智能芯片行業(yè)新技術(shù)前瞻專題系列(六)：智駕芯片行業(yè)的春天

Q1智能駕駛芯片是什么？汽車芯片是現(xiàn)代汽車處理數(shù)據(jù)及控制車輛的重要組成部分，支持在自動駕駛系統(tǒng)、駕駛艙、底盤、動力總成及車身等方面的廣泛應(yīng)用。汽車芯片可以分為計(jì)算芯片、存儲芯片、傳感器芯片、通信芯片及功率芯片。計(jì)算芯片（對各種傳感器收集的訊號進(jìn)行處理并將驅(qū)動訊號發(fā)送至相應(yīng)控制模塊的芯片）是目前汽車行業(yè)的焦點(diǎn)。MCU及SoC是兩種典型的計(jì)算芯片。MCU是指一種只包含單個CPU（中央處理器）作為處理器的傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。SoC指片上系統(tǒng)，即一種集成電路設(shè)計(jì)，將特定應(yīng)用或功能所需的所有必要組件及子系統(tǒng)集成到單個微芯片，包括將CPU、GPU（圖形處理器）、ASIC（專用集成電路）及其他組件集成到單個芯片，而并非像傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)般將單獨(dú)組件安裝在一個主板上。隨著汽車行業(yè)向電動化及智能化推進(jìn)，傳統(tǒng)MCU面臨無法有效應(yīng)對的挑戰(zhàn)，如復(fù)雜的電子電氣架構(gòu)及海量數(shù)據(jù)處理。SoC憑借計(jì)算能力提升、數(shù)據(jù)傳輸效率提高、芯片使用量減少、軟件升級更靈活等多項(xiàng)優(yōu)勢，已成為汽車芯片設(shè)計(jì)及應(yīng)用的主流趨勢。圖1:黑芝麻智能武當(dāng)系列SoC芯片圖2:黑芝麻智能華山系列SoC芯片資料來源：黑芝麻智能官網(wǎng)，東興證券研究所資料來源：黑芝麻智能官網(wǎng)，東興證券研究所資料來源：CSDN，鐘毅等《芯片三維互連技術(shù)及異質(zhì)集成研究進(jìn)展》，東興證券研究所SOC是系統(tǒng)級芯片控制邏輯模塊、微處理器/微控制器CPU

內(nèi)核模塊、數(shù)字信號處理器DSP模塊、嵌入的存儲器模塊、和外部進(jìn)行通訊的接口模塊、含有ADC

/DAC

的模擬前端模塊、電源提供和功耗管理模塊的集合。對于一個無線SOC還有射頻前端模塊、用戶定義邏輯(它可以由FPGA

或ASIC實(shí)現(xiàn))以及微電子機(jī)械模塊，更重要的是一個SOC芯片內(nèi)嵌有基本軟件(RDOS或COS以及其他應(yīng)用軟件)模塊或可載入的用戶軟件等。圖3：SOC的芯片的構(gòu)成MCU（Micro

Controller

Unit微控制器單元）是一種集成電路，集成了CPU、內(nèi)存、輸入/輸出接口以及各種外圍設(shè)備。在汽車中，MCU負(fù)責(zé)控制和監(jiān)控各種電子系統(tǒng)，以確保車輛的可靠性和安全性。MCU的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括引擎控制、變速箱控制、制動系統(tǒng)、車身電子、底盤控制、車載娛樂信息系統(tǒng)等。資料來源：EDA365電子論壇，東興證券研究所圖4：MCU芯片的構(gòu)成CPUFLASHRAM串行通訊口定時器計(jì)數(shù)器輸入輸出接口時鐘Q2智駕SoC芯片的優(yōu)點(diǎn)與挑戰(zhàn)?SoC芯片的優(yōu)點(diǎn)減小體積：以印刷電路板組合數(shù)個不同功能的集成電路，體積較大；如果整合成一個

SoC

芯片，體積則被縮小。減少成本：需要封裝測試多顆集成電路，成本較高；如果整合成一個

SoC

芯片，只需要封裝測試一顆集成電路，成本較低。低功耗、高性能：以印刷電路板組合數(shù)個不同功能的集成電路，電信號必須在印刷電路板上傳送較長的距離才能進(jìn)行運(yùn)算，耗電量較高，運(yùn)算速度較慢；如果整合成一個

