第八期回顾
安创“芯”视野第8期邀请了Arm中国汽车市场高级经理舒杰Jerry，他分享了汽车产业目前面对的全球性挑战以及应对方案，同时剖析了汽车产业发展趋势中可能存在的机遇。在数字座舱、自动驾驶和电动化领域，Arm的一些解决方案或许能够为创新创业者提供一些借鉴。
（以下是分享内容整理）
大家好，我叫舒杰，在Arm中国负责汽车生态建设，今天主要跟大家分享Arm的一些汽车解决方案和市场情况。
Arm是一家半导体行业的IP供应商，主要做技术授权。在半导体行业，买IP做芯片是常见的商业模式。我们的IP可以让客户自由设计，赋予他们创新需要的灵活性。目前各行各业基于Arm IP生产的总芯片出货量已经超过1500亿件，每年总计有200多亿件芯片进入市场，在汽车半导体领域已经有15家顶级的芯片厂商授权了Arm的IP。Arm中国是中方控股的合资公司，本地有自己的研发团队，主要做 CPU、 AI人工智能、信息安全、还有显示IP。当然我们不仅提供IP，围绕Arm的生态也可以让客户受益。
汽车行业市场概况
目前汽车市场存在的全球性挑战主要有：可持续发展、数字化、社会包容性、城镇化。应对这些挑战，我们汽车行业也有自己的角色“ACES”。ACES缩写分别代表ADAS&Autonomous（自动驾驶）、Connercted（网联）、Electrification（电动）、Shared services（共享），对应的是国内的汽车“新四化”。“ ACES”的实现是需要创新来支持的，比如从传统汽车到现在的智能网联汽车，需要把ADAS/自动驾驶、数字座舱、网联技术等进行商业化落地。
IHS数据显示，到2023年汽车电子系统的总额可以达到1800亿美金。当然这个包括电子件和机械件。每辆车的平均价值将从现在的1500多美金提高到2023年的1600多美金。其中增长比较大的应用主要来自ADAS（先进驾驶辅助系统）、Powertrain（动力系统）、Infotainment（车载娱乐信息系统）三个部分。而Body或者底盘两块增长相对没有那么快。
到2023年，每辆车大概会使用500多美金的汽车半导体，所以这部分会有500多亿美金的市场规模。其中大概有32%会用到Arm IP，对应的金额在160到200亿美金之间。
这有一份关于2019年汽车半导体市场的数据，来源于Strategy Analytics。按设备类型的营收来看，处理器（23%）和Logic IC（6%）两个加在一起有比较高的占比，另一个占比较高的部分是功率半导体（26%）；按半导体企业的营收来看，行业前三主要是恩智浦、英飞凌、瑞萨，鉴于英飞凌刚刚收购了赛普拉斯，所以总的来看现阶段还是排在第一位。
关于半导体市场的复合增长情况，未来汽车发展市场的竞争领域主要在ADAS和新能源汽车（主要包括全电动车和混合动力汽车）。ADAS占23.6%，新能源汽车占21%。报告显示的是2022年每辆车的汽车半导体约600美金。那时ADAS的市场份额将是110亿美金，远超同年新能源汽车的市场份额60亿美金。但这两个应用领域都是对汽车半导体的需求比较大的。
从汽车架构的趋势来看，现在汽车的电子信息架构也在迁移，从传统的分布式控制向域控制架构、分区架构、中央化架构发展。比如一级供应商博世认为，2021年域控制架构会成为主流，而主流的车厂到2025年才会引入中央化架构。但不管是哪种架构，随着架构的演进，对控制器的算力、软件、生态都会有越来越高的要求。
汽车产业合作也在从线性走向跨界、融合、集成，由此可以催生出一些新的合作模式和增长机会。举个例子，三星和奥迪的合作。奥迪找三星定制了一款应用于数字座舱的芯片——V9，它采用了Arm的CPU（A76）和GPU（ G76），芯片可以达到ASIL-B要求。
Arm作为IP供应商，虽然处于比较上游的位置，但是产品也是要满足业内需求的。所以，Arm不仅是跟芯片客户打交道，也会跟Tier1交流，这样做出来的IP产品才可以更好地符合业内的需求。
汽车产业的趋势变化
