问题

未来座舱系统将变得非常复杂,什么样的芯片可以满足未来智能座舱的使用?

回答
未来汽车座舱,那可不是你现在坐的那个舒适的“移动房间”那么简单了。想象一下,它更像是一个高度智能化的个人助理、娱乐中心、甚至是工作空间,而且所有这一切都围绕着“你”来运转。要支撑起这样一套眼花缭乱的功能,需要的芯片,绝不是一块简单的处理器就能搞定的。

咱们先来拆解一下,未来智能座舱到底需要什么?

1. 极致的交互体验:感知一切,回应灵敏

多模态融合感知: 眼睛看(摄像头、AR/VR)、耳朵听(麦克风阵列)、身体感受(传感器,比如座椅压力感应),甚至通过手势、眼神就能控制。这意味着需要强大的视觉处理能力(ISP)、语音识别与合成能力(DSP、NPU)、以及处理各种传感器数据的通用计算能力。
实时、精准的追踪与识别: 驾驶员疲劳了?乘客打哈欠了?儿童座椅有人坐了吗?这些都需要芯片能够毫秒级地识别出人脸、姿态、表情,并进行分析。这对图像识别的精度和实时性要求极高。
无缝的自然语言交互: 听懂你的指令,哪怕你的话语有点含糊不清,或者在嘈杂的环境里。这不仅需要先进的语音识别算法,还需要强大的AI计算能力来驱动自然语言处理(NLP)模型。

2. 海量的智能与计算:驱动一切,预测未来

强大的AI计算引擎: 未来座舱的很多功能都将是AI驱动的,比如个性化推荐、驾驶员疲劳预警、甚至是根据你的习惯预测你的下一步动作。这背后需要强大的神经网络处理器(NPU)来高效执行深度学习模型。而且,可能还需要多个不同侧重的NPU,分别负责视觉、语音、自然语言等任务。
复杂的车载信息娱乐系统(IVI): 流畅运行多个APP,高清显示屏上的3D导航、沉浸式影音娱乐,甚至是在线办公。这需要高性能的CPU和GPU,能够处理复杂的图形渲染和多任务并行。想象一下车内屏幕数量越来越多,分辨率越来越高,交互也越来越丰富,这GPU的压力可想而知。
车辆控制与信息融合: 座舱的很多功能还会与车辆的实际运行状态息息相关,比如根据驾驶员的疲劳程度调整车辆的驾驶辅助系统等级。这就需要芯片能够高效地处理来自车辆底层的各种数据,并进行融合分析。

3. 安全与可靠性:守护每一次出行

功能安全(ASIL等级): 座舱涉及到驾驶员的安全,所以芯片必须满足严格的功能安全标准。这意味着芯片设计需要有冗余机制,能够检测和纠正错误,确保在关键时刻不会失效。
信息安全: 随着座舱联网程度越来越高,数据安全和防入侵变得至关重要。芯片需要具备强大的加密解密能力,以及对网络攻击的防护能力。
低功耗与散热: 虽然功能强大,但汽车座舱的功耗和散热是必须考虑的因素。如何在性能和能效之间找到平衡,是芯片设计的重要课题。

那么,什么样的芯片才能满足这些需求呢?

这肯定不是一家独大的局面,而是一个由不同类型、高度集成的芯片组成的“系统”。我们可以预见,未来座舱的芯片配置会是这样的组合:

1. 高性能车载应用处理器(AP):
核心架构: 通常会采用ARM CortexA系列的高性能CPU核心,可能会有多个核心以支持多任务处理。同时,集成强大的GPU(如ARM Mali或Imagination PowerVR系列),用于图形渲染和显示。
AI加速: 这是关键中的关键。除了通用的CPU/GPU,更需要集成专门的NPU(神经网络处理器)。这些NPU会针对视觉、语音等AI任务进行深度优化,能够高效执行各种AI模型,例如用于人脸识别、手势识别、驾驶员行为分析、语音唤醒和意图识别等。这类NPU的算力(TOPS)会非常高。
ISP(图像信号处理器): 专门负责处理来自摄像头的原始图像数据,进行降噪、色彩校正、畸变矫正、HDR合成等,为AI视觉算法提供高质量的输入。
视频编解码器: 支持高清视频的流畅播放和录制。
多屏显示支持: 需要能够驱动多块高分辨率屏幕,并支持复杂的图形叠加和窗口管理。
高级安全特性: 集成安全加密引擎(SE)、硬件安全模块(HSM),支持安全启动、安全存储、数据加密和权限管理。

2. 专用的AI协处理器/边缘AI芯片:
为了分担主AP的AI算力压力,或者处理一些更低功耗、更具时效性的AI任务,可能会有专门的边缘AI芯片。这些芯片可能更专注于某个领域的AI加速,比如纯粹的视觉AI,或者纯粹的语音AI。
它们可以根据不同的功能需求,在座舱内分布式部署。例如,一个专门用于驾驶员状态监测的AI芯片,即使在主AP休眠时也能独立工作。