SoC

芯片，電信號在同一個集成電路內(nèi)傳送較短的距離就能進(jìn)行運(yùn)算，耗電量較低，運(yùn)算速度較快。提升系統(tǒng)功能：將不同功能的集成電路整合成一個

SoC

芯片，體積較小，可以整合更多的“功能單元”，形成功能更強(qiáng)大的芯片。圖5：SoC芯片優(yōu)勢顯著資料來源：CSDN，東興證券研究所資料來源：CSDN，東興證券研究所由于

SoC

芯片的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證必須與半導(dǎo)體制造技術(shù)配合，再加上必須具備完整的混合信號、數(shù)字與類比、低頻與高頻、存儲器等相關(guān)的智慧財產(chǎn)權(quán)（IP）產(chǎn)業(yè)互相配合，因此系統(tǒng)單晶片的設(shè)計(jì)仍然有許多困難極待克服，系統(tǒng)單晶片的設(shè)計(jì)瓶頸包括：制造瓶頸：不同功能單元的制程技術(shù)不同，要同時制作在硅芯片上非常困難，數(shù)字電路的整合比較容易，數(shù)字與模擬電路兩者要整合在一起就比較困難。封裝瓶頸：SoC

芯片功能強(qiáng)大，工作頻率增加，必定會造成線路的信號產(chǎn)生雜訊互相干擾，必須使用覆晶封裝、錫球封裝、

晶圓級封裝等技術(shù)加以克服。測試瓶頸：測試機(jī)器必須同時具備多種數(shù)字與模擬信號的測試功能，因此必須發(fā)展多功能單一機(jī)型的測試機(jī)器，同時測試不同功能的SoC

芯片。圖6：SoC芯片面臨的挑戰(zhàn)Q3智駕芯片的技術(shù)趨勢是怎樣的？單SoC芯片方案尚未經(jīng)過充分的市場驗(yàn)證，用內(nèi)置的MCU核心去取代外掛MCU這種革新式的設(shè)計(jì)，具有一定的風(fēng)險。單SoC也能符合功能安全ASIL

D的要求（目前行業(yè)內(nèi)的大算力SoC只能做到ASIL

B），也可以滿足網(wǎng)絡(luò)安全要求，

但是對于完全自動駕駛安全而言做到‘相對安全’還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要做到‘本質(zhì)安全’。安全性不足內(nèi)存有限商業(yè)化存在問題軟件移植存在風(fēng)險現(xiàn)在很多的SOC內(nèi)部開始集成MCU核心-功能安全島，性能也越來越接近外掛的MCU，比如TDA4VM

內(nèi)部的功能安全島，已經(jīng)可以達(dá)到ASILD等級，在一些情況下是完全可以替代外掛MCU。外掛MCU拿掉，雖然硬件上的成本省了一點(diǎn)，但把所有的綜合成本算下來，包括重新匹配AUTOSAR

、以及在AUTOSARCP上部署一些其它軟件等工作算進(jìn)去，相比沿用已成熟量產(chǎn)的現(xiàn)成方案，不太合算。所以它不僅僅是技術(shù)層面的可行性問題，更多還需要從商業(yè)的角度考慮。資料來源：與非網(wǎng)，東興證券研究所高度集成復(fù)雜功能高性能可擴(kuò)展性實(shí)時性簡單架構(gòu)成本效益多個功能模塊集成到一個芯片上，

