劃重點(diǎn)
1. 智能駕駛域控制硬件方案的演講趨勢(shì)
2. 當(dāng)前主流的智駕域控硬件方案是N*SoC+ MCU，那么MCU是否可以去掉？
3. 隨著芯片集成度不斷提升，在理想的情況下，智能駕駛域控硬件方案最終是否會(huì)演變成單SoC芯片方案么？
前言：
1.早期：奧迪的zFAS（2015年4月開(kāi)發(fā)完成）是智能駕駛域控制器最早期的架構(gòu)形態(tài)，采用3顆SoC+MCU方案，該方案幾乎是把當(dāng)時(shí)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域性能最優(yōu)的芯片組合在了一起。zFAS模塊包含：SoC-1（Mobileye-EyeQ3 ）+ SoC-2（英偉達(dá)-Tegra K1 VCM ）+SoC-3（Altera-Cyclone V）+MCU（英飛凌—Aurix-TC297T）
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Mobileye - EyeQ3 ：負(fù)責(zé)前置攝像頭圖像處理；
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NVIDIA - Tegra K1 VCM ： 負(fù)責(zé)環(huán)視攝像頭圖像處理以及駕駛員的狀態(tài)監(jiān)控；
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Altera - Cyclone V ： 負(fù)責(zé)超聲波信號(hào)處理；攝像頭、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)等多源傳感器數(shù)據(jù)融合；作為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通信；
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Infineon - Aurix TC297T ：用于監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)外進(jìn)行通信。
受限于整個(gè)行業(yè)能提供的計(jì)算平臺(tái)算力水平（EyeQ3的AI算力為0.256TOPS，Tegra K1 VCM單浮點(diǎn)運(yùn)算性能為350GFLOPS，Cyclone V的CPU算力為5250DMIPS），導(dǎo)致zFAS的整體性能水平受到了很大的限制。
兩個(gè)不同時(shí)間段芯片性能的定性比較（信息來(lái)源：公開(kāi)資料整理）
zFAS的電路主板示意圖（圖片來(lái)源 - 硬核汽車(chē)電子）
備注：該域控制器由Mobieye提供EyeQ3芯片及對(duì)應(yīng)的軟件方案，TTTech提供中間件，奧迪自研一些上層應(yīng)用算法，安波福進(jìn)行系統(tǒng)集成。
2.現(xiàn)狀：隨著芯片廠商開(kāi)放度提升，SoC芯片集成的異構(gòu)資源不斷豐富，以及CPU算力和AI算力的大幅提高，行車(chē)和泊車(chē)傳感器的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)融合等軟件算法開(kāi)始逐漸地集成到一個(gè)功能更強(qiáng)大的異構(gòu)SoC里面去完成。因此，智駕域控硬件方案中選用SoC芯片的種類(lèi)在減少，但仍然需要ASIL D級(jí)別的MCU作為輔助支持，比如德賽西威的IPU03：英偉達(dá)-Xavier + 英飛凌Safety MCU；華為的MDC610：昇騰610芯片+英飛凌Safety MCU。雖然有一些域控方案里依然會(huì)使用2~4顆SoC，但大都是選擇同一種型號(hào)的SoC，比如特斯拉的 Autopilot HW3.0平臺(tái)采用2顆FSD芯片；蔚來(lái)的NIO Adam域控平臺(tái)采用4顆Orin X芯片。
信息來(lái)源：公開(kāi)資料整理
3.未來(lái)：隨著SoC芯片集成化程度不斷提高，越來(lái)越多的SoC芯片將會(huì)在內(nèi)部集成ASIL D等級(jí)的MCU核心-功能安全島。那么，外掛的MCU的角色有被SoC內(nèi)部的功能安全島所取代的趨勢(shì)，市場(chǎng)上將會(huì)逐漸出現(xiàn)越來(lái)越多的單SoC芯片域控解決方案。比如，知行科技的 IDC MID版本，通過(guò)單顆 TDA4VM芯片實(shí)現(xiàn)行泊一體方案，預(yù)計(jì)在今年下半年量產(chǎn)應(yīng)用。
備注 ：
內(nèi)置MCU核心/功能安全島：通過(guò)在SoC內(nèi)部?jī)?nèi)置MCU核心，利用鎖步的方式提升SoC芯片自身的功能安全等級(jí)，同時(shí)外設(shè)接口也會(huì)更豐富，一般會(huì)設(shè)有單獨(dú)的CAN接口，作為和整車(chē)底盤(pán)和毫米波雷達(dá)的數(shù)據(jù)通訊接口，在緊急工況下實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的安全停車(chē)。