关于汽车市场未来发展的趋势，主要会在三个领域发生变化。第一个是IVI（集成式的座舱），很多车的新功能可以通过集成式座舱体现，车厂可以把这些新功能作为汽车的卖点；第二个是ADAS向自动驾驶迁移；第三个是以发动机驱动的传统燃油车会向新能源汽车转型。
数字座舱
随着域控制器和更高带宽网络的添加，车载架构也在发生变化，这就要求有功能更强大、更高效的SoC出现，它可以允许很多功能的整合。对于这种混合安全等级或者混合关键性技术的工作负载来说，需要更好的硬件和软件来支持。从座舱的发展来看，最终还是需要允许安全的和非安全的应用跑在同一个平台上，这样才可以节省成本，并带来更多高级功能的实现。
从趋势来看，数字座舱再往下发展，汽车需要有更多的功能或体验来增强汽车的卖点。所以，数字座舱里不仅仅有数字仪表、HUD技术，还有后视镜替代、驾驶辅助功能、流媒体或者姿势识别等功能的增加。
那改进座舱体验需要考虑哪些因数呢？首先要有一个更好的座舱控制平台，在平台上支持座舱系统的联合。也就是说，仪表、IVI、HUD等系统都需要在同一个座舱控制平台上实现。而且座舱应用需要考虑混合安全等级系统，比如ASIL-B、ASIL-D或者ASIL-QM的应用。当然，还要保证座舱的内外互联特性。因为汽车里的智能网联特性是一定要保证的。当这种座舱被用于自动化驾驶的时候，就需要有更复杂的座舱，才能给乘客提供更多的体验。
国内智能座舱产品前装市场的渗透率方面，车载信息娱乐系统（中控液晶屏和相应的软件系统）、驾驶信息系统（全液晶的仪表盘和相应的软件系统）两部分渗透率比较高；HUD、流媒体后视镜、行车记录仪、后排液晶显示等新功能的渗透率都不算太高，还有很大的增长空间。
自动驾驶
国际自动机工程师学会（简称SAE）将汽车自动驾驶技术分为L0~L5六个等级，工信部今年也公示了《汽车驾驶自动化分级》国标，跟SAE的分级大同小异。其中值得一提的是L3。有汽车媒体爆料，奥迪昨天终于在应对外界疑云中给了实锤：宣布彻底放弃L3。相对而言，近期国内陆续有车厂发布L3计划或者提及相关功能，譬如长安、北汽、广汽、小鹏、威马。所以从这个阶段来看，国外是奥迪在放弃，而国内还在努力推进部分功能的落地。
关于“自动驾驶的产量预测”，Strategy Analytics 和 IHS也有一些参考数据：从2015年到现在最主要的是L0和L1；到2025年，L2的占比逐步会提高；真正要搭载L3、L4的量还是非常少的。从后面几年来看，我们还是相信L0、L1和L2的搭载率是最高的，不过也可以期待下L3和L4的量产。
从中国ADAS各系统功能渗透率的预测数据可见，市场增长空间很大。现阶段中国ADAS渗透率大约20%~30%，到2025年这个数据可以达到40%以上。
2020年之前自动驾驶的等级大多数都能达到L3，各个公司都在抓紧时间做用于2021年或2022年的L3、L3+或者L4的样机，但第一批L3+的量产车型可能出现在2025（这只是我们的一个推测）。但是真正大规模的部署还需要服务器计算性能、台式机的功率要求、笔记本电脑的热特性。功耗不能太高，计算性能要足够好，而且功率也不能太大，但又不是现在大家看到的位于后备箱的服务器。我们希望看到的后备箱依然还是有现阶段的储物功能在里面，而不是被计算平台或设备占据。
自动驾驶往更高等级发展离不开创新资本的助攻。像Waymo、Uber、Cruise，包括亚马逊都有自动驾驶的考虑。Elon Musk说：特斯拉明年会有100万辆Robotaxi在路上运营，这个也属于自动驾驶的应用。而且传统的市场也会有一些新机会，比如Daimler和Bosch选择圣何塞作为自动扬招服务的领航城市。而且从整个行业来看，无人驾驶会使汽车软件营收增长很多。
但是即使投入再多的钱也很难做到至善至美，一个美国驻亚太地区（AP） OEM部门的高层提到：“开发一个量产级的自动驾驶系统不是按亮一盏灯那么简单，它是一系列自动驾驶能力的缓慢发展。”我们也跟Forrester公司做了一份调研报告，探讨了“怎么样让自动驾驶汽车从原型走向量产“，大家可以在Arm的官网上面查看。