實(shí)現(xiàn)了高度集成化，

減小了系統(tǒng)的體積和功耗?？梢詫?shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的功能，如圖像處理、音視頻編解碼、無線通信等。采用先進(jìn)的制程工藝，配備強(qiáng)大的處理器核心和高速內(nèi)存，具有較高的計(jì)算能力和運(yùn)行速度。具有良好的可擴(kuò)展性，可以通過添加外部接口或模塊來滿足不同應(yīng)用需求。采用低功耗設(shè)計(jì)，適合于電池供電的設(shè)備。具備實(shí)時響應(yīng)能力，可以快速處理各種實(shí)時任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、控制指令等。架構(gòu)相對簡單，主要包括處理器核心、存儲器、輸入輸出接口和定時器等基本模塊。設(shè)計(jì)和制造成本較低，因此價格相對較低，適用于大規(guī)模應(yīng)用。低功耗SoCMCU資料來源：技象科技官方網(wǎng)站，東興證券研究所智能駕駛分為感知層、決策層、執(zhí)行層，每一層都涉及軟硬件。硬件主要是計(jì)算芯片、各種傳感器等，軟件則是對應(yīng)的軟件算法。智能駕駛系統(tǒng)的工作過程，就是軟硬件高效協(xié)同的過程。高級輔助駕駛和高階自動駕駛系統(tǒng)高度復(fù)雜，因而需要具備高處理能力、高可靠性、低延遲及低能耗的方案，且需要具有高性價比。因此，高級輔助駕駛和高階自動駕駛解決方案需要軟件及硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)駕駛功能必需的系統(tǒng)級性能及可靠性。地平線自主研發(fā)設(shè)計(jì)的智能計(jì)算架構(gòu)BPU，遵循軟硬結(jié)合的技術(shù)路徑，聚焦先進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和智能加速計(jì)算的最新技術(shù)，并圍繞智駕應(yīng)用場景進(jìn)行專項(xiàng)優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的計(jì)算密度和處理效率?！暗仄骄€征程”統(tǒng)一搭載BPU智能加速單元，能夠充分發(fā)揮片上系統(tǒng)的高性能、低延遲、低能耗優(yōu)勢，持續(xù)保持跨代際領(lǐng)先的產(chǎn)品競爭力。圖7：地平線征程6E/M芯片圖8：地平線軟硬結(jié)合，引領(lǐng)高階智能駕駛行業(yè)標(biāo)桿資料來源：地平線官網(wǎng)，東興證券研究所資料來源：地平線官網(wǎng)，東興證券研究所從Bernoulli到Nash，納什采用超異構(gòu)計(jì)算核心，進(jìn)一步增強(qiáng)算力的多樣性，同步引入AI輔助設(shè)計(jì)，大幅提升計(jì)算架構(gòu)的可編程性。通過針對端到端等前沿算法的極致優(yōu)化，納什能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)超同級的卓越計(jì)算性能，以贏得最佳的算法效率。BPU納什成功突破摩爾定律限制。通過軟硬協(xié)同優(yōu)化，地平線將化繁為簡的算法、端云結(jié)合的數(shù)據(jù)、軟硬結(jié)合的算力，凝聚成為系統(tǒng)化的技術(shù)力量，以極致的計(jì)算性能，持續(xù)逼近用戶體驗(yàn)的上限。BPU納什獨(dú)特設(shè)計(jì)三級片上存儲架構(gòu)，核間高效協(xié)同，極致優(yōu)化大參數(shù)下的帶寬瓶頸；具備多脈動立方加速引擎，靈活的引擎間數(shù)據(jù)流動實(shí)現(xiàn)高能效且低帶寬占用；數(shù)據(jù)變換引擎，靈活支持Transformer細(xì)小算子；浮點(diǎn)向量加速單元，具有通用、靈活的特性，滿足關(guān)鍵算子精度需求；緊耦合異構(gòu)計(jì)算單元高效加速不同類型數(shù)據(jù)處理；核內(nèi)、核間、片間高效靈活的多向數(shù)據(jù)流動，實(shí)現(xiàn)計(jì)算動態(tài)調(diào)度與靈活調(diào)優(yōu)；虛擬化技術(shù)，透明式提升多任務(wù)并行處理能力；數(shù)據(jù)驅(qū)動功耗優(yōu)化，針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)動態(tài)范圍特性，降低功耗30%。圖9：突破摩爾定律，計(jì)算性能6年提升246倍資料來源：地平線官網(wǎng)，東興證券研究所資料來源：易車網(wǎng)，東興證券研究所在輕量級行泊一體化域控方案中，單SoC（系統(tǒng)級芯片）方案因其高集成度、經(jīng)濟(jì)成本低及易于維護(hù)的特性而備受推崇。該方案的核心在于，整個域控系統(tǒng)的核心運(yùn)算任務(wù)由單一的SoC芯片高效執(zhí)行，這不僅精簡了硬件組件的數(shù)量，降低了整體功耗與成本，還極大簡化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試流程。多家國內(nèi)芯片供應(yīng)商紛紛推出支持單SoC行泊一體的芯片產(chǎn)品，展現(xiàn)出強(qiáng)勁的競爭力。地平線的J3、J5系列以及黑芝麻A1000芯片均集成了前沿的行泊一體算法。目前，地平線J3、J5芯片已成功應(yīng)用于輕舟智航、宏景智駕、毫末智行等多家公司的行泊一體方案中，而黑芝麻智能基于華山二號A1000的單芯片行泊一體方案也獲得了東風(fēng)乘用車的認(rèn)可。在中國電動汽車百人會上，黑芝麻智能的CMO楊宇欣表示，雖然目前主流芯片市場仍由海外供應(yīng)商主導(dǎo)，但在行泊一體特別是單芯片支持方面，中國已經(jīng)開始領(lǐng)先。他樂觀預(yù)測，中國的芯片企業(yè)將能夠與海外企業(yè)平分秋色。圖10：黑芝麻智能行泊一體算法芯片圖11：易航智能行泊一體算法芯片資料來源：易車網(wǎng)，東興證券研究所Q4智駕芯片行業(yè)市場空間、競爭格局是怎樣的?2023

