今天2020年下半年以來，汽車行業(yè)的“缺芯”問題就一直困擾著全球各大車廠，福特、通用、豐田、現(xiàn)代、沃爾沃等一眾車廠相繼出現(xiàn)部分工廠或車型停產(chǎn)的情況，而國內(nèi)也有南北大眾和蔚來等車廠受到影響，出現(xiàn)短暫停產(chǎn)現(xiàn)象。
目前來看，這一芯片短缺問題并不會馬上得到緩解。中國汽車工業(yè)協(xié)會相關(guān)負(fù)責(zé)人之前表示，芯片供應(yīng)問題對國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的影響會在2021年二、三季度重點顯現(xiàn)，四季度影響會略有下降，真正緩解可能要到明年一季度。
（圖片來源：中國汽車消費網(wǎng)）
一顆小小的芯片可以如此輕松地扼住一家大型車廠的“喉嚨”，可見芯片在汽車發(fā)展進(jìn)程中的作用何等重要。對整車廠，尤其是同時處于缺芯、貿(mào)易摩擦和智能化發(fā)展需求等多重背景下的國內(nèi)車廠而言，如何在芯片領(lǐng)域布局事關(guān)其未來多年發(fā)展大局。
合資、投資、自研，國內(nèi)車廠各施其招布局芯片領(lǐng)域
近年來，在汽車智能化發(fā)展大勢下，國內(nèi)整車廠已經(jīng)在芯片方面開始投入精力和資源，而此次前所未有的缺芯潮更是堅定了他們對芯片加大投入的決心。他們紛紛成立了芯片相關(guān)的部門或小組，并通過各種方式在芯片領(lǐng)域進(jìn)行更加直接的布局，例如與芯片廠商合作研發(fā)，投資入股芯片廠商，甚至是自主研發(fā)芯片。
在芯片領(lǐng)域投入方面，國內(nèi)車廠布局最早的要數(shù)比亞迪，其早在2005年就意識到了芯片的重要性，組建了車規(guī)芯片研發(fā)團(tuán)隊，開啟了自研芯片之路。旗下比亞迪半導(dǎo)體擁有包含芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝測試和下游應(yīng)用在內(nèi)的全產(chǎn)業(yè)鏈，IGBT、MCU等多種車規(guī)級芯片均已實現(xiàn)量產(chǎn)及裝車。
國內(nèi)的其他傳統(tǒng)汽車大廠，如吉利、上汽、北汽、廣汽、長城、東風(fēng)等，一方面為了加快發(fā)展汽車的智能化功能，另一方面也或早或晚意識到了缺芯可能帶來的嚴(yán)重影響，因此在這一兩年開始通過成立合資公司，投資入股等方式來強(qiáng)化自身在芯片領(lǐng)域的自主權(quán)。
國內(nèi)的造車新勢力，如蔚來、小鵬、理想、零跑等，他們的做法則更為直接——效仿特斯拉，在自研芯片方面開始發(fā)力。特斯拉在2017年招攬了傳奇芯片架構(gòu)師Jim Keller作為其AI芯片項目負(fù)責(zé)人，開始自研AI芯片，并于2019年在其Autopilot HW3.0平臺上成功搭載自研的全自動駕駛（FSD）主控芯片。
從應(yīng)對缺芯角度看，無論合資、投資還是自研，都表明國內(nèi)車廠希望在芯片供應(yīng)方面掌握更多主動權(quán)。其中，自主“造芯”即自研也許是最理想的方式，車廠可以根據(jù)自身需求更從容地安排芯片生產(chǎn)，減少因芯片產(chǎn)能不足或供應(yīng)鏈不暢而導(dǎo)致的缺芯風(fēng)險。當(dāng)然，除了深入把控芯片供應(yīng)，自研芯片更重要的意義在于憑借精準(zhǔn)定義、縮短周期、實現(xiàn)差異化等一系列優(yōu)勢助力車廠加快智能化發(fā)展步伐。
定義準(zhǔn)、周期短、差異化，車廠“造芯”好處多多
相比用于消費電子產(chǎn)品的芯片，車規(guī)芯片從規(guī)劃、研發(fā)到量產(chǎn)、上車的周期要長得多，往往需要3-5年的時間。這一方面是因為車規(guī)芯片在安全性、可靠性、使用壽命方面有著很高的要求，同時獲取認(rèn)證的時間也相對較長，另一方面則在于芯片設(shè)計企業(yè)和車廠在彼此溝通和支持上并不順暢，導(dǎo)致很多車用芯片在定義和規(guī)劃時走了很多彎路。
如果是車廠自主“造芯”，就不會存在上述的溝通問題，相反車廠會充分利用他們對汽車和用戶更加了解的優(yōu)勢，將自己的造車經(jīng)驗、對汽車發(fā)展尤其是智能化應(yīng)用的理解、用戶的實際需求和芯片設(shè)計有效地結(jié)合起來，使芯片的定義和規(guī)劃更精準(zhǔn)、快速，且更具針對性和前瞻性。