当然，我们也会听到一些关于自动驾驶的比较谨慎的声音。比如，Waymo说：“自动驾驶终究是有些限制的。”福特的CEO说：“我们高估了自动驾驶汽车的到来。”GM的行政主管也提到：“自动驾驶是我们这代人的工程挑战。”所以一项新技术在实验过程当中，会听到一些积极的声音，也会听到一些保守的声音，但不管怎么样，大家还得继续向前探索。
那么，如何实现更高等级自动驾驶的量产呢？
Q面临哪些挑战？
1.需要有合适的高性能的异构计算平台
2.控制器或者控制系统要显著减少它的尺寸、重量、功耗、还有成本
3.要把功能安全考虑进去，因为替代车内安全员是需要有更高的系统安全的
4.开发者需要编写、优化和测试上亿条代码，前面也提到自动驾驶的实现对我们软件有很大的促进作用，所以软件对自动驾驶来说也是一个很大的挑战
对应的解决方案：
1.专用的高性能异构计算平台
2.从服务器过渡到SoC，功耗可以从上千瓦降低到500瓦以下
3.可用的汽车增强型安全技术
4.优化跨计算元素的软件工具，并搭建软件生态系统
Arm有一个“Safety Ready”计划。这是一个多年的计划，涵盖了公司的整个产品组合，包含特定的工艺技术，还有ISO26262认证的软件工具的组建和安全文档。一方面，我们会做一些IP供汽车行业使用；另一方面，我们也成立了一些业内的联盟或是组织，比如Arm的FSPP，即Arm Functional Safety Partnership Program。FSPP里面有很多生态伙伴，他们有的做软件、有的做工具、有的做芯片设计服务，还有一些可以提供咨询和培训服务。推出”Safety Ready“计划主要是为了帮助汽车供应链伙伴加速进入市场，因为做汽车周期比较长，而我们的芯片客户其实也愿意借助一些外力帮助他们加速进入这个市场。
△自动驾驶中的汽车增强型IP-Arm
给大家展示一下自动驾驶可能会用到的汽车增强型IP。这只是一个硬件平台，还需要软件才能工作起来。要做好自动驾驶，既要保证有一个很好的汽车平台，也要保证软件的应用性和可靠性。
电动化
我们现在正从传统的燃油车向新能源车演化。新能源车离不开电机驱动，需要有更高的实时性要求，引入一些域控制器架构，这就离不开相应的虚拟化。从座舱控制系统来看，我们要混合功能安全等级的软件，新能源车也会加入一些新的应用，比如通过机器学习来做BMS的SoC和SoH的预测。另外，新能源车的功耗和效能也被同样看重。特别是大家对续驶里程比较在意的时候，功耗和效能就非常关键了。
从全球范围来看，各个国家都在坚定不移地向xEV迁移。乘用车动力系统现阶段主要是发动机。在欧洲，混合动力汽车会多一些，但国内还是非常看重乘用车纯电动汽车的。新能源车也好，商用车也好，他们的动力系统都需要有MCU。从MCU全球的出货量来看，混合动力汽车的占比到后面阶段增长非常快。
传统的汽车网络里本身有很多ECU，多数汽车会有六七十个，高端车甚至可能会超过100个。ECU越多，功耗越大，而且也会占一定的体积和重量。所以这汽车正在向新的EE架构迁移，比如说域控制器的出现，尤其是像具备分区功能的域控制器，它是根据空间位置而不是根据功能来定义的。里面的ECU或是SoC数量更少，但是性能更强大。这种强大的SoC或者ECU会把很多功能集成在一起，可以利用更有效的信息共享来获取更高级别的功能。
对于这种新的架构，可以往中央化控制方向走，这样就可以使边缘控制节点更简单一点。但即使往域控制器、分区的架构走，还是需要有边缘控制节点以及传感器节点。整个架构迁移的驱动力主要来源于更好的计算能力，或者是我们要取得更灵活的计算。它会把某些算力做分配，把一些新的功能集成在一起，同时还要考虑软件定义汽车对这一方面的需求。当然，自动驾驶和电动化这两方面也是驱动我们往新的EE架构迁移的重要因素。