年，自動駕駛乘用車全球滲透率達(dá)

69.8%，在中國則達(dá)74.7%。其中，L1

級、L2

級、L3

至L5

級車輛于2023

年的滲透率在全球分別達(dá)

38.8%、31.0%及0.01%，而在中國分別達(dá)32.6%、42.1%及0.01%。隨著技術(shù)成本不斷降低及消費(fèi)者的接受度越來越高，自動駕駛乘用車得到廣泛地應(yīng)用。自動駕駛乘用車的全球銷量預(yù)計(jì)到

2028

年將達(dá)68.8

百萬輛，滲透率為

87.9%。在中國，汽車OEM和消費(fèi)者均對自動駕駛乘用車的興趣日益濃厚，而中國銷量預(yù)計(jì)到2028年將達(dá)27.2百萬輛，滲透率為93.5%。L1級、L2級、L3至L5級車輛的滲透率預(yù)計(jì)到2028年在全球分別達(dá)25.0%、54.3%及8.6%，而預(yù)計(jì)在中國分別達(dá)11.1%、

69.9%及12.5%。圖13:中國自動駕駛乘用車滲透率預(yù)計(jì)到2028年將達(dá)93.5圖12：全球自動駕駛乘用車的全球銷量預(yù)計(jì)到2028年將達(dá)68.8百萬輛資料來源：黑芝麻智能公告，東興證券研究所資料來源：黑芝麻智能公告，東興證券研究所2023年中國車規(guī)級SoC市場規(guī)模達(dá)267億元，預(yù)計(jì)2028年達(dá)1020億元。2019年-2023年全球車規(guī)級SoC市場規(guī)模持續(xù)增長，分別為190、230、312、428、579億元。同時，

2019年-2023年中國車規(guī)級SoC市場規(guī)模緊跟全球市場步伐，分別為66、86、126、181、267億元，復(fù)合增長率為42%。2023年中國ADAS應(yīng)用的自動駕駛SoC市場規(guī)模達(dá)141億元，預(yù)計(jì)2028年達(dá)496億元。在ADAS功能進(jìn)一步普及的推動下，全球ADAS

SoC市場預(yù)計(jì)到2028年將達(dá)人民幣925億元，2023年至2028年的復(fù)合年增長率為27.5%。中國ADAS汽車銷售市場正處于快速增長階段，ADAS

SoC的市場規(guī)模預(yù)計(jì)到2028年將達(dá)人民幣496億元，2023年至2028年的復(fù)合年增長率為28.6%。圖15:2019-2023年中國ADAS應(yīng)用的自動駕駛SoC市場規(guī)模復(fù)合增長率為55.5資料來源：黑芝麻智能公告，東興證券研究所圖14：2019-2023年中國車規(guī)級SoC市場規(guī)模復(fù)合增長率為42資料來源：黑芝麻智能公告，東興證券研究所資料來源：黑芝麻智能公告，東興證券研究所中國的主要自動駕駛SoC市場參與者包括地平線、海思及黑芝麻智能。其他國家的主要自動駕駛SoC市場參與者包括NVIDIA、Mobileye、Qualcomm、Texas

