自打智能座舱的概念兴起后,汽车一改“仪表台”的模样,大尺寸屏幕,多屏幕交互成为主流。为了驱动这些屏幕以更流畅更具视觉特效进行显示,以往不被人所重视的车机芯片,或者说“座舱域”正走向舞台的中央,成为举足轻重的配置。
场景决定用途
芯片(SOC)作为各种智能设备的核心,如同大脑一般,发挥着至关重要的作用。从日常使用的手机、电脑,到出行代步的汽车,芯片无处不在,且因应用场景的不同而展现出各异的特性。
传统座舱采用分布式控制系统,仪表、中控、HUD等终端彼此独立,每个模块都由独立的ECU来控制,即单ECU驱动单个模块/单元。随着座舱集成化程度越来越高,原先跟座舱相关的分布式ECU整合成为一个域,即座舱域。
渲染输出
坐进车内,最直观的感受就是车内的屏幕更多了,全液晶仪表屏、中控屏、副驾屏、HUD等不同屏幕之间还可以交互共享,而这些屏幕均由座舱域的SOC芯片来驱动。例如骁龙8155芯片可以同时输出4块2K屏幕或者3块4K屏幕,在理想L8上,除了中控屏+副驾屏是2块3K分辨率的屏幕外,8155还额外驱动了HUD、方向盘屏幕,如果算上后排的空调屏,单这一个8155芯片就同时输出了5路视频信号。
而在手机上,大部分的直板手机只有1个屏幕,SOC只需要渲染输出一个屏幕即可。即便是目前的两折屏、三折屏、带副屏的手机,也仅需同时输出2-3块屏幕,且由于使用者的限制,同一时间只有一块屏幕处于激活状态就可以了。
输入处理
在辅助驾驶普及元年,车辆上的摄像头是越来越多。目前大部分车辆除了4个环视摄像头外,还有多个前视、后视、侧视摄像头,以及车内所搭载的DMS摄像头。这些摄像头除了被ADAS域接收处理外,同时也被座舱域所接收,如倒车/环视影像、行车记录仪画面录制、车内的EID渲染等。还是以理想L8为例,4个环视摄像头+6个ADAS摄像头+倒车影像+2个车内3D TOF摄像头,8155可接收的视频输入多达13路,但受限于处理能力,8155实际仅支持同时输入6个摄像头。
而到了手机上,虽然手机摄像头现在也越来越多,三摄、四摄,算上前摄,也不过5路摄像头,且由于手机影像焦段的存在,同一时间调用的摄像头至多不过2-3个。
要性能还是要可靠
去年的亿咖通科技日上,最大亮点莫过于其发布的计算平台基于手机芯片高通骁龙8 Gen3打造,而今年发布的小米YU7也搭载了高通骁龙8 Gen3处理器。一直以来,车规级芯片在制程、性能方面都落后于移动端,消费级芯片与车规级芯片究竟有何区别呢?
车规级(Automotive Grade)是指专门为汽车制造而设计的零部件标准,而消规级(Consumer Grade)则是指面向消费电子产品的零部件标准。两者的主要区别在于使用环境和可靠性要求。车规级零部件需要适应更加恶劣和复杂的环境,因此在设计、材料选择和生产工艺上都有着更为严格的要求。简单来说,最大的区别在于抗干扰能力、抗错码能力、宽工作温度区间以及零缺陷。
工作温度范围
消费级芯片适用于日常电子设备,如电脑、手机等,工作温度范围通常为0℃—70℃,这是因为消费电子产品大多在室内环境使用,温度相对稳定。
而车规级芯片的工作温度范围最为宽泛,根据国际汽车电子协会(Automotive Electronics Council,简称AEC)系列标准AEC-Q,根据零部件的不同类型,又细分为了AEC-Q100(IC芯片)、AEC-Q101(分立器件)、AEC-Q102(光电器件)、AEC-Q103(MEMS,微机电系统)、AEC-Q104(MCM,多芯片模块)、AEC-Q200(被动器件,电阻、电容、电感)、AEC-Q007(BLR,板级可靠性),此外还有一个零失效(Zero Defect)的供应链质量管理标准IATF 16949规范以及ISO26262。
