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日本汽車半導體巨頭,如何造出全球首顆3nm大算力SoC芯片?

發布時間:2024-11-22 10:37:08來源: 13253963632

車規MCU芯片巨頭

車規SoC芯片傳統三強之一

芯片產業鏈的“日本中堅力量”

……

無論是哪一個前綴,這家半導體公司的最新產品和技術路線都將引人矚目。

更遑論,其最新產品格外的“爆”,是能引發車規級芯片領域地震級的炸裂。

這家半導體公司就是瑞薩,其最新產品是R-Car X5H SoC。

進博會期間,NE時代與瑞薩電子高性能運算產品市場總監張樸進行了深入交流,有幸獲取X5H的一手信息,以及了解他們對未來高性能運算芯片的思考。

01.

“瑞薩不是不做大算力”

R-Car X5H SoC的關鍵詞都特別重磅:

3nm、400 TOPS、跨域融合。

據張樸的介紹,作為R-Car X5系列中的首款產品,X5H采用先進的3nm車規級工藝技術制造,擁有高集成度與出色性能,推動OEM和一級供應商向集中式電子控制單元(ECU)的轉型。

■3nm,全球車規SoC芯片中最先進的制程。

X5H,是全球首顆3nm制程的車規SoC芯片。

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

先進制程意味著什么呢?

盡管制程并非衡量芯片的唯一標準,但通常情況下,制程越先進往往意味著能耗更低,同時在單位體積內具備更強的計算能力。

張樸分享道,X5H采用最先進的工藝節點制造,在達到更高性能的同時,功耗卻比5nm工藝節點設計的產品降低30-35%,提升算力效率。這些高能效特性不僅大大降低了系統散熱的要求,顯著降低整體系統成本,同時也延長了車輛行駛里程。

■400 TOPS,瑞薩R-Car SoC系列中AI加速能力最強。

同時,與現有市面上的智駕芯片以及2027年內計劃上市的芯片相比,400 TOPS的算力也居于前列。

據張樸介紹,瑞薩不是不做大算力芯片,而是在尋找更恰當的時機。現在這個時機就剛剛好。

他進一步解釋,在R-Car Gen3 V3系列和Gen4 V4系列推出的時間點,市場對大算力沒有顯現出強烈需求。但是,最近兩三年,大算力需求呈現出爆發式增長。隨著汽車智能化的發展,大模型上車,端到端智駕快速迭代,都需要大算力的支撐,大算力是大勢所趨,瑞薩適時地推出X5H正是為了順應市場需求,助力汽車智能化的發展。

■跨域融合,X5H與V4、V3系列最大的不同之處。

在先進制程和大算力的基礎上,瑞薩對第五代芯片更多的思考是,如何支撐起中央集中式架構的融合未來。

隨著數據驅動和智能化的發展,Tier1和主機廠的目光不再只是放在座艙、智駕、網關的單個系統的發展,而是從E/E架構演進的底層邏輯來審視、打造全能的、跨域的控制、計算系統,強調系統的集成性、靈活性和可擴展性。

X5H就是一款融合芯片。

據NE時代了解,在高達400TOPS強勁的AI算力外,這顆全新高性能計算芯片集成了強大的CPU內核群,采用Arm先進的Cortex-A720AE內核,提供超過1,000K DMIPS的性能。DMIPS高意味著芯片在執行計算密集型任務時更加高效,能夠支持更復雜的自動駕駛算法來處理圖像識別、路徑規劃、傳感器數據融合等任務。同時,X5H還支持高達4TFLOPS的GPU處理能力,提供更高效的圖像渲染和實時視頻處理。

R-Car X5H SoC的功能 來源:瑞薩官網

同時,X5H還配備6個Arm Cortex-R52雙鎖步CPU內核,實現超過60KDMIPS的性能,無需外部微控制器(MCU)即可支持ASILD功能,來保證整個系統的安全可靠。

張樸指出,當對ADAS、儀表、娛樂導航等進行跨域融合后,不同的功能對于功能安全的等級要求各不相同:ADAS最高,要做到ASIL D,儀表作為功能安全件,需要ASIL B,而娛樂導航一般做到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)”技術的硬隔離,保證功能域擁有獨屬的安全等級,對系統來講成本方面也是可控的。

整體而言,瑞薩的X5H的設計就是為了更好地解決未來中央處理架構對大算力融合SoC的需求,著重提升多域融合時的計算能力、效能以及安全。

02.

