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中国一汽王强:汽车芯片应用需求及实践探索

时间:  2023-12-08 19:36  来源:  2023芯片大会   作者:   editor

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2023年12月5日-6日,由中国汽车工业协会和中国电子科技集团有限公司共同主办的“2023全球汽车芯片创新大会暨第二届中国汽车芯片高峰论坛”在无锡举办。本届芯片大会以“共享中国机遇•共谋创新发展•共赢产业未来”为主题,设置了“1场高层峰会、1场主旨论坛、4场主题论坛”共6场会议。其中,在12月6日下午举办的“主题论坛二:新能源汽车‘芯’动态”上,中国一汽研发总院智能网联院高级主任王强发表精彩演讲。
中国一汽王强:汽车芯片应用需求及实践探索
以下内容为现场演讲实录:
 
谢谢大家,谢谢中汽协的邀请,非常高兴能够在这个场合跟业界的同仁共享经验,共谋发展,我演讲题目是“汽车芯片应用需求及实践探索”主要分为三部分:
首先我们对于四化趋势下新能源智能网联汽车发展的一些趋势的观点,基于这个技术趋势,第二部分我们对于汽车芯片应用现状的一个阐述和未来发展的需求。
第三部分是基于技术趋势和市场需求,我们红旗在芯片应用方面的一些实践探索。我们知道在四化影响下,汽车由传统的交通工具演变成第三空间,并且基于这些场景的开发将来会变成我们用户学习娱乐甚至工作的这么一个智慧伙伴。基于这个趋势发展我们判断新能源智能网联汽车有三个大的技术方向,第一个就是智能驾驶从驾驶辅助到智能驾驶到自动驾驶到未来的无人驾驶是这样的一个演进趋势。
第二个方向智能座舱信息娱乐相关座舱类的一些舒适的配置,整体的创新的实践。
第三部分就是新能源动力平台还有智能底盘组成的智能平台,未来的汽车将会以这三个技术方向为主要的创新点,更远的图景车路云网一体化的创新技术集合体。在车之外引入智慧城市、智慧交通还有万物互联的概念最终形成一个整体智能网联化宏伟的图景。
这个的实现无疑会加速产业跨界融合和深度协同还有我们产业链和价值链的重构,基于这两个趋势具体在产业上的影响,我们看到今年预计全球的新能源渗透率将达到15%,我们中国市场上半年其实是30.8%,预计全年新能源渗透率将会超过38%。
在这样一个趋势下我们知道新能源的电动化的发展会加速智能化和网联化装备的装备率,基于这样的一个趋势,我们知道智能驾驶和网联会迎来一个更加飞速的发展。基于这点今年我们实际上有两个体会第一个是智能座舱的产品的更新换代速度更快,尤其芯片平台可能现在演变成两年左右就要全部更新成一个新的高性能的开发平台,对于整车和Tier1开发周期的压力就更加的巨大。
第二点对于智能化的开展,行业内具备全栈解决方案的公司跟整车厂之间除了技术开发和项目合作之外还引进了合作开发的这样一个动态。近期华为设置目标公司,我们很多整车厂也在参与,这个就是一个具体的体现。
具体的软件定义汽车对于整个的芯片的需求,现在是从原来的机械汽车、功能汽车演进到当前的智能汽车这样一个状态,那么随着演进对于芯片的算力会指数级的增长,这当中体现了一个矛盾,随着智能汽车的引进,前端的场景分析到功能定义,功能定义到软件功能的开发,软件功能再导出芯片的性能和需求。
在这样一个过程中,随着场景的快速的增加,软件海量的提升,其实对于芯片的开发实际上是产生了一个需求上的矛盾,我们知道芯片有一个滞后性需要预见2-3年之后具体的需求,所以我们发现在开发的过程中,芯片的性能对于软件实现来说永远是不够用的,这是一个具体的体现。
我们判断在达成智慧汽车之前,真正的L4、L5落地之前这个矛盾其实会一直存在。
对于从上层的整车的功能需求到电子电气架构再到具体控制器的分配形态到芯片需求这样一个阶段,由于整车四化的发展带来架构的演进,对芯片的需求就产生了无限牵引的驱动力。
主要体现在两个大的方面:
高性能其实体现在三个点:
