文章来源：半导体行业观察
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2020年下半年以来，汽车行业的“缺芯”问题就一直困扰着全球各大车厂，福特、通用、丰田、现代、沃尔沃等一众车厂相继出现部分工厂或车型停产的情况，而国内也有南北大众和蔚来等车厂受到影响，出现短暂停产现象。
目前来看，这一芯片短缺问题并不会马上得到缓解。中国汽车工业协会相关负责人之前表示，芯片供应问题对国内企业生产的影响会在2021年二、三季度重点显现，四季度影响会略有下降，真正缓解可能要到明年一季度。
（图片来源：中国汽车消费网）
一颗小小的芯片可以如此轻松地扼住一家大型车厂的“喉咙”，可见芯片在汽车发展进程中的作用何等重要。对整车厂，尤其是同时处于缺芯、贸易摩擦和智能化发展需求等多重背景下的国内车厂而言，如何在芯片领域布局事关其未来多年发展大局。
合资、投资、自研，国内车厂各施其招布局芯片领域
近年来，在汽车智能化发展大势下，国内整车厂已经在芯片方面开始投入精力和资源，而此次前所未有的缺芯潮更是坚定了他们对芯片加大投入的决心。他们纷纷成立了芯片相关的部门或小组，并通过各种方式在芯片领域进行更加直接的布局，例如与芯片厂商合作研发，投资入股芯片厂商，甚至是自主研发芯片。
在芯片领域投入方面，国内车厂布局最早的要数比亚迪，其早在2005年就意识到了芯片的重要性，组建了车规芯片研发团队，开启了自研芯片之路。旗下比亚迪半导体拥有包含芯片设计、晶圆制造、封装测试和下游应用在内的全产业链，IGBT、MCU等多种车规级芯片均已实现量产及装车。
国内的其他传统汽车大厂，如吉利、上汽、北汽、广汽、长城、东风等，一方面为了加快发展汽车的智能化功能，另一方面也或早或晚意识到了缺芯可能带来的严重影响，因此在这一两年开始通过成立合资公司，投资入股等方式来强化自身在芯片领域的自主权。
国内的造车新势力，如蔚来、小鹏、理想、零跑等，他们的做法则更为直接——效仿特斯拉，在自研芯片方面开始发力。特斯拉在2017年招揽了传奇芯片架构师Jim Keller作为其AI芯片项目负责人，开始自研AI芯片，并于2019年在其Autopilot HW3.0平台上成功搭载自研的全自动驾驶（FSD）主控芯片。
从应对缺芯角度看，无论合资、投资还是自研，都表明国内车厂希望在芯片供应方面掌握更多主动权。其中，自主“造芯”即自研也许是最理想的方式，车厂可以根据自身需求更从容地安排芯片生产，减少因芯片产能不足或供应链不畅而导致的缺芯风险。当然，除了深入把控芯片供应，自研芯片更重要的意义在于凭借精准定义、缩短周期、实现差异化等一系列优势助力车厂加快智能化发展步伐。
定义准、周期短、差异化，车厂“造芯”好处多多
相比用于消费电子产品的芯片，车规芯片从规划、研发到量产、上车的周期要长得多，往往需要3-5年的时间。这一方面是因为车规芯片在安全性、可靠性、使用寿命方面有着很高的要求，同时获取认证的时间也相对较长，另一方面则在于芯片设计企业和车厂在彼此沟通和支持上并不顺畅，导致很多车用芯片在定义和规划时走了很多弯路。
如果是车厂自主“造芯”，就不会存在上述的沟通问题，相反车厂会充分利用他们对汽车和用户更加了解的优势，将自己的造车经验、对汽车发展尤其是智能化应用的理解、用户的实际需求和芯片设计有效地结合起来，使芯片的定义和规划更精准、快速，且更具针对性和前瞻性。
此外，随着芯片设计和汽车制造的一体化，也简化了芯片上车调试乃至最终装车的流程，这可以进一步缩短车规芯片从定义到上车的整个周期，进而可以支持车厂快人一步推出功能更先进的车型。
自主“造芯”还有利于实现差异化功能。车厂可以根据自身设定的智能化发展路径，在芯片设计中加入想要实现的创新功能，相比和其他车厂采用来自相同芯片厂商的芯片，这样做可以实现更加独特的车载功能，使自己的车型更具卖点，更容易受到用户青睐。
对于当前火热发展的自动驾驶应用，车厂自研芯片也是提高自动驾驶平台实际算力的有效途径。例如，之前有厂商推出了算力高达1000 TOPS的自动驾驶芯片，但是车厂将其真正装载到汽车上时，所能达到的实际算力可能就要打不少折扣。如果由车厂自身直接通过算法来定义芯片，则可以大大提高芯片的有效算力。
由此可见，自研芯片于车厂有诸多好处，是值得长期投入的发展方向。但是，想要做成任何事都非一朝一夕之功，车厂自研芯片仍有一些壁垒需要跨越，他们究竟该怎样做才能更快实现“造芯”呢？
研发经验、算力壁垒、车规要求，国内车厂“造芯”缺什么
自主“造芯”的口号好提，真正实践起来并非易事。国内整车厂如果单纯凭借自己的力量从头开始研发芯片，布局时间难免过长，同时过程中会因为缺乏芯片研发经验以及AI算力和车规性要求难以满足而走很多弯路。
其实对于国内车厂而言，其所缺少的这些能力或者说可能会碰到的壁垒并不难解决，一个好的合作伙伴就可以帮助他们应对这些问题，换言之，他们真正缺少的其实是一个合适的合作伙伴。
在汽车领域拥有丰富经验的半导体IP厂商就是这样的合作伙伴，比如全中资背景，总部在英国的Imagination Technologies。根据笔者对这家企业的了解，发现他们所具备的能力可以和车厂形成极佳的互补关系。
