内容来自：焉知汽车
作者：陈康成
Perface
随着汽车智能化的不断发展，座舱的智能化程度也越来越高。从最初的机械式座舱发展到电子座舱，又进化到现在的智能座舱。
对于用户来讲，舱内显示和舱内交互发生了比较直观的“显性”变化，而舱驾融合可以算是一项关键性的“隐性”变化。
- 舱内显示：在电子座舱时代，座舱内是小尺寸中控显示屏和物理指针式的仪表盘，现在座舱的中控屏和仪表盘基本都是全液晶数字化大屏，甚至，有的高端座舱还增加有AR-HUD、流媒体显示屏、后排娱乐屏等，总之，车内显示屏幕呈现多屏化、大屏化和高清化。
- 舱内交互：舱内的交互方式变得多样化，传统电子座舱基本是通过物理按键进行交互，现在舱内物理实体按键越来越少，触控式按键、语音交互、手势控制等多模态的交互方式成为主流。
- 舱驾融合：座舱和智驾原来基本是相互独立的两个部分，现在座舱和智驾之间的融合越来越多，正逐步由“舱泊一体”向“舱驾一体”演进。
一、智能座舱SoC芯片市场应用现状
当前，智能座舱的配置水平已经成为消费者购车的重要参考指标之一，同样，智能座舱也是主机厂打造差异化和品牌影响力的重点领域。
伴随着座舱集成的功能越来越多，它所需要的硬件资源及算力需求也会越来越高，高算力和高性能的SoC芯片将成为智能座舱的刚需。
目前，智能座舱SoC芯片市场份额主要集中在几家海外的芯片企业手中，包括高通、瑞萨、英特尔、恩智浦、TI等。
从全球范围来看，在2022年，高通座舱SoC芯片的市占率最高，占比为43.4%；瑞萨电子排在第二位，占比为19.7%；英特尔排在第三位，占比为18.16%。前三家占比超过80%的市场份额，智能座舱SoC芯片市场高度集中。
据相关统计数据显示，2022年，我国新车搭载智能座舱SoC芯片的装配量为700.5万颗，市场规模达14.86亿美元，约占全球总市场份额的48%（全球智能座舱SoC芯片市场规模为30.92亿美元）。
预计到2025年，全球和中国汽车座舱智能配置渗透率将分别达到59%和78%，同时，全球智能座舱SoC芯片的市场规模将突破50亿美元。
通过相关数据可以看出，现阶段，虽然我国智能座舱SoC芯片的市场规模占比较高，但是，国产座舱SoC芯片的市占率并不高，不足10%。我国座舱SoC芯片厂商起步较晚，但他们现在占据天时（国内新能源汽车行业迅速发展）和地利（国产化芯片替代浪潮）的优势，在未来具有较大市场增长空间。
二、座舱SoC芯片市场需求分析
现在市场上到底需要什么样的座舱SoC芯片，需求是由什么决定的呢？
通常来讲，座舱SoC芯片的需求主要由两类因素决定：技术应用趋势和产品定位。
- 技术应用趋势决定了座舱SoC芯片的“宏观需求”，
- 而产品定位决定了特定细分市场对座舱SoC芯片的“专属需求”。
2.1 智能座舱技术应用趋势
1）舱内显示：一芯多屏
在传统座舱解决方案中，中控导航、仪表、HUD等系统相互独立，分别由独立的ECU来控制，即单ECU驱动单个功能/系统。
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1个座舱域控制器。
最直观的表现是“一芯多屏”，即由座舱域控制器中的单个高性能SoC芯片来驱动中控导航屏、液晶仪表屏、HUD、空调显示面板、副驾娱乐屏以及后排娱乐屏等多个屏幕。
“一芯多屏”方案对SoC芯片的要求在于：
- 具备足够多的DP或DSI接口，能够同时驱动若干个不同的显示设备；
- CPU能力要求比较强，保障不同设备上多个APP同时运行时的流畅度；
- GPU的图形处理能力，视频的编解码能力要求高，它们决定了屏幕显示的清晰度以及动画效果的流畅度；
- 另外，硬件层面需要能较好的支持 Hypervisor或硬件隔离，从而更好地支持多系统运行。
