（接上篇）
二、單SOC芯片方案的優(yōu)勢(shì)以及挑戰(zhàn)
當(dāng)前的智駕域控的主流方案依然是 N*SOC+MCU的形式，但是，去掉外掛MCU在未來(lái)是不可忽視的技術(shù)趨勢(shì)。如果方案中去掉外掛MCU，并且行車和泊車功能都整合到一個(gè)SOC里，那么就是理想型的單SOC芯片方案了。
2.1 單SOC芯片方案的優(yōu)勢(shì)
N*SoC+MCU的方案不管是片間的通訊，還是硬件的設(shè)計(jì)，都比較復(fù)雜。軟件架構(gòu)也很難做得很靈活，會(huì)存在一些兼容性和適配性的問(wèn)題。片間雖然可以通過(guò)以太網(wǎng)或者PCIe進(jìn)行通訊，但依然存在一定的通訊延遲。而單soc芯片方案無(wú)所考慮片間之間的通訊連接，主計(jì)算的性能核與內(nèi)置的功能安全島之間共享內(nèi)存，通信效率比較高，時(shí)延要低很多。
單SoC芯片方案，會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，不僅BOM成本能夠有一定程度的節(jié)省，同時(shí)還可以更好的控制域控制器的設(shè)計(jì)尺寸，便于整車的空間布置。
3）有利于整個(gè)系統(tǒng)的OTA升級(jí)
即使是單SoC芯片方案，內(nèi)部也存在多個(gè)分區(qū)，但加載一套OTA系統(tǒng)即可。孫魯毅舉例說(shuō)：“智能駕駛域控制器若是采用單SoC芯片方案，那么，跟手機(jī)升級(jí)流程是類似的——手機(jī)里面也是有很多軟件，但他們的OTA標(biāo)準(zhǔn)流程是一樣的，所有東西都是通過(guò)一個(gè)軟件倉(cāng)庫(kù)下載，下載完了進(jìn)行核對(duì)，該升級(jí)哪個(gè)就升級(jí)哪個(gè)，這樣流程就會(huì)比較簡(jiǎn)單。如果是有兩個(gè)SoC，可能有的版本需要考慮均衡性，還得考慮先升級(jí)哪一個(gè)。并且，升級(jí)順序出錯(cuò)了，就會(huì)出問(wèn)題。如果考慮兩邊一起升級(jí)，還需要考慮能不能支持。”
劉道福認(rèn)為：“單SoC芯片方案的域控制器的功耗表現(xiàn)要好一些。首先，單SoC芯片方案能夠避免片間通訊帶來(lái)的一些能耗；其次，單SoC芯片的域控制器集成度更高，該SoC芯片的溢價(jià)較高，芯片廠商就有動(dòng)力去用更先進(jìn)的工藝，用更先進(jìn)的工藝便會(huì)帶來(lái)功耗的減少。”
“功耗實(shí)際上是跟驅(qū)動(dòng)電平相關(guān)的，芯片一般都是采用3.3V、1.5V或者5V供電。如果是采用雙芯片的方案，有可能供電電壓不同，就需要匹配兩種不同的電平。即使都是TTL電平，有低電壓的TTL電平，也有高電壓的TTL電平。通常情況下，如果是單芯片方案的話，TTL電平可以做得更低一些。因此整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的功耗就可以有一定程度的降低。”彭能嶺從另外一個(gè)更細(xì)節(jié)的技術(shù)角度解釋道。
去掉外掛MCU，采用單SoC方案的另外一個(gè)最大的推動(dòng)力源自英飛凌等MCU大廠的缺貨。比如，有很多車廠或域控Tier1都碰到了英飛凌AURIX全系列芯片的缺貨。缺貨最直接的后果就是漲價(jià)，甚至是漲價(jià)都買不到。這種情況下，他們只能無(wú)奈“被迫”地去選擇去開(kāi)發(fā)和應(yīng)用帶有內(nèi)置MCU核心的單SoC芯片方案了。
2.2 單SOC芯片方案的挑戰(zhàn)
1）內(nèi)部基于功能安全上的隔離
對(duì)于智能駕駛域控制器單SoC芯片方案，主計(jì)算的部分和其它部分需要做好功能安全上的隔離，因?yàn)橐粋€(gè)核心的計(jì)算模塊不希望被其它非核心的計(jì)算模塊影響到。一般情況下，會(huì)按功能安全需求的不同進(jìn)行劃分，對(duì)功能安全有要求的區(qū)域與對(duì)功能安全沒(méi)有要求的要分開(kāi)，對(duì)功能安全要求特別高和對(duì)功能安全要求一般的也要分開(kāi)。