現(xiàn)在L2+及以上的智能駕駛域控硬件方案的形式主要是：N*SoC+MCU。其中，SoC一般主要負(fù)責(zé)感知、全局路徑規(guī)劃等，MCU則負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)性要求很高的整車(chē)控制任務(wù)。為什么域控制器電路板上要布置一顆獨(dú)立的MCU芯片,它的作用是什么，去掉它到底行不行？
當(dāng)前已量產(chǎn)應(yīng)用的主流智駕域控硬件方案（信息來(lái)源：公開(kāi)資料整理）
在整個(gè)智能駕駛解決方案中，外掛MCU 需滿足功能安全 ASIL D要求，有多路CAN總線接口和高速以太網(wǎng)接口，能與車(chē)身傳感器連接，并接收和發(fā)送車(chē)身CAN總線和以太網(wǎng)信息，從而實(shí)現(xiàn)域控平臺(tái)與整車(chē)其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互。MCU主要支持的功能如下：
1）整車(chē)底盤(pán)控制功能：作為最后一道關(guān)口，對(duì)車(chē)輛的執(zhí)行命令進(jìn)行校驗(yàn)處理，并對(duì)接底盤(pán)的控制功能；
2）狀態(tài)監(jiān)控 ：供電模塊狀態(tài)、通信狀態(tài)、以及交互節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的監(jiān)控等；
3）執(zhí)行最小安全風(fēng)險(xiǎn)策略：當(dāng)監(jiān)測(cè)到自動(dòng)駕駛系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，外掛MCU會(huì)及時(shí)進(jìn)入最小安全風(fēng)險(xiǎn)條件，擔(dān)負(fù)起功能降級(jí)、駕駛員接管提醒、安全停車(chē)的作用。
1.2 去掉外掛MCU，到底行不行
如果打算去掉MCU，那么原先MCU干的“活”誰(shuí)來(lái)接替呢？只能是SOC了，那么，現(xiàn)在SOC到底有沒(méi)有這個(gè)能力把MCU的活全干了呢？按理說(shuō)是可以的，因?yàn)楝F(xiàn)在很多的SOC內(nèi)部開(kāi)始集成MCU核心-功能安全島，性能也越來(lái)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(jí)，在一些情況下是完全可以替代外掛MCU。
但是為什么現(xiàn)在主流方案依然還是采用SOC+外掛MCU呢？經(jīng)過(guò)找業(yè)界相關(guān)專家調(diào)研咨詢，下面從技術(shù)和商業(yè)化角度來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單地進(jìn)行分析總結(jié)：
1）技術(shù)上不是很成熟
雖然越來(lái)越多的芯片廠商開(kāi)始考慮在SoC芯片內(nèi)部?jī)?nèi)置MCU核心，但與傳統(tǒng)成熟工藝的MCU相比，內(nèi)置的MCU核心在功能安全、實(shí)時(shí)性和可靠性方面尚存在一些差距，畢竟任何新技術(shù)和新產(chǎn)品都需要一定的時(shí)間驗(yàn)證。
安全性不足，內(nèi)存有限
英飛凌大中華區(qū)智能駕駛市場(chǎng)經(jīng)理余辰杰曾在一次公開(kāi)演講中提到：現(xiàn)在的 AI SoC 算力豐富，有 Cortex-A 核、NPU、GPU等。更有一些SoC內(nèi)部集成一個(gè)MCU級(jí)別的實(shí)時(shí)鎖步核，稱之為safety island。它似乎在灌輸一個(gè)概念，SoC里面加了一對(duì)鎖步核就是功能安全ASIL-D了。其實(shí)一對(duì)鎖步的實(shí)時(shí)核跟ECU系統(tǒng)，甚至僅僅是芯片自身達(dá)到 ASIL – D等級(jí)都不是一個(gè)概念。而且受制于die size，成本等原因，目前一些safety island上只集成了非常有限的RAM。以一個(gè)Lockstep R5F附加1M SRAM為例，如果希望程序都運(yùn)行在RAM中，程序的體積受到明顯制約。
《2萬(wàn)字長(zhǎng)文說(shuō)清自動(dòng)駕駛功能架構(gòu)的演進(jìn)》一文中也表達(dá)了類(lèi)似的觀點(diǎn)：“未來(lái)單SoC的價(jià)格會(huì)比SoC+MCU便宜，即使單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(duì)于完全自動(dòng)駕駛安全而言做到‘相對(duì)安全’還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要做到‘本質(zhì)安全’，因此筆者認(rèn)為外掛MCU還是非常有必要。”
軟件移植存在風(fēng)險(xiǎn)