第一关于算力方面的提升,对于传统的分布式架构,我们说那时候的控制器是以MCU为核心的传统的形态,演进到智能驾驶和座舱一个新的阶段之后,就引入了SOC,引入人工智能AI算力GPU算力再加上逻辑算力的复合体,算力是指数级的增长。
同时控制器的组织形态也发生了变化,架构的演进其实带来了功能软件开发组织形态的变化,以及整车厂和供应商合作模式的变化,这是第一个趋势。
第二个趋势就是架构它带来的通信速率的提升由传统以看通信为主干的低带宽的通信网,演进到以以太网通信为主干网的高安全、低延时、可扩展、高带宽的新的通信组织形式。
第三点就是我们传统车跟新能源智能网联汽车相比的效率的提升,传统车我们知道燃油车它的主流效率可能在40%左右,而且随着工况的不同,效率其实会降低,拥堵工况下可能降到20%不到,但是我们引入纯电车电机之后它的效率会维持在一个高效的状态下,并且随着工况的变化效率并不产生太大的波动。
所以以上这些变化就对芯片的应用带来了更高的需求,其实带来了颠覆性的变化。
还有一个就是关键架构的演进,当前我们这一代架构叫预融合控制架构,就是以中央计算多个预控中央计算,搭配区域控制器这样一带的预控架构这样的一个形态。
这一代产品在今年陆续都会投产,明年各大自主品牌都会陆续投产,下一代就是将核心的智控、智驾还有智能座舱几个核心预控融合成中央计算的这样一个架构,其实有两种演进形态,第一级就是我们说板级实际没有做到芯片级的融合,就像我们当前的市面受有的产品影响,就是把智驾和座舱的两个板集成到一个控制器当中,未来对于芯片的需求,就是会要求驾驶辅助和座舱融合成单颗的多域融合芯片,这个我们判断是未来汽车的核心需求,而且是未来较大的价值增量。
以上是汽车趋势带来的一些芯片需求方面的拉动,那么我们知道其实还有一个关键的趋势,就是在过去的两年多当中,缺芯影响我们对行业有一个深刻的反思,需要我们依靠内循环来构建一个安全可控可持续发展的一个芯片产业供应链,在这个基础之上,我们其实要对芯片从整车厂角度要有一个更全面、更清晰的一个认识。
第一点就是关于我们对汽车芯片的分类,整体来看汽车芯片它应用的产品的门类跨度是非常大的,而且具体的要求也是比较严格,按照我们的划分其实是从三大类衍生出十大类,其中主控芯片就是控制类以MCU为主,计算类以SOC为主,那么它在整个车上的芯片应用的价值占比大概在40%-50%,而且由于高性能AI芯片的引入,它的驾驶占比还在进一步的提升当中。
第二大类就是配合主控芯片的外设芯片,包括模拟、电源、驱动、存储、传感、通信这几大类,它整体的价值占比达到40%左右,这个数量也比较巨大,整体的跨度也比较大,各种的工艺类型,工艺的节点,应用的数量也是在车上比较多的。
当然包括功率类IGBT的模块,芯片以及未来碳化硅Mos芯片,这样关键的驱动芯片,这个也是未来的核心之一。
其他就是还有一些无缘器件,电子电阻电容电杆等等这些,在这里其实需要澄清一个概念,我们通常说一辆车上有多少颗芯片,我们通常要说集成电路IC主要是指主控和外设芯片,下面我们的统计口径也是以这两类为主,再加上关键的功率类和Mos的话,单车一般会再增加100-200颗,有的时候我们为了突出芯片在车上的关键,有的时候我们说新能源智能网联汽车单车会达到一千两千甚至三千四千这样的数量,其实是不严格的,我们说具体的数量在这儿就是我们有一个具体的统计。
我们还是希望能够把这个定义给它规范清楚。
依据我们的统计,红旗的品牌通常是配置较高的车型,我们主要分布在中端和高端车型,低端车型控制器数量,节点数量包括智能传感和智能执行大概在三四十个左右,高配的智能节点会达到100个以上,芯片应用数量少的会在200-300颗之间,注意这个就是严格的IC,那么高规格的数量高配置车的数量大概在800-1000颗之间,这个是完全不包括分离器件的,它的单车价值可以超过1.4万元人民币,这是我们的统计。
这里面还有两个点第一个是各类的芯片四大类,电源、通信、控制、驱动这四大类应用的比例超过70%,那么这个其实也代表我们车上现在多数的智能传感、智能执行的主要构成形式还是以这四类芯片为主。