劉道福說(shuō)：“單SoC芯片方案在安全上的挑戰(zhàn)增加了，需要做更嚴(yán)格的隔離。首先，SoC中MCU區(qū)域的功能安全等級(jí)比其他區(qū)域要求更高，并且，相比于原來(lái)的安全島也會(huì)有更多的功能安全設(shè)計(jì)要求——采用實(shí)時(shí)核鎖步是最基本的，在一些通路的關(guān)鍵電路，甚至?xí)捎?/span>TMR（Triple modular redundancy）電路，在極端情況下，某一個(gè)通路出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，能通過(guò)投票恢復(fù)。其次，MCU區(qū)域也需要做更嚴(yán)格的隔離，包括時(shí)鐘、電源都需要完全獨(dú)立，和SoC的其他區(qū)域進(jìn)行隔離，避免SoC其它區(qū)域的故障影響到MCU區(qū)域。”
彭能嶺也基本認(rèn)可這一觀點(diǎn)：“對(duì)于單SoC芯片內(nèi)部的隔離，不同的公司有不同的做法，比如說(shuō)內(nèi)置功能安全島和主計(jì)算單元部分要做解耦隔離：電源部分要隔離，計(jì)算單元的部分要做隔離。目前常見(jiàn)的隔離手段是光耦器件，但是采用這種手段，在單顆SoC上怎么把集成度提升又是一個(gè)難題?！?/span>
2）符合要求的理想型SoC芯片比較少
據(jù)某Tier1智駕域控產(chǎn)品經(jīng)理透露：“單SoC域控方案在未來(lái)主要適用于中低端車型，因此主機(jī)廠在進(jìn)行SoC芯片選型的時(shí)候，對(duì)成本會(huì)比較敏感。這就要求芯片廠商在做芯片設(shè)計(jì)的時(shí)候需要能夠?qū)κ袌?chǎng)需求充分了解，既不能遺漏需求，也不能過(guò)度設(shè)計(jì)。性能要好、功耗要低，并且價(jià)格還要有優(yōu)勢(shì)，從目前來(lái)看，能夠滿足市場(chǎng)需求的、高性價(jià)比的SoC芯片幾乎沒(méi)有?！?/span>
A. SoC芯片內(nèi)部的異構(gòu)類型要豐富
—— AI加速單元：通常是GPU或NPU等，承擔(dān)大規(guī)模浮點(diǎn)數(shù)并行計(jì)算需求，用于攝像頭、激光雷達(dá)等傳感器信息的識(shí)別、融合、分類等；
—— 通用計(jì)算單元：由多個(gè)車規(guī)級(jí)多核 CPU 芯片組成，主要負(fù)責(zé)一些邏輯運(yùn)算任務(wù)，用于管理軟硬件資源、完成任務(wù)調(diào)度，同時(shí)整合多源數(shù)據(jù)完成路徑規(guī)劃等功能。
—— 控制單元：內(nèi)部應(yīng)集成ASIL-D等級(jí)的MCU核心，用于替代之前外掛MCU，實(shí)現(xiàn)車輛動(dòng)力學(xué)的橫縱向控制。
—— 圖像信號(hào)處理單元（ISP）：隨著圖像分辨率的不斷提高，增加了攝像頭散熱處理的難度，再加上攝像頭尺寸小型化的發(fā)展趨勢(shì)，圖像處理單元已經(jīng)不適合內(nèi)置在攝像頭，開(kāi)始逐漸集成到域控制器的SOC芯片內(nèi)部。
B. 支持足夠多的傳感器接入，并能夠提供充足的CPU算力和AI算力
傳感器接口要豐富，支持多路攝像頭視頻數(shù)據(jù)接入，多路以太網(wǎng)設(shè)備接入（4D毫米波雷達(dá)的主要接口是百兆以太網(wǎng)，激光雷達(dá)的主要接口是千兆以太網(wǎng)），多路 CAN 接口設(shè)備接入（毫米波雷達(dá)）等；
