全球汽車芯片企業(yè)主要分布在美國、歐洲、日本及中國，其中美國、歐洲和日本的汽車芯片企業(yè)已經(jīng)形成了非常強(qiáng)的技術(shù)實力、比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈條及可觀的市場占有率。按功能分，汽車芯片可分為控制類（MCU和AI芯片）、功率類、傳感器和其他（如存儲器），市場基本被國際巨頭所壟斷。人們常說的汽車芯片是指汽車?yán)锏挠嬎阈酒醇梢?guī)?？煞譃镸CU芯片和AI芯片（SoC芯片）。而功率器件集成度較低，屬于分立器件，主要包括電動車逆變器和變換器中的IGBT、MOSFET等。傳感器則包括智能車上的雷達(dá)、攝像頭等。

 

MCU芯片（Microcontroller Unit）屬于控制類芯片，一般稱作微控制單元，俗稱單片機(jī)，是把CPU、內(nèi)存（RAM+ROM）、多種I/O接口等整合到單一芯片上形成的芯片級計算機(jī)。廣泛用于車內(nèi)幾十種次系統(tǒng)中，如懸掛、氣囊、門控等，是汽車電子系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算、處理的核心。MCU是汽車電子控制單元（ECU）的重要組成部分。ECU又稱為汽車的“行車電腦”，主要通過車載傳感器信息、總線數(shù)據(jù)的采集和交互來判斷車輛狀態(tài)，并結(jié)合駕駛員的意圖，借助執(zhí)行系統(tǒng)來操控汽車。MCU芯片按照CPU一次處理數(shù)據(jù)的位數(shù)分為8、16和32位MCU。

 

（1）8位MCU：8位工作頻率在16-50MHz之間，具有簡單耐用、低價的優(yōu)勢。提供低端控制功能，如風(fēng)扇控制、空調(diào)控制、雨刷、天窗、車窗升降、低端儀表板、集線盒、座椅控制、門控模塊等。

 

（2）16位MCU：提供終端控制功能，用于動力系統(tǒng)，如引擎控制、齒輪與離合器控制和電子式渦輪系統(tǒng)等；用于底盤，如懸吊系統(tǒng)、電子式動力方向盤、扭力分散控制和電子泵、電子剎車等。

 

（3）32位MCU：32位MCU工作頻率最高，處理能力、執(zhí)行效能更好，應(yīng)用也更廣泛，通過采用先進(jìn)制程工藝，32位價格也在逐漸降低；提供高端控制功能，在實現(xiàn)L1 和L2 的自動駕駛功能中扮演重要角色。

 

據(jù)統(tǒng)計，每輛傳統(tǒng)汽車平均用到70顆以上MCU，智能電動汽車則超300顆。不過隨著整車電子架構(gòu)的集中化趨勢加速，單車MCU的用量和種類也將出現(xiàn)“縮減”。MCU的性能將進(jìn)一步提升，高端MCU將“吃掉”過去很多低端MCU的用量。

 

AI芯片是未來智能化汽車的“大腦”。不同于以CPU運(yùn)算為主的MCU，AI芯片一般是集成了CPU、圖像處理GPU、音頻處理DSP、深度學(xué)習(xí)加速單元NPU+內(nèi)存+各種I/O接口的SOC芯片。在具體應(yīng)用上，汽車中要用到SoC芯片的主要為智能座艙和自動駕駛兩個方面。

 

未來智能座艙所代表的“車載信息娛樂系統(tǒng)＋流媒體后視鏡＋抬頭顯示系統(tǒng)＋全液晶儀表＋車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)＋車內(nèi)乘員監(jiān)控系統(tǒng)”等融合體驗，都將依賴于智能座艙SoC芯片。

自動駕駛芯片是指可實現(xiàn)高級別自動駕駛的SoC芯片，通常具有“CPU+XPU”的多核架構(gòu)。L3+的車端中央計算平臺需要達(dá)到500+TOPS的算力（TOPS就是處理器運(yùn)算能力單位，Tera Operations Per Second的縮寫，1TOPS代表處理器每秒鐘可進(jìn)行一萬億次操作），只具備CPU處理器的芯片不能滿足需求。自動駕駛SoC芯片上通常需要集成除CPU之外的一個或多個XPU來做AI運(yùn)算。用來做AI運(yùn)算的XPU可選擇GPU/FPGA/ASIC等。GPU、FPGA、ASIC在自動駕駛AI運(yùn)算領(lǐng)域各有所長：CPU通常為SoC芯片上的控制中心，其優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)度、管理、協(xié)調(diào)能力強(qiáng)，但CPU計算能力相對有限。而對于AI計算而言，人們通常用GPU/FPGA/ASIC來做加強(qiáng)：1)GPU適合數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用進(jìn)行計算和處理，尤其擅長處理CNN/DNN等和順序無關(guān)的圖形類機(jī)器學(xué)習(xí)算法。2)FPGA則對于RNN/LSTM/強(qiáng)化學(xué)習(xí)等有關(guān)順序類的機(jī)器學(xué)習(xí)算法具備明顯優(yōu)勢。3)ASIC是面向特定用戶的算法需求設(shè)計的專用芯片，因“量身定制”而具有體積更小、重量更輕、功耗更低、性能提高、保密性增強(qiáng)、成本降低等優(yōu)點(diǎn)。

 

 