“能結合外部AI芯片擴展算力”

實際上,TOPS是否代表全部,算力的上限在哪里,是行業里一直在爭論的話題。

在張樸看來,目前這些結論已漸漸趨同。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化算法,實現更佳的用戶體驗,也在發展中。追根究底,問題的關鍵是看主機廠的產品策略,他們更追求差異化、技術領先性還是極致性價比。而且整車的級別不同,吸引的消費群體不同,打出的牌就會千變萬化。

對瑞薩而言,他們希望兼顧到不同級別的整車需求,并以更經濟、更靈活的方式覆蓋不同級別整車對智能化、平臺化的要求。

瑞薩其實是兩條腿走路,長期內開發新一代X5系列,順應大算力剛需和融合趨勢,同時中短期內,特別在X5系列面世之前,V4系列會繼續主打性價比,用中小算力產品支持主機廠對成本、性能的均衡需求,張樸表示。

也就是說,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在全球范圍內一貫是ADAS系統的主流方案,即便到現在,仍在大批量生產,由許多客戶沿用。V4今年剛剛量產,瑞薩已拿到國內外主機廠的訂單,逐漸開始交付,接棒三代產品。

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

■高算力,400 TOPS既非瑞薩X5的唯一,也非極限。

張樸表示,瑞薩規劃推出NPU,CPU,GPU算力配置不同的的三到四個版本,來對應不同的客戶需求。若客戶需要更高算力, X5H還可通過擴展提供千T以上的算力。

怎么做擴展呢?

這就不得不提X5H在內的第五代SoC對Chiplet技術的支持。

Chiplet,又做“芯粒”,是一種新興的封裝技術,可將擁有不同工藝和電壓等級的多個產品組合在一起,為客戶實現更多的靈活性與軟件復用性,同時降低開發成本,縮短上市時間。

比如,若客戶希望推出一些個性化、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Chiplet擴展將X5H片上NPU與外部NPU相結合,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,引入大語音模型,加載3D游戲、人機共駕等功能,X5就可通過Chiplet外接GPU芯片,拓展圖形渲染及處理能力。

通過NPU和GPU Chiplet擴展實現靈活計算 來源:瑞薩官網

而且,外接的NPU芯片和GPU芯片可來自于第三方,瑞薩對此持開放態度。為實現無縫的Chiplet集成,X5H提供標準的UCIe(通用小芯片互聯通道)芯片間互聯接口及API,促進多芯片系統中與其它組件的互操作性。

當然瑞薩本身也會針對第五代開發NPU、GPU,來提供同構的升級產品。張樸稱,不可否認,同構芯片之間的適配會最快,最可靠。

如此,主機廠和Tier 1將能夠結合并調配多樣化的功能,并跨車輛平臺,定制智駕系統,乃至兼顧未來的迭代。

這樣的話,即使算力需求暫時看不到上限,主機廠和Tier1也不用擔心未來的升級規劃。

一個低中高全方位布局的、可算力擴展的SoC產品矩陣,將最大程度地提高主機廠平臺的可拓展性和迭代的靈活性,加快上車速度。

為簡化X5H系統開發,瑞薩全新發布的R-Car Open Access(RoX)SDV平臺集成了汽車開發人員快速開發下一代車輛所需的所有關鍵硬件、操作系統(OS)、軟件及工具,并可獲得安全、持續的軟件更新。RoX為OEM和一級供應商提供了靈活的虛擬開發環境,可用于開發ADAS、IVI、網關,跨域融合系統,以及車身控制、域控和區域控制器等各種可擴展的系統。

RoX開發平臺來源:瑞薩官網

張樸認為,隨著未來汽車電子電氣架構的日益集成化,域控制器將更加融合,系統復雜度隨之提升,此時,依賴于硬件與軟件的復用將顯著提升效率,進而為客戶帶來更優越的成本控制效果。

03.

“全能戰 士”

瑞薩的競爭力并不僅限于此。

張樸說,瑞薩對外頻頻講到一個詞,那就是“Winning Combos”。

大致意思是,憑借對計算芯片、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。對客戶而言,不僅系統成本更優化,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,瑞薩是一直專注于汽車領域的,在很長一段時間內,瑞薩都位于汽車SoC市場的頭部。最近幾年,一批在人工智能、運算、服務器等方面經驗豐富的跨界企業涌入汽車產業,加速了技術的革新,也改變了市場的格局。瑞薩將行業巨變都看在眼里,激流勇進,率先推出符合未來汽車智能化發展方向的劃時代產品,立足自身長期積累的汽車應用的優勢,并大力提升在AI新技術方面的綜合能力,打造出兼顧安全可靠和性能領先的解決方案。

在汽車算力芯片領域,瑞薩的能力是最全面的。瑞薩R-Car SoC已有的幾代產品覆蓋了IVI, 儀表、智能座艙、ADAS、網關等各類應用:

自動駕駛類,目前量產的主要是R-Car V3、V4兩個系列;座艙類,R-Car H3/M3 系列在市場上取得了巨大的成功;網關類,S4/S4N 系列已經被一些國際頭部的主機廠采用。

R-Car汽車片上系統(SOC)來源:瑞薩官網

另外, 瑞薩的汽車MCU RH850系列更是眾多主機廠和Tier1的首選。

基于此, 瑞薩積累了廣泛而深入的汽車應用的knowhow,特別是功能安全方面。

值得一提的是,綜合全球汽車SoC芯片和MCU芯片的市場表現,能同時進入頭部陣營的有且僅有瑞薩。

來源:Yole

與一些專注于某一領域的競爭對手不同,瑞薩就是一名“全能戰士”,張樸告訴NE時代。未來,瑞薩也將繼續發揮自己的長項,助力汽車智能化的快速發展。

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