以确保这些安全关键型设备符合在汽车中使用的要求。 焉知汽车产业研究 1.3应用场景 目前，车载SoC芯片主要面向两大应用领域：智能驾驶和智能座舱。虽然现阶段座舱SoC芯片和智驾SoC芯片尚处在独立发展阶段，但随着整车架构向更集中的跨域融合架构演进，以及车企在架构设计和软件开发能力上的不断提升，智能座舱和智能驾驶的融合也将