据了解，国内座舱SoC芯片的代表厂商芯驰科技，其推出的最新一代座舱芯片X9SP，可以支持多操作系统，同时驱动仪表、中控娱乐屏、电子后视镜、HUD等多屏幕的输出，并且支持多屏共享和互动。
那么，芯驰的X9SP芯片是如何支持多个操作系统稳定运行，并保证每个操作系统的完整性和独立性？
芯驰科技CTO孙鸣乐告诉焉知汽车：“这涉及到芯片架构的设计以及软件的部署。
需要考虑到在多系统情况下，怎样去管理好整个系统的资源。
在X9SP上用的是硬隔离的方法，仪表上运行Linux或者QNX操作系统，中控上跑安卓操作系统。两个系统之间没有相互依赖关系，各自独立享有自己的硬件资源，能够独立启动。
同时，芯片上也有一些资源可以共享，比如网络，存储（DRAM、EMMC）等，而且两个系统之间也可以进行交互。
在系统设计的时候，需要考虑如何去管理好共享资源，既能够做到很好地进行资源共享，同时又不会对另外的资源以及另外的使用者造成影响。
从设计角度上来讲，我们需要做好芯片架构和底层软件方面的工作。”
目前，在一个硬件平台上运行多个操作方式，通常有两种解决方案：Hypervisor和 硬隔离。
采用Hypervisor的技术方案，在理论上是可以让上层的应用灵活调用底层的硬件资源，可以使得硬件资源得到充分的利用。
而硬隔离的方式给每个模块划分出自己固有的硬件资源，好处在于资源使用环节不会存在“纠纷”，并且各个系统运行的安全性也更有保障。
但是，采用硬隔离是否会导致硬件资源浪费呢？
孙鸣乐认为，“虚拟化最大的好处是 ：CPU和GPU等硬件资源可以在多系统之间灵活地分配。但虚拟化方案有一个比较大的难点：由于它的资源是共享的，要保障系统运行的稳定性比较有挑战。
比如，中控要跑一个很重的应用程序，可能会长时间一直占用较多的CPU和GPU资源，虚拟化系统需要能在这种情况下保留足够的CPU和GPU给仪表系统，才能确保仪表刷新率的稳定。
“另外，虚拟化的设计，虽然理论上讲它可以动态分配，但是实际上大家在设计上还是会固定的去分配资源。只是它固定分配的颗粒度比采用硬隔离的方式会更加灵活一些。
采用硬隔离的方式，虽然相当于是放弃了一定的系统灵活性，但系统设计会更容易，量产会更快，成本也会更低。”
为了更好地支持实现“一芯多屏”方案，X9SP芯片内置独立安全岛，集成双核锁步Cortex-R5F CPU，主频高达800MHz，无需外挂MCU，能够以单芯片的方式实现整个座舱功能。
那么，X9SP内置独立安全岛的主要作用是什么呢，是用来替代外挂MCU么？孙鸣乐解释说：“在X9系列芯片里，功能安全岛的作用其实并不是完全要去替代外挂MCU。
在一个座舱系统里面，外挂MCU需要去做电源管理、低功耗唤醒等工作。
内置安全岛的主要作用就是为了保障整个系统的安全。
比如，做仪表域的显示监控 —— 当一些报警信息没有安全显示出来的时候进行报警；实现系统的快速响应 —— 当系统开机的时候，功能安全岛会预先启动，初始化系统，监控系统所有安全模块的运行状态。
“对于外挂MCU来讲，它没有办法监控到主控SoC芯片内部的太多细节。它只能简单判断SoC芯片是‘活’，还是‘死’ ，一旦出问题了，具体毛病出在哪里判断不出来—— 常见的做法是主控SoC芯片通过不间断地向外挂MCU发心跳包，来表明它还在正常工作。
一旦外挂MCU没有收到心跳包信号，那说明主控SoC芯片可能出问题了，就需要对它进行重启。
“主控SoC芯片里面的功能安全岛可以更细致地监控到SoC芯片内部各个模块是否都处于正常的运行状态，因此，它可以更早、更及时地发现系统运行过程中的潜在风险，并及时做出应对。”
2）舱内交互：多模态交互
在智能化座舱阶段，舱内的感知交互手段更加智能化和多样化。不再局限于传统座舱内物理按键类的触觉交互，增加了语音交互、手势控制以及视觉交互（DMS/OMS）等交互方式，通过融合多模态的信息来增强感知能力，进而保障交互反馈的准确性，带来更人性化的交互体验。