對(duì)于低端車型，至少需要5個(gè)高清攝像頭（泊車至少需要4個(gè)，行車至少需要1個(gè)）。而中高端車型配置的行車和泊車攝像頭加起來(lái)在10個(gè)以上，甚至不少車型還同時(shí)配置有4D毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)。多源傳感器的接入意味著不僅需要配置相應(yīng)的接口，同時(shí)也需要有足夠大的內(nèi)存帶寬和充足的算力來(lái)保證算法模型的正常運(yùn)行。
三、從中短期來(lái)看，單SOC芯片方案是趨勢(shì)，但不能Cover所有場(chǎng)景
基于芯片技術(shù)的發(fā)展和不同等級(jí)自動(dòng)駕駛對(duì)域控方案的需求，筆者認(rèn)為，在中短期內(nèi)，智能駕駛的硬件架構(gòu)方案未來(lái)會(huì)出現(xiàn)兩種路線方向：輕量級(jí)域控偏向于采用單SoC方案；大算力域控支持更高階的智能駕駛功能，對(duì)功能安全等級(jí)的要求較高，并且需要做系統(tǒng)冗余，所以至少需要另外一個(gè)SoC用于備份功能，因此，會(huì)采用 主SoC +備份SoC的方案，甚至是主域控+副域控制器方案。
3.1 輕量級(jí)域控制器 — 單SoC芯片方案
輕量級(jí)智能駕駛域控制器因受產(chǎn)品定位以及成本的限制，所以對(duì)算力的要求（一般在十幾~幾十TOPS左右）、傳感器的接入能力以及對(duì)功能安全的要求，相比大算力域控制器要低不少。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，即將量產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)芯片中就有幾款可以通過(guò)單SoC芯片支持L2+級(jí)行泊一體方案。比如行歌SD5223 、黑芝麻的A1000 等。
輕量級(jí)域控率先采用單SoC芯片方案，主要跟其產(chǎn)品定義和應(yīng)用場(chǎng)景有關(guān)。因?yàn)樗亩ㄎ皇怯糜趯?shí)現(xiàn)L1~L2+級(jí)的駕駛輔助功能。彭能嶺提到 ：“L2級(jí)自動(dòng)駕駛場(chǎng)景一定需要把功能安全等級(jí)做那么高么？從合規(guī)性的角度，以及產(chǎn)品性能邊界的角度來(lái)講，不一定需要。對(duì)于L2級(jí)，國(guó)家法規(guī)要求駕駛員對(duì)安全負(fù)責(zé)。系統(tǒng)只是在幫助人開(kāi)車，不需要進(jìn)入一種最小風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。”
目前已經(jīng)量產(chǎn)落地的行泊一體域控制器中基本沒(méi)有采用單SoC芯片方案。但是，從長(zhǎng)期的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，芯片的集成化會(huì)越來(lái)越高，采用單SoC芯片的域控方案將會(huì)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。因?yàn)樗軌蚴沟孟到y(tǒng)的集成度變得更高，不僅能夠降低系統(tǒng)硬件成本，還有利于系統(tǒng)的OTA升級(jí)。
3.2 大算力域控制器 — 主SoC + 備份SoC/MCU 或者 主域控+副域控方案
為了滿足更高級(jí)別自動(dòng)駕駛功能而設(shè)計(jì)的大算力域控制器，需要做好域控制器的冗余方案，目前主流的方案有兩種：
-
在一個(gè)板子上做主SoC芯片和備份SoC/MCU芯片（L2+）
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采用主域控+副域控制器方案（L3及以上）