此外，隨著芯片設(shè)計和汽車制造的一體化，也簡化了芯片上車調(diào)試乃至最終裝車的流程，這可以進(jìn)一步縮短車規(guī)芯片從定義到上車的整個周期，進(jìn)而可以支持車廠快人一步推出功能更先進(jìn)的車型。
自主“造芯”還有利于實現(xiàn)差異化功能。車廠可以根據(jù)自身設(shè)定的智能化發(fā)展路徑，在芯片設(shè)計中加入想要實現(xiàn)的創(chuàng)新功能，相比和其他車廠采用來自相同芯片廠商的芯片，這樣做可以實現(xiàn)更加獨特的車載功能，使自己的車型更具賣點，更容易受到用戶青睞。
對于當(dāng)前火熱發(fā)展的自動駕駛應(yīng)用，車廠自研芯片也是提高自動駕駛平臺實際算力的有效途徑。例如，之前有廠商推出了算力高達(dá)1000 TOPS的自動駕駛芯片，但是車廠將其真正裝載到汽車上時，所能達(dá)到的實際算力可能就要打不少折扣。如果由車廠自身直接通過算法來定義芯片，則可以大大提高芯片的有效算力。
由此可見，自研芯片于車廠有諸多好處，是值得長期投入的發(fā)展方向。但是，想要做成任何事都非一朝一夕之功，車廠自研芯片仍有一些壁壘需要跨越，他們究竟該怎樣做才能更快實現(xiàn)“造芯”呢？
研發(fā)經(jīng)驗、算力壁壘、車規(guī)要求，國內(nèi)車廠“造芯”缺什么
自主“造芯”的口號好提，真正實踐起來并非易事。國內(nèi)整車廠如果單純憑借自己的力量從頭開始研發(fā)芯片，布局時間難免過長，同時過程中會因為缺乏芯片研發(fā)經(jīng)驗以及AI算力和車規(guī)性要求難以滿足而走很多彎路。
其實對于國內(nèi)車廠而言，其所缺少的這些能力或者說可能會碰到的壁壘并不難解決，一個好的合作伙伴就可以幫助他們應(yīng)對這些問題，換言之，他們真正缺少的其實是一個合適的合作伙伴。
在汽車領(lǐng)域擁有豐富經(jīng)驗的半導(dǎo)體IP廠商就是這樣的合作伙伴，比如全中資背景，總部在英國的Imagination Technologies。根據(jù)筆者對這家企業(yè)的了解，發(fā)現(xiàn)他們所具備的能力可以和車廠形成極佳的互補關(guān)系。
從研發(fā)經(jīng)驗上來說，Imagination擁有近30年的GPU研發(fā)歷史及眾多GPU基礎(chǔ)與核心專利，目前超過900名全球員工當(dāng)中有80%都是工程師。蘋果作為Imagination多年的GPU客戶在2017年曾拋開Imagination自研GPU，但這并非易事，2020年初Imagination官網(wǎng)曾宣布蘋果再次授權(quán)使用Imagination的GPU。
在全球范圍內(nèi)，Imagination合作過大量的芯片設(shè)計企業(yè)并為他們提供了全面的支持，目前帶有Imagination IP的芯片出貨量早已超過110億片。在汽車領(lǐng)域， Imagination的歷史也已超過15年，瑞薩、TI、索喜（Socionext）這些全球領(lǐng)先的汽車芯片廠商都是Imagination的長期客戶。目前，Imagination在全球汽車GPU IP市場中占據(jù)43%的份額，高居第一，全球有3億多輛汽車在路上使用Imagination的技術(shù)。
如此深厚的技術(shù)積累和研發(fā)實力使Imagination可以幫助開啟“造芯”之路的車廠少走很多彎路，一方面直接將成熟的IP授權(quán)車廠使用，另一方面在芯片設(shè)計過程中提供充分的技術(shù)支持，加快芯片的研發(fā)過程。
從車規(guī)要求上來說，Imagination在2020年5月成功通過了HORIBA MIRA對其功能安全管理系統(tǒng)進(jìn)行的審查，獲得了ISO 26262流程一致性認(rèn)證，其車用GPU、NNA（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器）、EPP（以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包處理器）等IP產(chǎn)品均符合ISO 26262汽車功能安全標(biāo)準(zhǔn)。
在GPU方面，Imagination最新的IMG B系列中的BXS是當(dāng)前最先進(jìn)的車用GPU，也是業(yè)界首款符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的可授權(quán)GPU IP。此外，BXS采用了“分塊區(qū)域保護(hù)（TRP）”功能，這使得3D流水線能夠用于顯示安全關(guān)鍵型人機(jī)界面（HMI）信息，并且不會影響性能。
