独家对话|日本汽车半导体巨头,如何造出全球首颗3nm大算力SoC芯片?
来源:电子设计圈 发布时间:2024-11-20 分享至微信

车规MCU芯片巨头

车规SoC芯片传统三强之一

芯片产业链的“日本中坚力量”

……

无论是哪一个前缀,这家半导体公司的最新产品和技术路线都将引人瞩目。

更遑论,其最新产品格外的“爆”,是能引发车规级芯片领域地震级的炸裂。

这家半导体公司就是瑞萨,其最新产品是R-Car X5H SoC。

进博会期间,NE时代与瑞萨电子高性能运算产品市场总监张朴进行了深入交流,有幸获取X5H的一手信息,以及了解他们对未来高性能运算芯片的思考。

01.
“瑞萨不是不做大算力”

R-Car X5H SoC的关键词都特别重磅:

3nm、400 TOPS、跨域融合。

据张朴的介绍,作为R-Car X5系列中的首款产品,X5H采用先进的3nm车规级工艺技术制造,拥有高集成度与出色性能,推动OEM和一级供应商向集中式电子控制单元(ECU)的转型。

■ 3nm,全球车规SoC芯片中最先进的制程。

X5H,是全球首颗3nm制程的车规SoC芯片。

在全球范围内、已推出的车规SoC芯片中,只有英伟达和高通做到了4nm制程芯片,代表产品分别是Thor和8775。5nm制程的玩家有安霸、Mobileye,以及近来流片成功的小鹏图灵芯片和蔚来神玑芯片。国内芯片厂商包括地平线、黑芝麻、芯擎科技等多为7nm制程。

先进制程意味着什么呢?

尽管制程并非衡量芯片的唯一标准,但通常情况下,制程越先进往往意味着能耗更低,同时在单位体积内具备更强的计算能力。

张朴分享道,X5H采用最先进的工艺节点制造,在达到更高性能的同时,功耗却比5nm工艺节点设计的产品降低30-35%,提升算力效率。这些高能效特性不仅大大降低了系统散热的要求,显著降低整体系统成本,同时也延长了车辆行驶里程。

■ 400 TOPS,瑞萨R-Car SoC系列中AI加速能力最强。

同时,与现有市面上的智驾芯片以及2027年内计划上市的芯片相比,400 TOPS的算力也居于前列。

据张朴介绍,瑞萨不是不做大算力芯片,而是在寻找更恰当的时机。现在这个时机就刚刚好。

他进一步解释,在R-Car Gen3 V3系列和Gen4 V4系列推出的时间点,市场对大算力没有显现出强烈需求。但是,最近两三年,大算力需求呈现出爆发式增长。随着汽车智能化的发展,大模型上车,端到端智驾快速迭代,都需要大算力的支撑,大算力是大势所趋,瑞萨适时地推出X5H正是为了顺应市场需求,助力汽车智能化的发展。

■ 跨域融合,X5H与V4、V3系列最大的不同之处。

在先进制程和大算力的基础上,瑞萨对第五代芯片更多的思考是,如何支撑起中央集中式架构的融合未来

随着数据驱动和智能化的发展,Tier1和主机厂的目光不再只是放在座舱、智驾、网关的单个系统的发展,而是从E/E架构演进的底层逻辑来审视、打造全能的、跨域的控制、计算系统,强调系统的集成性、灵活性和可扩展性。

X5H就是一款融合芯片。

据NE时代了解,在高达400TOPS强劲的AI算力外,这颗全新高性能计算芯片集成了强大的CPU内核群,采用Arm先进的Cortex-A720AE内核,提供超过1,000K DMIPS的性能。DMIPS高意味着芯片在执行计算密集型任务时更加高效,能够支持更复杂的自动驾驶算法来处理图像识别、路径规划、传感器数据融合等任务。同时,X5H还支持高达4TFLOPS的GPU处理能力,提供更高效的图像渲染和实时视频处理。

R-Car X5H SoC的功能 来源:瑞萨官网

同时,X5H还配备6个Arm Cortex-R52双锁步CPU内核,实现超过60KDMIPS的性能,无需外部微控制器(MCU)即可支持ASILD功能,来保证整个系统的安全可靠。

张朴指出,当对ADAS、仪表、娱乐导航等进行跨域融合后,不同的功能对于功能安全的等级要求各不相同:ADAS最高,要做到ASIL D,仪表作为功能安全件,需要ASIL B,而娱乐导航一般做到QM就够了。

若域控单单基于虚拟化的软隔离,并不能保证不同功能域之间完全不受干扰,在可靠性方面缺乏保障,而X5H提供基于“免干扰(FFI)”技术的硬隔离,保证功能域拥有独属的安全等级,对系统来讲成本方面也是可控的。

整体而言,瑞萨的X5H的设计就是为了更好地解决未来中央处理架构对大算力融合SoC的需求,着重提升多域融合时的计算能力、效能以及安全。

02.
“能结合外部AI芯片扩展算力”

实际上,TOPS是否代表全部,算力的上限在哪里,是行业里一直在争论的话题。

在张朴看来,目前这些结论已渐渐趋同。大算力是刚需,不然的话很难支撑端到端、大模型上车。而在已有算力上如何优化算法,实现更佳的用户体验,也在发展中。追根究底,问题的关键是看主机厂的产品策略,他们更追求差异化、技术领先性还是极致性价比。而且整车的级别不同,吸引的消费群体不同,打出的牌就会千变万化。