Instruments及Renesas。2023年中國市場自動駕駛芯片及解決方案供應(yīng)商收入排名前三名為：Mobileye、英偉達(dá)、德州儀器，均為國外供應(yīng)商。國產(chǎn)SoC市場主要參與者一共僅占7.6%的市場份額，自動駕駛芯片國產(chǎn)化前景廣闊。圖16：國產(chǎn)自動駕駛芯片上升空間廣闊Q5智能駕駛SOC芯片的發(fā)展會使哪個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)、行業(yè)受益？自動駕駛SoC及解決方案行業(yè)價值鏈主要包括半導(dǎo)體制造商、自動駕駛SoC及解決方案供應(yīng)商及終端應(yīng)用。上游：自動駕駛SoC制造涉及半導(dǎo)體材料及設(shè)備、晶圓制造以及封裝及測試。先進(jìn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)有利于提高芯片性能。中游：基于SoC的解決方案供應(yīng)商開發(fā)自動駕駛SoC，屬自動駕駛解決方案的核心組件。一套完整的基于SoC的解決方案包括SoC硬件以及全面的技術(shù)支持及服務(wù)，如芯片、基礎(chǔ)軟件、中間件、算法及工具包，使車輛具備自動駕駛功能。下游：自動駕駛解決方案供應(yīng)商在自動汽車及智能道路部署自動駕駛基于SoC的解決方案。自動駕駛汽車（包括采用自動駕駛SoC解決方案的NEV及傳統(tǒng)ICE）全球銷量增加為自動駕駛SoC及解決方案市場增長提供可能性。自動駕駛SoC亦可應(yīng)用于智能道路，作為實(shí)現(xiàn)自動駕駛的補(bǔ)充技術(shù)方法。圖17:自動駕駛SoC產(chǎn)業(yè)鏈資料來源：黑芝麻智能公告，東興證券研究所資料來源：地平線招股書，東興證券研究所智能駕駛SoC芯片賽道目前國產(chǎn)化率較低，國產(chǎn)替代空間大。隨著國產(chǎn)智駕SoC芯片的量產(chǎn)，國內(nèi)供應(yīng)商有望憑借性價比優(yōu)勢和服務(wù)好響應(yīng)快的本地化優(yōu)勢逐漸脫穎而出。地平線、黑芝麻智能等國內(nèi)供應(yīng)商的量產(chǎn)SoC芯片，與國際主要競爭對手Nvidia設(shè)計(jì)的量產(chǎn)產(chǎn)品相比，從參數(shù)上看已經(jīng)具備了競爭的能力。根據(jù)地平線招股書，與Mobileye對比，公司的產(chǎn)品在解決方案覆蓋面、系統(tǒng)處理效率、系統(tǒng)性價比等方面已經(jīng)具備了一定的競爭優(yōu)勢。國內(nèi)供應(yīng)商的業(yè)務(wù)模式高度靈活，本地化優(yōu)勢強(qiáng)。國內(nèi)的供應(yīng)商通常均允許客戶在從算法到軟件和開發(fā)工具再到處理硬件的全棧產(chǎn)品中選擇任何解決方案或任何組件組合，可滿足客戶多樣化及定制化客戶需求的能力。本土供應(yīng)商通常均能夠提供附加服務(wù)，包括為汽車OEM及一級供貨商提供聯(lián)合軟件研發(fā)及咨詢服務(wù)以及圖像調(diào)優(yōu)服務(wù)，服務(wù)好且響應(yīng)迅速。資料來源：公司官網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)公開資料，東興證券研究所表1：地平線、黑芝麻智能、英偉達(dá)產(chǎn)品參數(shù)表2：地平線與Mobileye競爭對比資料來源：黑芝麻智能公告，東興證券研究所展望未來我們認(rèn)為

L2+輔助駕駛系統(tǒng)將快速普及并長期存在