據(jù)某主機(jī)廠的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)專家介紹：“從目前來(lái)看，采用單顆SoC芯片方案實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全的冗余設(shè)計(jì)，還沒(méi)有比較成熟的方案，最穩(wěn)妥的做法還是采用主SoC+備份SoC/MCU的方案：一個(gè)是主計(jì)算單元，做一些常態(tài)化的計(jì)算，另外一個(gè)用于安全監(jiān)控和應(yīng)急處理的備份計(jì)算單元，當(dāng)主計(jì)算單元出問(wèn)題了，備份的計(jì)算單元用于控車。這是目前比較主流的一種設(shè)計(jì)方案。”
1）主SoC+備份SoC
A.特斯拉 - Autopilot HW3.0 （144TOPS）：主板采用雙FSD芯片冗余設(shè)計(jì)，兩顆芯片的供電和數(shù)據(jù)通道都是獨(dú)立且互為備份，減少了功能區(qū)故障隱患。兩顆芯片對(duì)同樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，相互驗(yàn)證、比對(duì)分析，再得出最終結(jié)論，提高了數(shù)據(jù)處理的安全性和準(zhǔn)確性。
AutoPilot HW3.0 硬件主板（圖片來(lái)源 - 特斯拉AI Day 演講材料）
B.蔚來(lái) - 超算平臺(tái)NIO Adam（1016TOPS）：該智能駕駛域控平臺(tái)采用4顆Orin-X芯片，包括2顆主控芯片+1顆冗余備份芯片+1顆群體智能與個(gè)性訓(xùn)練專用芯片。2主控芯片用于實(shí)現(xiàn)NAD算法的全棧運(yùn)算，包含多方案相互校驗(yàn)感知、多源的高精度定位、多模態(tài)的預(yù)測(cè)與決策；1冗余備份芯片用于在主控芯片失效的時(shí)候，確保車輛的安全。
2）主域控 + 副域控制器
如果是用于支持L3及以上更高級(jí)的自動(dòng)駕駛功能，則需要考慮采用主域控+副域控制器設(shè)計(jì)方案。因?yàn)殡p芯片方案也會(huì)存在一些問(wèn)題，畢竟是在一塊板子上，兩顆芯片的位置不會(huì)離得特別遠(yuǎn)，假如遇到一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，或者高溫的影響，兩顆芯片很有可能會(huì)同時(shí)失效。
如果是兩個(gè)域控，布置的位置會(huì)遠(yuǎn)一些，在極端的情況下，他們受到的影響也是獨(dú)立的，整個(gè)系統(tǒng)的安全性會(huì)提高很多。如果是設(shè)計(jì)兩個(gè)兩個(gè)完全相同的域控，則成本便會(huì)高很多，一般不會(huì)采用這樣的設(shè)計(jì)。為了兼顧成本，一般會(huì)選擇另外一個(gè)干其它工作的域控“兼職”做智駕域控的“副手”，在主域控出問(wèn)題的時(shí)候，能夠代替主域控實(shí)施控車的職責(zé)，把車靠邊停下來(lái)即可。
主域控+副域控方案示意圖（圖片來(lái)源：《2萬(wàn)字長(zhǎng)文說(shuō)清自動(dòng)駕駛功能架構(gòu)的演進(jìn)》）
A.長(zhǎng)城汽車 - GEEP4.0架構(gòu)：該架構(gòu)的硬件平臺(tái)由中央計(jì)算平臺(tái)（CCU）、智能座艙模塊（HUT）、智能駕駛模塊（IDC），以及3個(gè)區(qū)域控制器（VIU_L 、VIU_R以及VIU_F）組成。其中IDC是智能駕駛的主控制單元，在高階自動(dòng)駕駛配置下，CCU可以作為ICU域控制器的備份，實(shí)現(xiàn)最低風(fēng)險(xiǎn)條件。
B.上汽零束 - 銀河全棧3.0架構(gòu)方案：該架構(gòu)的硬件由兩個(gè)高性能計(jì)算單元HPC1和HPC2以及四個(gè)區(qū)域控制器（ZONE）構(gòu)成。兩個(gè)高性能計(jì)算單元中的一個(gè)是用于智能座艙和智能駕駛功能，另外一個(gè)主要做網(wǎng)關(guān)和車控以及BCM等功能，另外還承擔(dān)智能駕駛的備份功能。
轉(zhuǎn)自九章智駕