对瑞萨而言,他们希望兼顾到不同级别的整车需求,并以更经济、更灵活的方式覆盖不同级别整车对智能化、平台化的要求。

瑞萨其实是两条腿走路,长期内开发新一代X5系列,顺应大算力刚需和融合趋势,同时中短期内,特别在X5系列面世之前,V4系列会继续主打性价比,用中小算力产品支持主机厂对成本、性能的均衡需求,张朴表示。

也就是说,瑞萨很快将形成低、中、高全算力智驾芯片的全布局。

■ 中低算力,V3在全球范围内一贯是ADAS系统的主流方案,即便到现在,仍在大批量生产,由许多客户沿用。V4今年刚刚量产,瑞萨已拿到国内外主机厂的订单,逐渐开始交付,接棒三代产品。

不仅如此,最近瑞萨正在与算法合作伙伴开发、部署基于V4的BEV感知方案,做到高速NOA、城区记忆行车等L2++功能。

■ 高算力,400 TOPS既非瑞萨X5的唯一,也非极限。

张朴表示,瑞萨规划推出NPU,CPU,GPU算力配置不同的的三到四个版本,来对应不同的客户需求。若客户需要更高算力, X5H还可通过扩展提供千T以上的算力

怎么做扩展呢?

这就不得不提X5H在内的第五代SoC对Chiplet技术的支持。

Chiplet,又做“芯粒”,是一种新兴的封装技术,可将拥有不同工艺和电压等级的多个产品组合在一起,为客户实现更多的灵活性与软件复用性,同时降低开发成本,缩短上市时间。

比如,若客户希望推出一些个性化、定制化的智驾功能,需要将AI芯片算力拉满,接近1000 TOPS乃至2000 TOPS,X5系列SoC就可通过Chiplet扩展将X5H片上NPU与外部NPU相结合,将AI处理性能提升五倍之多

如果客户希望打造更酷炫的座舱,引入大语音模型,加载3D游戏、人机共驾等功能,X5就可通过Chiplet外接GPU芯片,拓展图形渲染及处理能力

通过NPU和GPU Chiplet扩展实现灵活计算 来源:瑞萨官网

而且,外接的NPU芯片和GPU芯片可来自于第三方,瑞萨对此持开放态度。为实现无缝的Chiplet集成,X5H提供标准的UCIe(通用小芯片互联通道)芯片间互联接口及API,促进多芯片系统中与其它组件的互操作性。

当然瑞萨本身也会针对第五代开发NPU、GPU,来提供同构的升级产品。张朴称,不可否认,同构芯片之间的适配会最快,最可靠

如此,主机厂和Tier 1将能够结合并调配多样化的功能,并跨车辆平台,定制智驾系统,乃至兼顾未来的迭代。

这样的话,即使算力需求暂时看不到上限,主机厂和Tier1也不用担心未来的升级规划。

一个低中高全方位布局的、可算力扩展的SoC产品矩阵,将最大程度地提高主机厂平台的可拓展性和迭代的灵活性,加快上车速度。

为简化X5H系统开发,瑞萨全新发布的R-Car Open Access(RoX)SDV平台集成了汽车开发人员快速开发下一代车辆所需的所有关键硬件、操作系统(OS)、软件及工具,并可获得安全、持续的软件更新。RoX为OEM和一级供应商提供了灵活的虚拟开发环境,可用于开发ADAS、IVI、网关,跨域融合系统,以及车身控制、域控和区域控制器等各种可扩展的系统。

RoX开发平台 来源:瑞萨官网

张朴认为,随着未来汽车电子电气架构的日益集成化,域控制器将更加融合,系统复杂度随之提升,此时,依赖于硬件与软件的复用将显著提升效率,进而为客户带来更优越的成本控制效果。

03.
“全能战士”

瑞萨的竞争力并不仅限于此。

张朴说,瑞萨对外频频讲到一个词,那就是“Winning Combos”。

大致意思是,凭借对计算芯片、控制芯片、功率芯片、电源、模拟芯片、接口的广覆盖,瑞萨可提供完整的解决方案。对客户而言,不仅系统成本更优化,而且工作更高效。

这就是瑞萨的最大的不同之处。

在张朴看来,瑞萨是一直专注于汽车领域的,在很长一段时间内,瑞萨都位于汽车SoC市场的头部。最近几年,一批在人工智能、运算、服务器等方面经验丰富的跨界企业涌入汽车产业,加速了技术的革新,也改变了市场的格局。瑞萨将行业巨变都看在眼里,激流勇进,率先推出符合未来汽车智能化发展方向的划时代产品,立足自身长期积累的汽车应用的优势,并大力提升在AI新技术方面的综合能力,打造出兼顾安全可靠和性能领先的解决方案。

在汽车算力芯片领域,瑞萨的能力是最全面的。瑞萨R-Car SoC已有的几代产品覆盖了IVI, 仪表、智能座舱、ADAS、网关等各类应用:

自动驾驶类,目前量产的主要是R-Car V3、V4两个系列;座舱类,R-Car H3/M3 系列在市场上取得了巨大的成功;网关类,S4/S4N 系列已经被一些国际头部的主机厂采用。

R-Car汽车片上系统(SOC)来源:瑞萨官网

另外, 瑞萨的汽车MCU RH850系列更是众多主机厂和Tier1的首选。

基于此, 瑞萨积累了广泛而深入的汽车应用的knowhow,特别是功能安全方面。

值得一提的是,综合全球汽车SoC芯片和MCU芯片的市场表现,能同时进入头部阵营的有且仅有瑞萨

来源:Yole

与一些专注于某一领域的竞争对手不同,瑞萨就是一名“全能战士”,张朴告诉NE时代。未来,瑞萨也将继续发挥自己的长项,助力汽车智能化的快速发展。


转自:微信公众号- NE时代新能源


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