單SoC芯片方案尚未經(jīng)過(guò)充分的市場(chǎng)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)，會(huì)有一些風(fēng)險(xiǎn)。
前宇通客車(chē)智能網(wǎng)聯(lián)副院長(zhǎng)彭能嶺認(rèn)為，之所以現(xiàn)在主流方案還是SoC +MCU，我覺(jué)得大家還是出于一種謹(jǐn)慎的態(tài)度，畢竟不同廠家的MCU里面的硬件資源以及硬件性能都不會(huì)完全一樣。如果把外掛MCU的功能移植到內(nèi)置功能安全島，在軟件的移植過(guò)程中會(huì)帶來(lái)一些風(fēng)險(xiǎn)，比如軟件漏洞、軟件缺陷等。倒不如沿用現(xiàn)在的SoC+MCU方案更穩(wěn)妥。畢竟現(xiàn)在的軟件比以前更復(fù)雜，并且國(guó)家對(duì)產(chǎn)品的安全性、合規(guī)性等要求也越來(lái)越高。因此，任何車(chē)企都不太愿意貿(mào)然去冒風(fēng)險(xiǎn)去掉外掛MCU。
2）商業(yè)上不是很合算
現(xiàn)階段投資回報(bào)率低
主機(jī)廠或者Tier1已經(jīng)習(xí)慣于把控車(chē)等功能放到外掛的MCU上去實(shí)現(xiàn)，并在上面跑傳統(tǒng)的AUTOSAR CP操作系統(tǒng)。現(xiàn)在Tier1如果打算把外掛MCU的功能遷移到內(nèi)部不但需要投入人力和時(shí)間成本，同時(shí)也需要滿足一些客觀條件：第一個(gè)是SoC芯片內(nèi)置MCU核心的可靠性和功能安全等級(jí)達(dá)到了規(guī)定要求；第二個(gè)是整個(gè)軟件平臺(tái)也要有對(duì)應(yīng)的方案。從長(zhǎng)期來(lái)看，這是一個(gè)趨勢(shì)，但過(guò)渡肯定需要時(shí)間，需要投入研發(fā)成本。
寒武紀(jì)行歌產(chǎn)品副總裁劉道福提到，對(duì)于現(xiàn)在的車(chē)型平臺(tái)，主機(jī)廠考慮到研發(fā)周期的緊迫性，一般不太愿意去嘗試和更換新的架構(gòu)方案，主機(jī)廠已經(jīng)習(xí)慣使用老的架構(gòu)方案，比如控車(chē)用TC297/397等，并且這些方案已經(jīng)很成熟。對(duì)于下一代新的平臺(tái)，主機(jī)廠有更多時(shí)間去做研發(fā)，會(huì)從更高的集成度、更低的量產(chǎn)成本去考慮這件事，可能愿意投入一定的資源去做。在行歌的未來(lái)產(chǎn)品中，會(huì)考慮將MCU功能集成到SoC中，從而提高域控制器集成度，降低域控制器的整體BOM成本。
“目前國(guó)內(nèi)車(chē)廠項(xiàng)目的平臺(tái)化相對(duì)來(lái)講沒(méi)有海外體系成熟，部分車(chē)型項(xiàng)目比較碎片化一些。從Tier1的角度來(lái)講，如果僅僅是拿到了一個(gè)車(chē)型或者一個(gè)項(xiàng)目，量級(jí)可能較小，相應(yīng)的開(kāi)發(fā)費(fèi)有限。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(lái)，包括重新匹配AUTOSAR、以及在AUTOSAR CP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，估計(jì)不太合算。所以它不僅僅是技術(shù)層面的可行性問(wèn)題，更多還需要從商業(yè)的角度考慮。”黑芝麻智能產(chǎn)品副總裁丁丁講道。
現(xiàn)階段，外掛MCU方案作為成熟方案，具有實(shí)現(xiàn)上的便利性和成本上的優(yōu)勢(shì)
外掛的MCU已經(jīng)形成了完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)和明確的產(chǎn)業(yè)分工。英飛凌，NXP以及瑞薩等傳統(tǒng)MCU廠商，MCU已經(jīng)做了很多代，各方面都已經(jīng)比較成熟，在生態(tài)鏈上已經(jīng)有很多合作伙伴。有的合作伙伴負(fù)責(zé)MCU上AUTOSAR的適配，有的負(fù)責(zé)上層應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，已經(jīng)形成了一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，對(duì)于Tier1或者車(chē)廠來(lái)講，只要花錢(qián)就能夠找到合作伙伴幫助他們完成。
安霸軟件研發(fā)高級(jí)總監(jiān)孫魯毅認(rèn)為，外掛MCU的獨(dú)立性更強(qiáng)，Tier1在它上面開(kāi)發(fā)的一些軟件，做一些基礎(chǔ)性工作，比如AUTOSAR CP的適配或基于毫米波雷達(dá)的一些功能。基于一顆MCU開(kāi)發(fā)的軟硬件可以反復(fù)重用，而不用顧慮主控的SoC芯片究竟選擇的是哪家，進(jìn)而可以減少Tier1的工程量，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間、降低開(kāi)發(fā)成本。
轉(zhuǎn)自九章智駕
(未完待續(xù)）