对于驾驶员侧，采用DMS、语音交互以及手势控制等多种感知交互方式，来检测驾驶员的状态和降低驾驶员手眼负担，有助于防止疲劳驾驶和凝聚驾驶员注意力。
对于副驾及后排乘客，主要是通过OMS、语音交互及手势控制等感知交互方式，来满足乘客在座舱内的休闲、娱乐需求。
- 语音交互
从技术维度来讲，语音交互分为语音前端处理技术和语音后端处理技术。前端处理技术包括VAD（语音活动检测）、回声消除、噪声抑制、声源定位、增益控制等；后端处理技术则包括语音识别、语义理解、对话管理、语音合成等。另外，在智能座舱中，语音交互主要应用在车身相关模块（空调、座椅、车窗）的控制以及中控娱乐相关模块（影音娱乐、导航、通讯等应用）的控制。
某Tier1智能座舱领域的专家认为：“目前，语音交互对NPU算力的需求并不高。语音进来之后会进DSP先做频域和时域的数据转换，转换完了之后，可以提取更重要频段的一些数据，因为人声都有自己的特点，它只需要提取其中几个频段的数据出来做区分就可以，所以它对DSP的算力有需求。
“模式识别会用到NPU，但早些时候NPU还不是很普及，一些语音供应商的算法首先是跑在CPU上，而不用NPU来加速。现在语音/语义识别通过NPU来加速，但语音交互目前占用的NPU算力并不高，因为现阶段它输入的路数有限，而且数据量也有限。”
- 视觉交互
目前座舱内基于摄像头实现的视觉交互功能有：DMS、OMS和手势控制等。最开始，DMS/OMS通常使用独立的ECU控制单元，但是随着整车EE架构的演进以及AI芯片集成化发展，座舱域控制器中的主控SoC芯片中一般都配置有丰富的异构资源—— CPU、GPU、DSP、NPU等，并且支持多通道的视频输入和处理能力。因此，DMS/OMS功能现在开始被整合到智能座舱域控制器中去实现。这样不但可以节省一定的硬件BOM成本，也便于DMS/OMS系统与座舱内其它关联模块更好地进行信息交互，从而更好地进行功能融合创新。
另外，基于座舱内的3D TOF摄像头，还可以实现3D手势识别和车内驾驶员身份识别。
- 3D手势识别：ToF技术能够获取目标物体深度信息，结合模式识别算法可以准确识别人的三维手势。因此，驾驶员可以通过不同的手势与座舱内的多媒体、空调、座椅、车窗等系统进行智能交互控制。
- Face-ID 身份识别：ToF技术能够基于获取的深度信息对人进行分类，跟踪人的面部和身体特征，进而能够区分真人和照片，确保驾驶员身份识别和认证的准确性和可靠性。
3）舱驾融合：舱泊一体→舱驾一体
在座舱相关功能不断地被集成的过程中，我们还看到了一种趋势：座舱与ADAS类功能的融合。最开始是环视摄像头接入到车机系统来实现360环视功能；再往后，环视摄像头和超声波雷达传感器同时接入到座舱域控制器，由座舱来实现360环视以及APA等泊车功能的控制，即所谓的“舱泊一体”。
智能座舱整合基本的泊车功能有以下几点好处：一是，可以降本，至少可以把原来泊车的控制器省掉，进而节省一定的物料成本；二是，把泊车功能整合到座舱，能够更好地做泊车场景下的人机交互设计；三是，座舱主控SoC芯片上的算力也能得到最大程度的有效利用。再往后发展，智能座舱将进一步整合L2级别的行车ADAS功能，甚至是更高阶的智能驾驶功能，即所谓的“舱驾一体”。
从“舱驾一体”的实现形式上来看，目前有三种：One Box、One Board 和 One Chip。目前，特斯拉采用了One Box的方案，并在2019年实现量产应用。One Board 和 One Chip的方案也有相关企业正在规划，据相关媒体透露，One Chip的方案可能将会在2025年左右量产。