还有一个点就是实际上我们现在一个纯电的汽车,它据我们行业的统计电动化的趋势带来的增量在800美元左右,这是在现在的纯电汽车体现大部分,智能驾驶的增量可能带来在1500美元,实际上这个增量还在发展当中,我们当前的车还是以L2的配置为主,未来随着智能驾驶等级,单车芯片简直还会进一步的提升。
还有第三大部分就是应用场景,这是比较简化的,我们车上的五个功能领域的应用,大概可以总结一下不同域它对芯片的需求,首先是动力对于一个新能源汽车它包括三电等等,通常要求是可以概括为高性能、高安全、高实时性、高实时响应的这样几个特点,底盘就是高安全、中性能一些关键卡点的芯片,包括一些定制化的机电一体驱动的这类芯片。
第三个是车身域可以概括成中低性能,中低安全要求,还有两个芯片大户一个是智能驾驶域,这个是高安全、高性能集中的体现,还有一个是座舱域,这是中低安全、高性能。
对于功能安全来讲只有仪表可能是要求有弊的要求,其他娱乐信息类的功能安全要求不是很高。
但是在这一点也有一些卡点的芯片,音视频的解码,包括一些Tonn芯片等等国内其实还是我们找不到一些资源,基于未来的发展需求,这个讲的是对于高制成工艺的需求,主要是智能化的发展,对于芯片集成度的要求,性能功耗比提升的要求需要引入先进制成的工艺,现在最近一代开发的芯片已经开始在5纳米节点左右。
各大类芯片未来的一些趋势,计算类将会分阶段实现智能驾驶座舱还有网联车控整体的集成,并且向中央计算的方向发展,我们看到SOC目前多数以Arm架构为核心的,包括A核、R核、GPU单元,包括AI的驾驶单元,有的还会引入一些DSP计算,所以是多核异构的形式,并且有一种趋势是会把MCP控制作为一个安全隔离导集成到SOC芯片当中,这是计算芯片的发展趋势。
通信类芯片将会继续向高带宽、高速率并且支撑车云一体方向发展,从现在的实际到未来的25这样的发展,驱动类向集成化、智能节点方向发展。
主要应用的挑战大概有四点,第一个刚才提到了随着软件的提升对于芯片性能要求不足之间存在着矛盾,所以很多时候具体的零件的设计,控制器的设计需要采用多颗异构芯片进行组合的解决方案,这就导致系统复杂度的提高,包括复杂的硬件设计还有更加重要的就是多操作系统的调度和问题,这个其实投入大量的开发资源,相当的技术开发难度。
第二点,整车电子电机架构还处在一个快速变革的阶段,各个整车厂有各自不同的解决方案,而且芯片的功能需求会随着各自关注的不同的需求方向,所以它还是相对分散的。
第三点,随着技术迭代由于整车开发周期要求不断是变短,整车和芯片更加紧密的结合,尤其对于芯片开发需求还有规格地位,甚至芯片的架构设计,现在更多的整车厂跟芯片厂在做深度的合作和绑定。
第四,对于安全的要求已经深入到芯片层有一些额外关于安全设计融合的一些具体的要求。
第三部分是我们红旗在芯片应用当中的一些具体的探索实践,这是我们基于架构演进的总体趋势,基本上是关注多域融合芯片,基于融合之后把算力提升,最终关注车云一体未来的愿景。
这是在整个SOC芯片设计过程当中,关注前端的需求定义,规格实现还有后端整体的芯片可靠性测试认证,这是未来我们车厂关注的两个关键的能力点,已经开展的一些实践包括刚才提到芯片的联合定义打通从芯片需求到开发到最终搭载验证的整个技术通路能够尽快加速芯片两化进程,在过去的两年当中,我们是在SOC、MCU还有以太网、Srush这几个关键的芯片当中都采用了这样的形式,一些具体的产品也在我们红旗最新的车型上有所体现。
同时,我们也积极参加我们协会组织的标准租,依据汽车芯片的分类还有汽车芯片标准体系,建立我们自己的核心标准体系,同时全面参与国标、行标、团标的制定,为行业积极贡献我们的力量。
还有就是积极参与部委还有行业的各种活动,我们国创中心产业创新联盟我们也跟它一起积极合作,在芯片的规划统一化还有芯片的测试验证体系打造方面有一些深度的合作。
那么未来我们中国一汽、红旗品牌在研发领域将会支持同行、同仁企业和行业持续发展,通过自主合作还有共享的方式,积极打造生态,促进行业的积极发展。
谢谢大家。
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