1680年，英国著名科学家牛顿首次提出喷气式汽车方案。至今，汽车经过长达三百年的发展，其动力来源已由最初的蒸汽、汽油变革到电力，性能指标也一步步飞速提升。然而，汽车的智能化进程却远远落后于消费电子。与传统汽车不同的是，智能汽车要求具有联接能力、感知能力、表达能力以及计算能力等四种基础能力，而这需要大量高性能的芯片支撑实现。
智能汽车里的芯片主要有计算芯片、传感芯片、通信芯片、存储芯片、功率芯片等。
01计算与控制芯片
此类芯片以微控制器和逻辑 IC 为主，用作计算分析和决策，也是智能汽车最为核心的芯片，主要分为功能芯片（MCU）和主控芯片（SOC）。MCU 指的是芯片级芯片，一般只包含 CPU 一个处理单元（例如：MCU=CPU+存储+接口单元）。而SOC指片上系统，是系统级芯片，一般包含多个处理单元（例如：SOC=CPU+GPU+DSP+NPU+存储+接口单元）。
按照不同应用部位，计算芯片又可以分为智能座舱芯片和自动驾驶芯片、车身控制芯片。
1.智能座舱芯片
以“CPU+功能模块”的 SoC 异构融合方案为主，以高通智能座舱主控计算芯片820A为例，拆解后可分为四大模块：
- CPU，采用主频高达2.1GHz 的64位四核处理器（Qualcomm Kryo CPU），用于对所有硬件资源的调度与管理；
- GPU，采用高通 Adreno530 GPU，可支持多个4K超高清触屏显示，实现一芯多屏；
- DSP，采用Qualcomm Hexagon 680 DSP，能够在不增加 CPU 负载的情况下，支持 8 个摄像头传感器同时输入；
- LTE 调制解调器模块，确保车辆在行驶过程中获得持续的移动连接性。除此之外，该芯片可搭载高通深度学习软件开发包(SDK) ——Qualcomm 骁龙神经处理引擎(NPE)，从而可集成基于机器学习的先进驾驶辅助系统。
2. 自动驾驶芯片：
以“CPU+GPU+NPU”的 SoC 异构方案为主，以英伟达自动驾驶主控计算芯片Xavier 系列为例，主要包含控制单元、计算单元、 AI 加速单元三大模块：
- 控制单元（CPU）：基于 ARM 架构的 8 核 Carmel CPU；
- 计算单元（GPU）：基于 NVIDIA Volta 架构，在 20W 功率下单精度 浮点性能可达到 1.3TFLOPS，Tensor 核心性能为 20TOPS，当功率提升到 30W 时，算力可达到 30TOPS，性能强劲且具有可编程性；
- ASIC（AI 加速单元）：包含深度学习加速器（DLA，Deep Learning Accelerator）和可编程视觉加速器（PVA，Programmable Vision Accelerator）两个ASIC芯片，旨在提高CPU性能（perf/watt）。
3. 车身控制芯片
以8位或32位的MCU芯片为主，对算力要求比较低。车身控制域的本质是在传统车身控制器（BCM）的基础上，集成了无钥匙启动系统（PEPS）、纹波防夹、空调控制系统等功能，因而其中的主要芯片仍以车规级 MCU 为主。
02传感芯片
主要用于探测、感受外界信号、物理条件或化学组成，并将探知的信息转变为电信号或其他所需形式传递给其他设备，如雷达传感器、图像传感器、光电传感器、生物传感器、磁传感器等。其中车载摄像头应用最为广泛，既可以辅助自动驾驶，还可以进行车内监控。车载摄像头最为核心的芯片包括CMOS图像传感器（CIS）和图像信号处理芯片（ISP）。
1. CIS 芯片
CMOS传感器主要功能是将光信号转换成电信号，兼具模拟电路与数字电路，是车 载摄像头价值量最高的部分。与手机等消费电子的CIS不同，车规级 CIS要求更高，主要体现在高动态范围（HDR）、极端工作环境、低光照等方面。
2. ISP 芯片
图像信号处理器（ISP，Image Signal Processor）将 CIS 输出的 Raw 数据进行处理，使之成为符合人眼真实生理感受的信号并加以输出。
03信号与接口芯片
主要用于发送、接收以及传输通讯信号，主要有：
1）总线芯片CAN/LIN/USB/ETH 等；
2）通信与射频芯片：基带、V2X、BT/WiFi 等；
3）音视频芯片包括：音频芯片， SerDes，ISP 等；
4) 信号变换：包括复用器、放大器、隔离器等；
高阶自动驾驶的实现主要依赖单车智能+车联网两大领域的技术。智能汽车在软硬件的升级过程中均需要车载以太网作为技术支撑，用以高效的传递信息。
以太网芯片是车载以太网的核心。以太网电路接口主要由MAC控制器和物理层接口PHY芯片两大部分构成。其中，大部分处理器已包含MAC控制，而PHY 作为独立的芯片用来提供以太网的接入通道，起到连接处理器与通信介质的作用。而PHY芯片技术门槛非常高，芯片设计时需要数模混合，既包含了高速 ADC/DAC、 高精度 PLL 等模拟设计，也需要滤波算法和信号恢复的DSP设计能力，目前全球仅 NXP、博通、Marvell、瑞昱、Microchip、德州仪器六家供应商能够实现量产。
04存储芯片
主要用于数据存储，具体包含DRAM（动态存储器）、SRAM（静态存储器）、FLASH（闪存芯片）等。
存储芯片在智能汽车中应用广泛，智能座舱、车联网、自动驾驶等功能均需要一定的存储空间来支持其正常运行。随着自动驾驶等级提高，AI功能逐渐增加，车辆需要对传感器所捕获的大量资料进行实时处理，即具备整合信息并立刻做出判断的能力。这对于带宽和空间需求提出了更高的要求。根据美光科技及中国闪存预计，L2/L3 级自动驾驶汽车对内存带宽要求约为100GB/s，对DRAM 和 NAND FLASH 的平均容量需求约为8GB和25GB。
此外，电动汽车的核心部件 BMS（电池管理系统）需要实时记录和存储数据，涵盖汽车电压电流、电压、温度、电机转速等，这些数据需要以较高的频率进行实时且连续的擦写。因此，随着电动车续航能力、充电速度等不断提升，存储芯片的循环寿命、擦写速度以及功耗等存在较大升级需求。
05功率芯片
主要用于保证和调节能源传输，包括：
1）电源芯片：DCDC，LDO，PMU 等；
2）驱动芯片：高低边驱动、HBD 等；
3）功率放大器：音频功放等；
4）功率模组：IGBT、组合 MOS 等；
5）其他：eFUSE、理想二极管控制器等
作者：孟渊
原文链接：处芯积律
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