多数业内人士一致认为，One Chip方案才是真正的“舱驾一体”，能够帮助企业降本增效。整体来看，舱驾一体的主要优势表现在：
成本更优：在硬件层面，相比于多SoC方案，单SoC芯片方案集成度更高，使用物料更少，在一定程度上节省了BOM成本；在软件层面，所有软件都在统一的软件架构下，能够节约开发验证和功能扩展成本。
提升系统响应：相比板间的Switch通讯或芯片间的PCIE互联，在芯片内部直接使用内存共享的片内通讯方式，通讯时延会更短，系统响应更快。
有利于新功能迭代：舱驾融合后，平台的集成度更高，软件合理分层分区，更有利于新功能的部署和更新。
谈到舱驾一体还存在哪些问题时，孙鸣乐举例说：“舱驾一体的发展跟前几年业内把仪表和IVI做整合的过程类似。整合是一个大趋势，这个过程大家也克服了很多困难。例如，原来有的Tier1只做仪表，有的Tier1只做IVI，现在需要两个都能做，这对Tier1的研发能力提出了很高的要求。当然，两者整合以后，也会带来很多便利性。用户体验会变好，软件开发会更容易，平台的拓展性也会更好。
“座舱整合智驾相关功能，一个可能的路线是：座舱首先集成360环视、APA等泊车功能，再进一步集成ADAS行车功能，然后再集成更高阶的自动驾驶功能。L2.x的ADAS和座舱的集成，是相对比较有可行性的。而对于L3级别自动驾驶的集成，其难题在于，自动驾驶的边界到现在为止还没有完全清晰。比如最近“有图”和“无图”的方案讨论得很激烈，激光雷达是否会成为标配大家也有不同的意见，这些都是高阶智能驾驶面临的方向性问题，在这些技术路线问题尚未统一的情况下，高阶智驾功能就不太容易和座舱系统做集成。”
“从长期来看，终极方案 —— 单SoC芯片舱驾一体方案的发展是大方向。但现阶段，由于高阶智驾的功能需求尚未完全稳定，目前市场也没有性能和成本都比较理想的单SoC芯片能够很好地支持座舱和高阶自动驾驶的所有功能。因此，在市场需求的驱动下，当前舱驾一体会停留在L2.x的ADAS和座舱集成，高阶自动驾驶和座舱还会采用多SoC芯片方案来实现。
2.2 产品定位决定了特定细分市场对座舱SoC芯片的“专属需求”
对于一家大型车企而言，为丰富产品矩阵，通常会设立不同的车型品牌，同一品牌甚至还有不同的品类。并且，同一品牌和品类的车型还会划分成高中低不同的车型配置版本。为了区分产品的不同定位，车企不可避免地需要在车型配置上做差异化。
智能座舱又是车企做配置差异化的重点领域，然而，一套智能座舱域控制器解决方案很难完全直接复制在另一车型平台上。那么，不同的产品定位的车型对座舱以及座舱SoC芯片有哪些差异化的需求呢，作为供应商又该如何应对？
孙鸣乐讲到：“不同市场定位的车型，对座舱的性能的需求和功能需求存在差异化。低端车型：在性能方面，更加注重稳定性和可靠性；功能需求方面，以基础功能为主，比如手机互联、导航、语音控制等等。另外，在前两者的基础上，再尽量去控制成本，即系统要做到足够精简。因此，对于此定位的车型，入门级的座舱在后续也基本不再需要通过OTA去增加新的功能，量产的时候，功能基本就固定下来了。高端车型：芯片算力要求比较高，并且异构资源要足够丰富，需要能够满足后续产品迭代升级的需求。因为高端智能座舱的特点是千人千面，需要常用常新，需要能够不停地OTA：应用要不断地升级，甚至还会不断增加新的应用。”
“对于芯片公司而言，我们需要基于客户在座舱方面的差异化需求，来提供合理的差异化硬件方案。”
为更好满足车企对智能座舱的差异化需求，智能座舱域控制器厂商一般会采取平台化解决方案。“我们通常会先设计出一个‘终极’域控制器方案，该方案包括了所有能想到且可实现的功能；然后将功能以模块化的形式集成在开发板上，模块之间采用标准化接口进行通信，模块内部可以根据差异化的需求进行定制。平台化开发能够帮助我们缩短研发周期，降低研发成本。”某Tier1智能座舱领域的专家介绍说。