仅从动力系统控制来看，逆变器、BMS、发动机EMS都有一个自己的控制芯片和相应的功能。发动机、电机还有电池都是单独控制的，但如果要把它们集中在一起工作，集成工作不少。现阶段该如何考虑下一步动力系统控制？有些客户会提议用域控制器，把一些应用整合在一起，比如把发动机、电机、BMS、车载充电机的控制集中在一起，通过一个动力系统的域控制器实现。
对于已有的计算平台，比如将它用动力系统的域控制器，用到的就是如Cortex R系列的芯片；如果再往分区架构上来看，会出现A系列、R系列，包括GPU、NPU。这种异构计算平台需要有更好的实时控制和更高的安全性。在这种架构里，也希望可以集成更高等级的功能，发展到最后，希望可以在片内给自动驾驶控制器做冗余的应急操作。
我们提了这么多关于系统的控制方面的内容，究竟怎么样来做呢？
给大家举一个例子：一个基于Arm Cortex-R52芯片做的动力系统控制。它上面会有Hypervisor，即程序管理器，通过它来支撑不同的虚拟机。有些是跑Bare Metal形式的，有些是RTOS，还有AutoSAR，都是很典型的应用。
Arm在汽车领域的生态伙伴
Arm不仅仅提供IP，更是提供一整套的生态，所以生态对于我们来说非常关键。
现在Arm汽车系统有很多Partner，有半导体伙伴、Tier 1、OEM、软件供应商、EDA供应商、服务平台提供商，还有运营伙伴。大家可以看到，上部分是Global伙伴，下部分是Local的，比如地平线、海思、杰发、黑芝麻、芯驰、芯擎、全志、瑞芯微等等。这些公司或多或少地在做一些汽车的新型规划，譬如地平线这两天发布了会在年底发布新的芯片J5。所以大家也可以关注本土芯片厂商做的芯片。
此外，我们在国内有很多Tier 1的生态合作伙伴，他们正在用一些基于Arm内核的芯片来做产品开发。国内车厂合作伙伴也不少，他们也很关心以后可以用到什么样的IP和芯片。我们希望看到国内有更多的操作系统和EDA工具供应商出现，因为这一块都是跟我们生态有关系的。
如果单从汽车软件生产来看，现在商业化的软件主要是在国外的企业手里，比如QNS、MENTOR、ETAS、VECTOR、ESOL、OPENSYNERGY等。这些公司都是Global公司，也提供商用软件供汽车行业企业使用。开源软件也可以供汽车行业使用，比如阿波罗、ROS2.0、AUTOWARE、AGL，还有一些联盟组织或者项目组织也在做一些项目，来更好地让我们的汽车软件得以运用，给我们的计算平台提供更好的软件。
这边有一张图展示了Arm在整个汽车领域提供的IP情况。左边的内容是跟汽车相关，比如像中央网关、座舱、动力系统、底盘系统等里面都可以用到Arm IP。其他方面，像基础设施的边缘计算、边缘云的计算、公有云的计算，也都有Arm的IP在里面。Arm本身还有一个PELION平台，用来做IoT的管理。因为车联网就是大的IoT领域下的一个概念，Arm不仅仅提供IP，还有很多资源可以应用到汽车里。
关于自动驾驶，我们去年启动了“AVCC联盟”——自动驾驶汽车计算联盟。主要由Arm和一些车厂、Tier 1合作伙伴，以及芯片客户联合设立。Tier 1主要是博世、Continental、DENSO， OEM的话主要是丰田和通用，芯片客户主要是英伟达和恩智浦。这个联盟主要研究什么样的系统架构或者芯片架构更适合自动驾驶的应用。
Arm一方面在做相应的IP，保持在业内有很好的技术领先性；另一方面也会把汽车需要的功能安全和信息安全加进来，使产品更好地适用于汽车的应用。这样产品本身就具有了可升级性，可以在不同硬件内进行迁移，同时我们也会提供一个相应的技术支持和咨询来帮助我们的客户。这样一来，Arm可以和它的生态合作伙伴一起为汽车行业做贡献，分享我们的研究成果和解决方案，以此帮助汽车行业的应用。安创加速器（Arm Accelerator）是AIoT硬科技创新创业服务平台。作为Arm全球唯一加速器，安创依托于Arm全球庞大的生态系统资源及行业领先的技术，通过创业加速和创新赋能为技术驱动型创业者以及致力于科技创新的生态伙伴提供深度产业链接及一站式服务。