从研发经验上来说，Imagination拥有近30年的GPU研发历史及众多GPU基础与核心专利，目前超过900名全球员工当中有80%都是工程师。苹果作为Imagination多年的GPU客户在2017年曾抛开Imagination自研GPU，但这并非易事，2020年初Imagination官网曾宣布苹果再次授权使用Imagination的GPU。
在全球范围内，Imagination合作过大量的芯片设计企业并为他们提供了全面的支持，目前带有Imagination IP的芯片出货量早已超过110亿片。在汽车领域， Imagination的历史也已超过15年，瑞萨、TI、索喜（Socionext）这些全球领先的汽车芯片厂商都是Imagination的长期客户。目前，Imagination在全球汽车GPU IP市场中占据43%的份额，高居第一，全球有3亿多辆汽车在路上使用Imagination的技术。
如此深厚的技术积累和研发实力使Imagination可以帮助开启“造芯”之路的车厂少走很多弯路，一方面直接将成熟的IP授权车厂使用，另一方面在芯片设计过程中提供充分的技术支持，加快芯片的研发过程。
从车规要求上来说，Imagination在2020年5月成功通过了HORIBA MIRA对其功能安全管理系统进行的审查，获得了ISO 26262流程一致性认证，其车用GPU、NNA（神经网络加速器）、EPP（以太网数据包处理器）等IP产品均符合ISO 26262汽车功能安全标准。
在GPU方面，Imagination最新的IMG B系列中的BXS是当前最先进的车用GPU，也是业界首款符合ISO 26262标准的可授权GPU IP。此外，BXS采用了“分块区域保护（TRP）”功能，这使得3D流水线能够用于显示安全关键型人机界面（HMI）信息，并且不会影响性能。
在NNA方面，4NX NNA是专门面向先进驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶的AI加速解决方案，可在不影响性能的情况下，安全地进行神经网络推理，其硬件安全机制可以保护编译后的网络、网络的执行和数据处理管道。
在EPP方面，Imagination的EPP IP已获恩智浦用于其S32 车载网络处理器中，该IP遵循了Imagination一贯的安全策略，可支持S32车载网络处理器达到ISO 26262 ASIL-D等级的要求。
Imagination在ISO 26262车规标准方面所获得的认证，可以帮助车厂在开发芯片时更顺利、更快速地通过ISO 26262认证，缩短芯片的上车周期，进而助力车厂更早地在新车型上实现先进的智能化功能，在竞争中脱颖而出。
从AI算力上来说，Imagination最新的4NX NNA和B系列GPU都具备业界领先的算力水平，而且这两款IP产品都支持多核形态，4NX NNA甚至还支持基于多核集群进行扩展。就目前从智能驾舱到ADAS再到自动驾驶的汽车智能化应用而言，Imagination GPU和NNA的算力水平完全可以满足。
比如，瑞萨和TI就一直在驾舱芯片中采用Imagination的GPU，国内的汽车芯片新创企业芯驰科技最新发布的智能驾舱芯片中也采用了Imagination的GPU。此外，随着GPU算力的提升，再加上NNA加速器，在ADAS方面也开始有一些使用Imagination IP的芯片落地。
上面提到的BXS GPU，最多支持4核集群，可提供4 TFLOPS的算力；而4NX NNA更是可以支持8核集群，实现100 TOPS的算力，而且还可以将多个8核集群再组成更大的集群，例如6个8核集群就可以轻松满足L5级自动驾驶的500 TOPS算力需求。
Imagination的GPU和NNA还可以形成完美协作的异构计算平台，在提供高算力的同时实现充足的灵活性。利用Imagination创新的AI协同（AI Synergy）技术，GPU的部分资源可用于图形处理，其余资源用于可编程AI计算，而NNA则专注于固定功能的AI计算。而且二者可以共享统一的API接口和同一套开发工具，对汽车智能化应用而言，是完美的解决方案。
强大的AI算力加上灵活的异构计算模式，Imagination可以帮助车厂轻松打破AI芯片的算力壁垒，大幅加快智能化的步伐。而且，BXS GPU和4NX NNA都是面向未来打造的IP，只要成功地实现上车应用，将会令车厂在很长一段时间内受益良多。
结语
对汽车行业而言，智能化发展需求、芯片供应短缺、中美贸易摩擦等一系列因素的出现，进一步坚定了车厂加快布局芯片领域的决心。当前的时点对车厂自主“造芯”是一个空前的好时机，天时、地利、人和各方面都拥有很好的优势。
天时方面，汽车智能化和自动驾驶的发展迫切需要新的技术、新的架构提供支撑；地利方面，中国是全球最大的汽车市场，而且在自主研发大背景下有各种本地政策支持芯片技术发展；人和方面，过去多年国际汽车芯片大厂在国内培养了一大批人才，这些人才现在正致力于本土汽车芯片的开发。所有这些优势叠加在一起，形成了绝佳的发展环境。
作为半导体产业上游的IP厂商是芯片研发过程中非常重要的一环，他们的技术、经验和深度参与将使车厂的自主“造芯”之路走得更快更顺利！
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