獨(dú)家對(duì)話|日本汽車半導(dǎo)體巨頭，如何造出全球首顆3nm大算力SoC芯片？

第一電動(dòng)大牛作者 NE時(shí)代 2024-11-20 20:50

車規(guī)MCU芯片巨頭

車規(guī)SoC芯片傳統(tǒng)三強(qiáng)之一

芯片產(chǎn)業(yè)鏈的“日本中堅(jiān)力量”

……

無(wú)論是哪一個(gè)前綴，這家半導(dǎo)體公司的最新產(chǎn)品和技術(shù)路線都將引人矚目。

更遑論，其最新產(chǎn)品格外的“爆”，是能引發(fā)車規(guī)級(jí)芯片領(lǐng)域地震級(jí)的炸裂。

這家半導(dǎo)體公司就是瑞薩，其最新產(chǎn)品是R-Car X5H SoC。

進(jìn)博會(huì)期間，NE時(shí)代與瑞薩電子高性能運(yùn)算產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)張樸進(jìn)行了深入交流，有幸獲取X5H的一手信息，以及了解他們對(duì)未來(lái)高性能運(yùn)算芯片的思考。

01.

“瑞薩不是不做大算力”

R-Car X5H SoC的關(guān)鍵詞都特別重磅：

3nm、400 TOPS、跨域融合。

據(jù)張樸的介紹，作為R-Car X5系列中的首款產(chǎn)品，X5H采用先進(jìn)的3nm車規(guī)級(jí)工藝技術(shù)制造，擁有高集成度與出色性能，推動(dòng)OEM和一級(jí)供應(yīng)商向集中式電子控制單元(ECU)的轉(zhuǎn)型。

■3nm，全球車規(guī)SoC芯片中最先進(jìn)的制程。

X5H，是全球首顆3nm制程的車規(guī)SoC芯片。

在全球范圍內(nèi)、已推出的車規(guī)SoC芯片中，只有英偉達(dá)和高通做到了4nm制程芯片，代表產(chǎn)品分別是Thor和8775。5nm制程的玩家有安霸、Mobileye，以及近來(lái)流片成功的小鵬圖靈芯片和蔚來(lái)神璣芯片。國(guó)內(nèi)芯片廠商包括地平線、黑芝麻、芯擎科技等多為7nm制程。

先進(jìn)制程意味著什么呢？

盡管制程并非衡量芯片的唯一標(biāo)準(zhǔn)，但通常情況下，制程越先進(jìn)往往意味著能耗更低，同時(shí)在單位體積內(nèi)具備更強(qiáng)的計(jì)算能力。

張樸分享道，X5H采用最先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)制造，在達(dá)到更高性能的同時(shí)，功耗卻比5nm工藝節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品降低30-35%，提升算力效率。這些高能效特性不僅大大降低了系統(tǒng)散熱的要求，顯著降低整體系統(tǒng)成本，同時(shí)也延長(zhǎng)了車輛行駛里程。

■400 TOPS，瑞薩R-Car SoC系列中AI加速能力最強(qiáng)。

同時(shí)，與現(xiàn)有市面上的智駕芯片以及2027年內(nèi)計(jì)劃上市的芯片相比，400 TOPS的算力也居于前列。

據(jù)張樸介紹，瑞薩不是不做大算力芯片，而是在尋找更恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)?，F(xiàn)在這個(gè)時(shí)機(jī)就剛剛好。

他進(jìn)一步解釋，在R-Car Gen3 V3系列和Gen4 V4系列推出的時(shí)間點(diǎn)，市場(chǎng)對(duì)大算力沒(méi)有顯現(xiàn)出強(qiáng)烈需求。但是，最近兩三年，大算力需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)。隨著汽車智能化的發(fā)展，大模型上車，端到端智駕快速迭代，都需要大算力的支撐，大算力是大勢(shì)所趨，瑞薩適時(shí)地推出X5H正是為了順應(yīng)市場(chǎng)需求，助力汽車智能化的發(fā)展。

■跨域融合，X5H與V4、V3系列最大的不同之處。

在先進(jìn)制程和大算力的基礎(chǔ)上，瑞薩對(duì)第五代芯片更多的思考是，如何支撐起中央集中式架構(gòu)的融合未來(lái)。

隨著數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和智能化的發(fā)展，Tier1和主機(jī)廠的目光不再只是放在座艙、智駕、網(wǎng)關(guān)的單個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展，而是從E/E架構(gòu)演進(jìn)的底層邏輯來(lái)審視、打造全能的、跨域的控制、計(jì)算系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的集成性、靈活性和可擴(kuò)展性。