另外，由于不同车厂的整车EE架构演进的节奏不一致，也会导致对芯片的需求存在差异化。作为芯片厂商又该如何满足不同客户的差异化需求？有业内人士给出的答案是：“芯片设计也要考虑平台化，需要具备较好的可拓展性，比如，芯片设计要能够实现IP灵活组合，增强可复用性，这样不仅可以满足不同客户的差异化需求，同时还可以节省自身的开发费用。”
三、座舱SoC芯片国产化替代
当下，中高端智能座舱SoC芯片市场被高通、Intel、三星等消费电子芯片厂商所垄断，他们的芯片产品制程先进，并且具备规模和成本优势。中低端市场被恩智浦、TI、瑞萨等国外传统汽车芯片厂商所覆盖，他们的优势在于成本控制能力强，并且芯片的稳定性和可靠性好。
在前几年，国内座舱SoC芯片厂商大多停留在研发阶段，导致量产上车相对有限。但最近两年，国产座舱SoC芯片开始快速量产上车，并实现了规模化量产应用，比如芯驰的X9系列座舱芯片，已经在上汽、奇瑞、长安、广汽、北汽、东风日产等车企旗下车型量产上车。座舱SoC芯片的国产化替代正在加速。
3.1 主机厂或Tier1选择芯片厂商，他们看重什么呢？
除了芯片本身的性能之外，主机厂选择芯片厂商还会重点考察哪些维度呢？经过向相关业内人士调研咨询，整体来看，主机厂会重点关注以下几个方面的因素：
- 芯片的成熟度如何
车规级SoC芯片成熟度评价一般会从技术指标、功能指标、可靠性指标、供应链指标以及认证和标准指标等多个方面进行考量。芯片的成熟度如何是客户进行芯片选择时首要考虑的因素。
因为一款芯片产品从定义到研发再到量产，至少需要 3年左右的时间。一旦进入车厂的供应链体系，车厂基本会稳定在3~4年的订单需求。对于车厂来讲，一旦选定一家芯片厂商，中间切换芯片厂商的代价比较大，除非出现重大问题，否则不会轻易切换。因此，车企一开始便会做好芯片成熟度的评估和分析，确认风险可控才会选择合作。
- 芯片的Roadmap是否连续
选择使用一家芯片企业的芯片，不光看它的现在，还要看它的未来。如果只做一两代的芯片，而没有连续的芯片Roadmap，那就意味如果围绕该芯片来做域控制器，后续产品的迭代和升级会存在很大的问题，因此主机厂或Tier1便不太可能选择这样一家没有长久合作潜力的合作伙伴。
因此，选择一家芯片企业的时候，主机厂或Tier1要看芯片公司整个产品的迭代周期和产品的设计思路 —— 是否符合当前产业发展趋势方向，以及是否跟自己产品路线的需求相匹配。
- 是否具备较高的性价比
当前，汽车市场内卷严重，各家车企的“价格战”还在持续。以价换量是价格战的基础逻辑，降本增效是每个主机厂的主旋律。
芯片供应商想要切入到车厂的供应链体系，较高的性价比是让车厂定点的最大“筹码”。怎么才算是较高的性价比呢？要么，同样成本和性能的产品，能够帮助车厂实现更多的功能；要么，能够实现同样的功能，但成本更低。不过，这里的成本不仅指芯片本身的硬件成本，更准确地讲是整个系统层面的总成本。
- 本土化服务如何
在软件定义汽车背景下，外加“内卷”严重的竞争环境，汽车的研发周期一再压缩。以前3~4年的开发周期，甚至已经被压缩到2年。在较短的开发周期下，开发过程中可能会遇到更多的问题。
主机厂和Tier1在基于芯片的产品开发过程中，肯定会遇到很多跟芯片底层相关的问题，无论是硬件设计，还是软件开发、图像优化，亦或者是算法移植等方面的问题。此时，芯片公司是否具备足够大的团队以及足够强的工程化能力帮助客户在本地快速地去解决问题就显得尤为重要。
芯片厂商需要密切加强与Tier1以及主机厂的合作，增强对下游客户的服务支持力度，帮助Tier1在相对较短的研发周期内做好高质量的产品交付工作。
3.2 芯片厂商如何才能快速地切入到主机厂的供应链体系