在NNA方面，4NX NNA是專門面向先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛的AI加速解決方案，可在不影響性能的情況下，安全地進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理，其硬件安全機(jī)制可以保護(hù)編譯后的網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)的執(zhí)行和數(shù)據(jù)處理管道。
在EPP方面，Imagination的EPP IP已獲恩智浦用于其S32 車載網(wǎng)絡(luò)處理器中，該IP遵循了Imagination一貫的安全策略，可支持S32車載網(wǎng)絡(luò)處理器達(dá)到ISO 26262 ASIL-D等級的要求。
Imagination在ISO 26262車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)方面所獲得的認(rèn)證，可以幫助車廠在開發(fā)芯片時更順利、更快速地通過ISO 26262認(rèn)證，縮短芯片的上車周期，進(jìn)而助力車廠更早地在新車型上實現(xiàn)先進(jìn)的智能化功能，在競爭中脫穎而出。
從AI算力上來說，Imagination最新的4NX NNA和B系列GPU都具備業(yè)界領(lǐng)先的算力水平，而且這兩款I(lǐng)P產(chǎn)品都支持多核形態(tài)，4NX NNA甚至還支持基于多核集群進(jìn)行擴(kuò)展。就目前從智能駕艙到ADAS再到自動駕駛的汽車智能化應(yīng)用而言，Imagination GPU和NNA的算力水平完全可以滿足。
比如，瑞薩和TI就一直在駕艙芯片中采用Imagination的GPU，國內(nèi)的汽車芯片新創(chuàng)企業(yè)芯馳科技最新發(fā)布的智能駕艙芯片中也采用了Imagination的GPU。此外，隨著GPU算力的提升，再加上NNA加速器，在ADAS方面也開始有一些使用Imagination IP的芯片落地。
上面提到的BXS GPU，最多支持4核集群，可提供4 TFLOPS的算力；而4NX NNA更是可以支持8核集群，實現(xiàn)100 TOPS的算力，而且還可以將多個8核集群再組成更大的集群，例如6個8核集群就可以輕松滿足L5級自動駕駛的500 TOPS算力需求。
Imagination的GPU和NNA還可以形成完美協(xié)作的異構(gòu)計算平臺，在提供高算力的同時實現(xiàn)充足的靈活性。利用Imagination創(chuàng)新的AI協(xié)同（AI Synergy）技術(shù)，GPU的部分資源可用于圖形處理，其余資源用于可編程AI計算，而NNA則專注于固定功能的AI計算。而且二者可以共享統(tǒng)一的API接口和同一套開發(fā)工具，對汽車智能化應(yīng)用而言，是完美的解決方案。
強(qiáng)大的AI算力加上靈活的異構(gòu)計算模式，Imagination可以幫助車廠輕松打破AI芯片的算力壁壘，大幅加快智能化的步伐。而且，BXS GPU和4NX NNA都是面向未來打造的IP，只要成功地實現(xiàn)上車應(yīng)用，將會令車廠在很長一段時間內(nèi)受益良多。
結(jié)語
對汽車行業(yè)而言，智能化發(fā)展需求、芯片供應(yīng)短缺、中美貿(mào)易摩擦等一系列因素的出現(xiàn)，進(jìn)一步堅定了車廠加快布局芯片領(lǐng)域的決心。當(dāng)前的時點對車廠自主“造芯”是一個空前的好時機(jī)，天時、地利、人和各方面都擁有很好的優(yōu)勢。
天時方面，汽車智能化和自動駕駛的發(fā)展迫切需要新的技術(shù)、新的架構(gòu)提供支撐；地利方面，中國是全球最大的汽車市場，而且在自主研發(fā)大背景下有各種本地政策支持芯片技術(shù)發(fā)展；人和方面，過去多年國際汽車芯片大廠在國內(nèi)培養(yǎng)了一大批人才，這些人才現(xiàn)在正致力于本土汽車芯片的開發(fā)。所有這些優(yōu)勢疊加在一起，形成了絕佳的發(fā)展環(huán)境。
作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上游的IP廠商是芯片研發(fā)過程中非常重要的一環(huán)，他們的技術(shù)、經(jīng)驗和深度參與將使車廠的自主“造芯”之路走得更快更順利！