X5H就是一款融合芯片。

據(jù)NE時(shí)代了解，在高達(dá)400TOPS強(qiáng)勁的AI算力外，這顆全新高性能計(jì)算芯片集成了強(qiáng)大的CPU內(nèi)核群，采用Arm先進(jìn)的Cortex-A720AE內(nèi)核，提供超過(guò)1,000K DMIPS的性能。DMIPS高意味著芯片在執(zhí)行計(jì)算密集型任務(wù)時(shí)更加高效，能夠支持更復(fù)雜的自動(dòng)駕駛算法來(lái)處理圖像識(shí)別、路徑規(guī)劃、傳感器數(shù)據(jù)融合等任務(wù)。同時(shí)，X5H還支持高達(dá)4TFLOPS的GPU處理能力，提供更高效的圖像渲染和實(shí)時(shí)視頻處理。

R-Car X5H SoC的功能來(lái)源：瑞薩官網(wǎng)

同時(shí)，X5H還配備6個(gè)Arm Cortex-R52雙鎖步CPU內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)超過(guò)60KDMIPS的性能，無(wú)需外部微控制器(MCU)即可支持ASILD功能，來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠。

張樸指出，當(dāng)對(duì)ADAS、儀表、娛樂(lè)導(dǎo)航等進(jìn)行跨域融合后，不同的功能對(duì)于功能安全的等級(jí)要求各不相同：ADAS最高，要做到ASIL D，儀表作為功能安全件，需要ASIL B，而娛樂(lè)導(dǎo)航一般做到QM就夠了。

若域控單單基于虛擬化的軟隔離，并不能保證不同功能域之間完全不受干擾，在可靠性方面缺乏保障，而X5H提供基于“免干擾（FFI）”技術(shù)的硬隔離，保證功能域擁有獨(dú)屬的安全等級(jí)，對(duì)系統(tǒng)來(lái)講成本方面也是可控的。

整體而言，瑞薩的X5H的設(shè)計(jì)就是為了更好地解決未來(lái)中央處理架構(gòu)對(duì)大算力融合SoC的需求，著重提升多域融合時(shí)的計(jì)算能力、效能以及安全。

02.

“能結(jié)合外部AI芯片擴(kuò)展算力”

實(shí)際上，TOPS是否代表全部，算力的上限在哪里，是行業(yè)里一直在爭(zhēng)論的話題。

在張樸看來(lái)，目前這些結(jié)論已漸漸趨同。大算力是剛需，不然的話很難支撐端到端、大模型上車。而在已有算力上如何優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)更佳的用戶體驗(yàn)，也在發(fā)展中。追根究底，問(wèn)題的關(guān)鍵是看主機(jī)廠的產(chǎn)品策略，他們更追求差異化、技術(shù)領(lǐng)先性還是極致性價(jià)比。而且整車的級(jí)別不同，吸引的消費(fèi)群體不同，打出的牌就會(huì)千變?nèi)f化。

對(duì)瑞薩而言，他們希望兼顧到不同級(jí)別的整車需求，并以更經(jīng)濟(jì)、更靈活的方式覆蓋不同級(jí)別整車對(duì)智能化、平臺(tái)化的要求。

瑞薩其實(shí)是兩條腿走路，長(zhǎng)期內(nèi)開發(fā)新一代X5系列，順應(yīng)大算力剛需和融合趨勢(shì)，同時(shí)中短期內(nèi)，特別在X5系列面世之前，V4系列會(huì)繼續(xù)主打性價(jià)比，用中小算力產(chǎn)品支持主機(jī)廠對(duì)成本、性能的均衡需求，張樸表示。

也就是說(shuō)，瑞薩很快將形成低、中、高全算力智駕芯片的全布局。

■中低算力，V3在全球范圍內(nèi)一貫是ADAS系統(tǒng)的主流方案，即便到現(xiàn)在，仍在大批量生產(chǎn)，由許多客戶沿用。V4今年剛剛量產(chǎn)，瑞薩已拿到國(guó)內(nèi)外主機(jī)廠的訂單，逐漸開始交付，接棒三代產(chǎn)品。

不僅如此，最近瑞薩正在與算法合作伙伴開發(fā)、部署基于V4的BEV感知方案，做到高速NOA、城區(qū)記憶行車等L2++功能。

■高算力，400 TOPS既非瑞薩X5的唯一，也非極限。

張樸表示，瑞薩規(guī)劃推出NPU，CPU，GPU算力配置不同的的三到四個(gè)版本，來(lái)對(duì)應(yīng)不同的客戶需求。若客戶需要更高算力， X5H還可通過(guò)擴(kuò)展提供千T以上的算力。

怎么做擴(kuò)展呢？

這就不得不提X5H在內(nèi)的第五代SoC對(duì)Chiplet技術(shù)的支持。

Chiplet，又做“芯?！?，是一種新興的封裝技術(shù)，可將擁有不同工藝和電壓等級(jí)的多個(gè)產(chǎn)品組合在一起，為客戶實(shí)現(xiàn)更多的靈活性與軟件復(fù)用性，同時(shí)降低開發(fā)成本，縮短上市時(shí)間。

比如，若客戶希望推出一些個(gè)性化、定制化的智駕功能，需要將AI芯片算力拉滿，接近1000 TOPS乃至2000 TOPS，X5系列SoC就可通過(guò)Chiplet擴(kuò)展將X5H片上NPU與外部NPU相結(jié)合，將AI處理性能提升五倍之多。