- 找准产品定位，直击市场需求
入局智能座舱SoC芯片市场，中低端市场是一个相对比较容易的切入口。只要设计出一款高性价比且又能够满足当前市场需求的芯片，就能够相对容易做到量产。那么，如何设计出一款符合当下需求的“好芯片”呢？
芯驰科技联合创始人仇雨菁曾对外表示：“汽车产业链非常长，要做出好芯片必须与应用深度结合，必须是一个Top-Down的架构，首先要考虑整个应用的场景，然后分解到软件架构，再到芯片架构，这样才能做出一个好芯片。”
也就是说，做芯片设计基本上是采用自上而下的一个推导思路；先考虑最上层的应用场景，然后由应用场景分解到所需的软件架构，再由软件架构推导出最佳适配的芯片。
针对这一话题，芯驰科技CTO孙鸣乐进一步解释说：“这里提到的应用场景的概念是放到整个EE架构的背景下，来考虑我们所设计的芯片到底要用在哪里？是用在座舱，还是用在智驾，还是用在中央网关，亦或者是应用在区域控制器。明确用在哪里后，再去考虑整体的软件怎么部署，有哪些软件会部署到自己芯片上。然后，需要对这些软件进行深入了解 —— 了解它们要做哪些事情，性能需求、安全性需求以及OTA需求怎么样。所有都搞清楚之后，再考虑要满足这些软件需求，需要什么样的硬件来配合它。”
芯驰围绕未来电子电气架构的核心域进行了全场景布局，包括智能座舱X9系列、智能驾驶V9系列、中央网关G9系列和高性能E3系列MCU，这些产品旨在满足未来汽车电子电气架构的需求。
全场景布局是否会牵扯芯驰比较大的精力和投入，而导致没办法在某一两个领域把优势发挥到最大呢？孙鸣乐阐述了全场景布局的合理性：“对于SoC和MCU来讲，具有一定的通用性。在汽车应用领域，芯片讲究的是稳定性和可靠性，在这个基础上，性能要逐步往上提升，功耗和成本要控制好。区别在于不同应用中，芯片处理能力需求不同。”
“芯片公司不需要针对每个应用去做非常完整的垂直整合，这个过程需要花费很多的精力和资源。我们重点关注的是芯片本身，以及上层与芯片强相关的基础软件，这也是需要我们交付的内容。
基于此，我们会选择跟现有产品结合比较好的应用方向，在此方向上同我们的合作伙伴一起把方案做完整，然后再交付到车厂。”
- 抱团取暖，打造芯片生态体系
“软件生态决定芯片价值”已经成为了芯片行业的共识。因为构建在芯片之上的软件生态对芯片的“可用性”具有较大的影响。
整个座舱的软件平台从下往上一般涵盖：虚拟机、操作系统内核、中间件、应用层等软件。对于最底层的软件，有的是用虚拟机方式，有的直接采用硬隔离的方式；再往上的操作系统大致分两类，一类是RTOS或AUTOSAR等实时操作系统，一类是QNX、Linux、安卓等非实时操作系统；操作系统再往上就是中间件，中间件层包括车机互联、语音接口框架、导航和位置服务框架、音频接口、CAN总线通信机制等；中间件层再往上就是应用层，应用层包括很多算法，比如语音算法、视觉算法等。
对于整个座舱系统架构平台而言，芯片是它的基础底座。芯片厂商和他的合作伙伴需要一起基于芯片这个基础底座来打造出一个完整的座舱系统架构方案。底层硬件+整个软件平台有机结合在一起才有可能构成一个具备良好用户体验的产品。
四、参考文章
- 1.芯驰科技：智能芯·智慧行，为智能汽车打造核心技术底座
- 2.中国智能座舱SoC市场概览
- 3.浅谈智能座舱SoC芯片
- 4.智能座舱与智能驾驶SOC
- 5.智能座舱架构与芯片 - (11) 软件篇
- 6.Auto「智能座舱」：浅谈智能座舱的“一芯多屏”
- 7.一篇文章看透智能座舱的多模态交互
- 8.智能座舱-语音交互系统
- 9.智能座舱中的多模语音交互
- 10.舱驾一体的难点与挑战
- 11.畅行智驾孟黎明：向上突破or向下深挖？单SOC舱驾融合方案的探索
- 12.“舱驾融合”技术发展趋势分析