以AEC-Q100为例,AEC-Q100有五个温度等级:0,1,2,3,4。其中0为最高级别,主要用于动力、安全系统相关,相应的温度区间为-40℃—150℃,最入门的4级,温度区间也达到0℃—70℃,用于娱乐系统。这样汽车在不同地区、不同季节行驶,车规级芯片需承受高温烘烤与低温严寒,才能确保汽车电子系统稳定运行。需要说明的是,AEC-Q系列标准并不是强制性的认证制度。
抗干扰性能
消费级芯片主要用于日常低干扰环境,对电磁干扰、静电等环境因素的抵抗能力较弱。相比之下,车规级芯片的抗干扰能力和稳定性要求极高。汽车运行时,电子元件会受到来自车辆自身发动机点火系统、电机运转,以及外界的电磁干扰,同时还需具备防雷、防潮、防震等性能,以保障在复杂条件下稳定运行。在AEC的测试条件中,虽然测试流程以测试条件仍以JEDEC或MIL-STD为主,但较消费型IC规范严苛,加入如电磁兼容性(EMC)等验证项目。
可靠性测试
汽车上的零部件数量极多,所以失效概率是累加的。以传统车为例,基本以200个IC组成一个ECU单元,40个ECU组成一辆车。假设每IC有1PPM(每百万个零件中的失效个数),那么一整台车就有8000PPM,即100台车中就有0.8台失效。不要认为0.8%是很小的数字,在汽车行业,0.8%是很恐怖的数字,这也就带来另外一个指标——零缺陷。AEC-Q100要求对所有产品进行可靠性测试,以保证在批量生产中实现零缺陷,而消费类则无此条款,抽检即可。
安全性
电脑中毒、手机死机,这些日常时常能见到的情形,在汽车上可不允许出现,尤其是刹车、转向系统。ISO 26262《道路车辆功能安全》根据严重度(Severity)、暴露率(Exposure)、可控性(Controllability),给汽车上的全部电子电气系统划分安全等级。如安全气囊、ABS制动系统和动力转向系统必须达到ASIL D级,这是应用于安全保障的最严苛等级,因为其失效带来的风险最高。而安全等级范围的最低等级,如后灯等部件,仅需达到ASIL A级即可。大灯和刹车灯通常是ASIL B级,而巡航控制通常是ASIL C级。
骁龙8 gen3强在什么地方?
一直以来,同时期的骁龙芯片,消费端的基础性能一直强于车机端。以目前最新的骁龙8295芯片和骁龙8 Gen3作为对比。
骁龙8295采用5nm制程,而骁龙8 gen3采用了更先进的4nm制程。架构上,骁龙8 Gen3采用1+5+2的组合布局,1个超大核频率为3.3GHz,5个大核频率为3.2GHz,此外还有2个小核心频率为2.3GHz。而骁龙8295采用4+4的布局,其有四颗大核+四个小核的架构,大核频率为2.5Ghz,小核频率为2.05Ghz。
车端的SOC设计思路与手机端有着明显的不同,手机芯片更注重峰值性能和能效比,通常会加入超大核和小核,且频率设置较为激进,而车载芯片由于稳定性可靠性的考虑,因此基础频率更低,更低频率也有利于芯片运行的稳定。
GPU性能方面,骁龙8295采用了第六代高通Adreno 695芯片,默认频率730Mhz,可以实现每秒3.1万亿次单精度浮点运算(3.1TFLOPS)。而骁龙8 Gen3更胜一筹,采用第七代GPU Adreno 750,架构更新,默认频率770Mhz,具备3.15TFLOPS,超频后性能更强。
从性能上简单比较,骁龙8 Gen3较骁龙8295更胜一筹,而更重要的是,消规级SOC不需要通过漫长严苛的车规级认证,时间、成本都更低,用开发验证到装车量产,能明显缩短开发周期,节约研发成本。
汽车的安全至关重要,车规级零部件往往需要设计多重冗余,以应对可能的故障,确保行车安全。此外,汽车的功能安全标准极为严格,芯片需具备故障检测和容错机制,消费级芯片在这方面的要求则低得多。(朋月)