如果客戶希望打造更酷炫的座艙，引入大語(yǔ)音模型，加載3D游戲、人機(jī)共駕等功能，X5就可通過(guò)Chiplet外接GPU芯片，拓展圖形渲染及處理能力。

通過(guò)NPU和GPU Chiplet擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)靈活計(jì)算來(lái)源：瑞薩官網(wǎng)

而且，外接的NPU芯片和GPU芯片可來(lái)自于第三方，瑞薩對(duì)此持開放態(tài)度。為實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的Chiplet集成，X5H提供標(biāo)準(zhǔn)的UCIe(通用小芯片互聯(lián)通道)芯片間互聯(lián)接口及API，促進(jìn)多芯片系統(tǒng)中與其它組件的互操作性。

當(dāng)然瑞薩本身也會(huì)針對(duì)第五代開發(fā)NPU、GPU，來(lái)提供同構(gòu)的升級(jí)產(chǎn)品。張樸稱，不可否認(rèn)，同構(gòu)芯片之間的適配會(huì)最快，最可靠。

如此，主機(jī)廠和Tier 1將能夠結(jié)合并調(diào)配多樣化的功能，并跨車輛平臺(tái)，定制智駕系統(tǒng)，乃至兼顧未來(lái)的迭代。

這樣的話，即使算力需求暫時(shí)看不到上限，主機(jī)廠和Tier1也不用擔(dān)心未來(lái)的升級(jí)規(guī)劃。

一個(gè)低中高全方位布局的、可算力擴(kuò)展的SoC產(chǎn)品矩陣，將最大程度地提高主機(jī)廠平臺(tái)的可拓展性和迭代的靈活性，加快上車速度。

為簡(jiǎn)化X5H系統(tǒng)開發(fā)，瑞薩全新發(fā)布的R-Car Open Access（RoX）SDV平臺(tái)集成了汽車開發(fā)人員快速開發(fā)下一代車輛所需的所有關(guān)鍵硬件、操作系統(tǒng)（OS）、軟件及工具，并可獲得安全、持續(xù)的軟件更新。RoX為OEM和一級(jí)供應(yīng)商提供了靈活的虛擬開發(fā)環(huán)境，可用于開發(fā)ADAS、IVI、網(wǎng)關(guān)，跨域融合系統(tǒng)，以及車身控制、域控和區(qū)域控制器等各種可擴(kuò)展的系統(tǒng)。

RoX開發(fā)平臺(tái)來(lái)源：瑞薩官網(wǎng)

張樸認(rèn)為，隨著未來(lái)汽車電子電氣架構(gòu)的日益集成化，域控制器將更加融合，系統(tǒng)復(fù)雜度隨之提升，此時(shí)，依賴于硬件與軟件的復(fù)用將顯著提升效率，進(jìn)而為客戶帶來(lái)更優(yōu)越的成本控制效果。

03.

“全能戰(zhàn) 士”

瑞薩的競(jìng)爭(zhēng)力并不僅限于此。

張樸說(shuō)，瑞薩對(duì)外頻頻講到一個(gè)詞，那就是“Winning Combos”。

大致意思是，憑借對(duì)計(jì)算芯片、控制芯片、功率芯片、電源、模擬芯片、接口的廣覆蓋，瑞薩可提供完整的解決方案。對(duì)客戶而言，不僅系統(tǒng)成本更優(yōu)化，而且工作更高效。

這就是瑞薩的最大的不同之處。

在張樸看來(lái)，瑞薩是一直專注于汽車領(lǐng)域的，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，瑞薩都位于汽車SoC市場(chǎng)的頭部。最近幾年，一批在人工智能、運(yùn)算、服務(wù)器等方面經(jīng)驗(yàn)豐富的跨界企業(yè)涌入汽車產(chǎn)業(yè)，加速了技術(shù)的革新，也改變了市場(chǎng)的格局。瑞薩將行業(yè)巨變都看在眼里，激流勇進(jìn)，率先推出符合未來(lái)汽車智能化發(fā)展方向的劃時(shí)代產(chǎn)品，立足自身長(zhǎng)期積累的汽車應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，并大力提升在AI新技術(shù)方面的綜合能力，打造出兼顧安全可靠和性能領(lǐng)先的解決方案。

在汽車算力芯片領(lǐng)域，瑞薩的能力是最全面的。瑞薩R-Car SoC已有的幾代產(chǎn)品覆蓋了IVI，儀表、智能座艙、ADAS、網(wǎng)關(guān)等各類應(yīng)用:

自動(dòng)駕駛類，目前量產(chǎn)的主要是R-Car V3、V4兩個(gè)系列；座艙類，R-Car H3/M3 系列在市場(chǎng)上取得了巨大的成功；網(wǎng)關(guān)類，S4/S4N 系列已經(jīng)被一些國(guó)際頭部的主機(jī)廠采用。