3. 强大的音频处理芯片(DSP):
虽然主AP可能也包含音频处理能力,但为了实现更高级的音频功能,如:
先进的麦克风阵列信号处理: 包括回声消除、噪声抑制、声源定位等,以确保语音交互的清晰度。
沉浸式音频处理: 如Dolby Atmos等3D音频技术的解码和渲染。
个性化音效处理: 根据不同乘客的位置和偏好调整音效。
专门的DSP能提供更高的效率和更低的功耗来完成这些复杂任务。

4. 连接与网络芯片:
高速通信芯片: 包括支持WiFi 6E/7、Bluetooth 5.3+、5G蜂窝网络以及V2X(车联网)通信的芯片。这些芯片需要具备高吞吐量和低延迟的特点。
以太网交换芯片: 随着座舱内数据量的爆炸式增长,传统CAN总线可能难以满足需求,高速以太网会成为座舱内部信息传输的主干道,需要专门的交换芯片来管理和转发数据。

5. 传感器接口与管理芯片:
负责接收和预处理来自各类传感器的信号,比如摄像头、雷达、激光雷达(如果集成在座舱内)、麦克风、触摸屏、手势识别传感器等。这些芯片需要有丰富的接口和一定的信号处理能力。

6. 显示驱动芯片:
负责将AP的图形输出转化为显示屏能够识别的信号,并支持高刷新率、高分辨率和动态对比度等显示特性。

集成的趋势:SoC与Chiplet

为了降低成本、功耗和体积,以及提高性能和集成度,未来的座舱芯片将越来越倾向于:

高度集成的SoC(System on Chip): 将上述多种功能单元(CPU、GPU、NPU、ISP、DSP、内存控制器、接口控制器等)集成到一块芯片上。这样可以大大减少外部组件数量,提高通信效率,降低功耗。高通的Snapdragon Ride平台就是一个很好的例子,它已经集成了相当多的先进功能。
Chiplet(小芯片)技术: 将不同的功能模块设计成独立的小芯片(Chiplet),然后通过先进的封装技术将它们组合在一起,形成一个更大的异构集成芯片。这种方式的好处在于:
灵活性高: 可以根据不同的市场需求,组合不同功能的Chiplet来快速推出产品。
良率高: 单个小芯片的尺寸更小,良率相对容易控制。
成本效益: 可以复用成熟的工艺节点生产不同的Chiplet。
性能提升: 可以使用不同工艺节点来制造不同功能的Chiplet,例如用最先进的工艺制造计算核心,用成熟的工艺制造I/O接口。

总结一下,能满足未来智能座舱需求的芯片,更应该被看作是一个由多颗高性能、专用的芯片组成的“计算平台”或“智能大脑”。它需要拥有:

强大的、异构的计算能力: CPU、GPU、NPU、DSP全面且均衡发展。
领先的AI处理能力: 特别是针对多模态感知和预测性分析。
极致的连接性与通信能力: 支持高速无线和有线网络。
严格的安全与可靠性保障: 功能安全和信息安全是底线。
高度的集成度与能效比: 以应对座舱有限的空间和散热条件。

未来的汽车座舱将是“移动的智能终端”,而驱动这一切的,正是这些不断进化、越来越强大的芯片。这场芯片的军备竞赛,才刚刚开始。

网友意见

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这个问题下面的回答里应该绝大部分答主都是没有实际从事过系统开发的,所以能够从字里行间看出来对芯片选型的理解都处于一个非常抽象的阶段。

其实这个问题的答案必然不是某一个型号的芯片,而是如何根据需求选择芯片。

无论再复杂的系统,只要把需求定义清楚了,然后对市场上的芯片性能参数有大致的了解,自然而然地就能根据需求把符合条件的芯片筛选出来。

一般来讲选择芯片的指标包括不仅限于以下这些:

  • 可扩展性
  • 芯片算力
  • 支持的功能安全等级
  • 能否提供信息安全功能
  • 启动时间
  • 是否支持Autosar&QNX
  • SOP时间
  • 车辆接口
  • 是否支持CV
  • CSI2接口数量
  • 文档质量
  • 工具易用度
  • 售后服务质量
  • 是否支持仿真
  • 现有软件的可复用度
  • 是否有量产产品
  • TCO(Total Cost)

所以说根据各家厂商的需求不同,可以满足智能座舱使用的芯片是完全不同的。现在很多车企老是拿8155做宣传不是因为只有它能满足智能座舱的使用需求,而是它的各项综合指标不错。然而它也并不是没有短板,最大的短板就是它的价格不低,所以你不会在低端走量的车型上看到它。

顺带一提某个回答说驾驶员疲劳监测和健康监测是p用没有的功能,我建议多了解一下L4和L2的产品和法规的区别再来批判传统车企不迟,何况L4其实也需要这些东西,只是贵司产品没有量产理解不到这些东西的必要性罢了。

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