如地平線自主設(shè)計研發(fā)了AI專用的ASIC芯片：Brain Processing Unit(BPU)，可提供設(shè)備端上軟硬結(jié)合的嵌入式人工智能解決方案。基于BPU的征程2芯片可提供超過 4TOPS 的等效算力，典型功耗僅 2 瓦，能夠高效靈活地實現(xiàn)多類 AI 任務(wù)處理，對多類目標(biāo)進(jìn)行實時檢測和精準(zhǔn)識別。征程2充分體現(xiàn)了BPU架構(gòu)強(qiáng)大的靈活性，全方位賦能汽車智能化。

 

 

功率半導(dǎo)體器件是進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換和控制的半導(dǎo)體器件，典型應(yīng)用場景包括變頻、變壓、變流、功率放大和功率管理等，主要為IGBT和MOSFET兩種。在具體應(yīng)用上，燃油車一般使用低壓MOSFET，襯底材料為Si；與燃油車相比，BEV的功率器件的性能要求更高，IGBT和高壓MOSFET占據(jù)主流。

 

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，即絕緣柵雙極型晶體管）是一種由雙極性晶體管（BJT）和絕緣柵場效應(yīng)管（MOS）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件。IGBT是一種大功率的電力電子器件，是一個非通即斷的開關(guān)，IGBT沒有放大電壓的功能，導(dǎo)通時可以看作導(dǎo)線，斷開時當(dāng)作開路。其特點(diǎn)是兼具了BJT的導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小和MOS的開關(guān)速度高、輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。通常來講，IGBT在電動汽車中的應(yīng)用主要集中在三個部分：首先是電控系統(tǒng)中，IGBT模塊將直流變交流后驅(qū)動汽車電機(jī)(電控模塊)；其次是車載空調(diào)控制系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)小功率直流/交流逆變，這個模塊工作電壓不高，單價相對也低一些；最后是充電樁中，IGBT模塊被用作開關(guān)使用。

IGBT最常見的形式其實是模塊，IGBT模塊主要由IGBT芯片、FWD芯片、主端子、輔助端子、澆注封裝材、絕緣基板、金屬基、樹脂外蓋和樹脂外殼等組成。多個芯片以絕緣方式組裝到金屬基板上；空心塑殼封裝，與空氣的隔絕材料是高壓硅脂或者硅脂，以及其他可能的軟性絕緣材料。從功能安全角度來看：（1）多個IGBT芯片并聯(lián)，IGBT的電流規(guī)格更大。（2）多個IGBT芯片按照特定的電路形式組合，如半橋、全橋等，可以減少外部電路連接的復(fù)雜性。（3）多個IGBT芯片處于同一個金屬基板上，等于是在獨(dú)立的散熱器與IGBT芯片之間增加了一塊均熱板，工作更可靠。（4）模塊中多個IGBT芯片之間的連接與多個分立形式的單管進(jìn)行外部連接相比，電路布局更好，引線電感更小。模塊的外部引線端子更適合高壓和大電流連接。

 

 

汽車傳感器分為車輛感知和環(huán)境感知兩大類，對應(yīng)的芯片也可以據(jù)此分為兩類。車輛感知傳感器主要有速度/位置傳感器、低/中壓壓力傳感器、高壓傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器、磁力計和溫度傳感器。環(huán)境感知傳感器主要有氧、氣體傳感器、車載攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)。

 

 

以索尼IMX459的SPAD（單光子雪崩二極管）激光雷達(dá)傳感器（激光接收芯片）為例。依托索尼的雙層圖像傳感器堆疊技術(shù)，激光雷達(dá)企業(yè)可以基于IMX459造出等效線數(shù)上千的超高清雷達(dá)，讓汽車看得更遠(yuǎn)、更清楚（300米的感知精度為15cm），并且還能以更快的速度計算出距離信息，生成3D點(diǎn)云圖像。激光雷達(dá)行業(yè)技術(shù)革新很快、雙棱鏡、MEMS、OPA、Flash、FMCW等各種技術(shù)路線不斷涌現(xiàn)，新產(chǎn)品層出不窮，但很多都還是圍繞光路設(shè)計做優(yōu)化——沒有從本質(zhì)上進(jìn)行升級。索尼的IMX459顯然就突破了現(xiàn)在的創(chuàng)新困境，從最底層的激光接收和信號處理層面進(jìn)行徹底改變，為激光雷達(dá)行業(yè)發(fā)展提供了新的基礎(chǔ)。

 

從結(jié)構(gòu)上看，這顆激光雷達(dá)接收傳感器共有兩層，上層采用了SPAD（單光子雪崩二極管）技術(shù)，用于感知反射進(jìn)傳感器的激光；下層則是邏輯芯片，使用直接飛行時間（D-ToF）技術(shù)，就能實現(xiàn)測距。在性能上，索尼在1/2.9英寸的傳感器面積下放進(jìn)了11萬個SPAD像素，其分辨率為189×600，呈現(xiàn)出一個矩形區(qū)域。而每一個SPAD像素的尺寸僅為10微米x10微米。

 

 

 

汽車傳感器存儲器分為閃存和內(nèi)存，閃存分為NAND Flash 和NOR Flash，內(nèi)存分為DRAM 和SRAM。汽車上產(chǎn)生數(shù)據(jù)的主要包括ADAS（自動駕駛）和信息娛樂系統(tǒng)兩個板塊，智能化帶來的海量數(shù)據(jù)將增加汽車存儲器的需求，根據(jù)Counterpoint Research 估計，未來十年，單車存儲容量將達(dá)到2TB-11TB。