三月_智慧座艙晶片專題｜全球智慧座艙SoC晶片供應商產品技術剖析(上)
隨著汽車技術朝向智慧與電動化發展，其電子電氣架構正依循分佈式、域集中式、中央集中式的趨勢演進。在早期機械化座艙時代是採取分佈式架構，如儀表、中控台等座艙設備是由專屬電子控制單元(ECU)以「單晶單屏」模式操控，各單元間毋須資訊交換，故此時期的座艙晶片使用多顆功能單一的微控制器(MCU)。當座艙進入電子化時代，為提升消費者購車意願，車商逐步導入數位儀表、多媒體中控螢幕、抬頭顯示器、數位後視鏡等多種電子設備，不同設備間開始資訊交換以增加駕車樂趣，在最近幾年滲透率大幅增加。然而各設備的微控制器間訊號連接容易發生遞延狀況，且因電子設備功能擴大而需要採用性能較好與價格較高的微控制器，加上使用數量多故容易導致座艙成本大增。於是發展出以主控SoC晶片處理座艙內所有電子設備信號的「單晶多屏」模式，雖然它的單價更高但僅用1~2顆，因此能有效降低整體成本，且晶片內部訊號傳輸速度遠高於通訊埠間傳送而可解決訊號延遲問題。此時汽車的電子電氣架構也邁入域集中式時期，發展初期的車輛運作是由動力總成、底盤控制、車身控制、自動駕駛、智慧座艙等五個域控制器操控。隨著技術持續進步，晶片商正開發能整合自動駕駛與智慧座艙功能的主控SoC晶片，使其技術將進入「跨域融合」階段，2023年Qualcomm推出的Snapdragon Ride Flex平台即為首發產品。未來若主控SoC晶片性能與車載作業系統技術能夠大幅精進，車輛運作將可由單顆SoC晶片操控，形成中央集中式的電子電氣架構。
為因應所配備的電子設備、感測器數量越來越多且性能越來越強的趨勢，除了中央處理器(CPU)外，目前智慧座艙用主控SoC晶片都內建多種處理器，其中圖形處理器(GPU)與視覺處理器(VPU)是用於圖像、視頻訊號處理以減輕中央處理器工作量，神經網路處理器(NPU)負責AI運算。如Qualcomm 最新推出的SA8295智慧座艙晶片具備Kryo中央處理器、Adreno圖形處理器、Spectra圖形處理器、Hexagon神經網路處理器、影像處理器、安全處理器、顯示處理器、視覺加速器。此外還不斷提升運算能力以處理日益龐大的資料量，其中衡量CPU、GPU與NPU能力單位分別是DMIPS、GFLOPS、TPOS。根據市場研究機構IHS Markit發布的報告指出，預估2024年智慧座艙用主控SoC晶片的CPU和NPU之運算能力需求分別為89 kDMIPS、136 TOPS，是2021年的3.6倍和9.7倍。採用先進製程是當前主控SoC晶片性能的主要提升方式，例如5nm製程的Qualcomm SA8259與Samsung Exynos V920的CPU、NPU算力都較上代之7/8nm產品呈現翻倍增長。此外，Qualcomm、Samsung與聯發科將其在消費電子產品用處理器所開發之技術運用於智慧座艙領域，所以其主控SOC晶片大都採用先進製程，而Renesas、NXP、TI等汽車晶片商仍以車用MCU為核心業務再順勢佈局智慧座艙領域，故僅以傳統製程生產主控SOC晶片而導致其性能較弱，於是較不受高階車款青睞。一般智慧座艙的數位儀表由於涉及車輛安全而須符合ASIL-B標準，通常採用QNX或Linux系統，但娛樂中控螢幕則採用應用生態豐富的Android系統，以往的「單晶單屏」模式因使用不同微控制器而無跨系統問題，但「單晶多屏」模式會因跨系統運行而明顯降低訊號處理效率，其解決方式之一是於主控SoC晶片採取硬體隔離(Hardware Partition)設計以分配各系統所能使用的硬體資源，例如NXP的i.MX8 QM晶片劃分成儀表和娛樂系統區塊，前者運行Linux系統、後者運行Android系統。另一種方案是儀表與中控台各獨立使用主控SoC晶片，如理想ONE車款中運行Android系統的中控與副駕駛螢幕採用Qualcomm 820A晶片，運行Linux系統的數位儀表則採用TI Jacinto 6晶片。目前全球重要的智慧座艙主控SOC晶片供應商技術與產品發展概況詳述如下 :
- Qualcomm : 已發展出四代產品，技術主要源自智慧型手機處理器。第一代是2014年推出及以Snapdragon 600平台為基礎開發的Snapdragon 620A，市場反應平平。第二代是2016年推出及以Snapdragon 820為基礎開發的Snapdragon 820A，擁有SCL、High和Prem等型號以滿足低中高階車款需求。2019年推出的第三代有Snapdragon SA6155P、SA8155P和SA8195P等產品，SA6155P是全新設計產品，銷量最大的Snapdragon SA8155P是Snapdragon 855車規版，為首款採用7nm製程的8核心主控SOC晶片。SA8195P則源自於Chromebook與平板電腦處理器Snapdragon 8cx。第四代產品是2021年推出及以Snapdragon 888為基礎開發的Snapdragon 8295P，它採用7nm製程並分成Performance、Premier、Paramount等低中高階產品，不僅運算能力大幅提升，還具備靈活的軟體擴充性，能夠支援虛擬主機與Linux Containers之作業系統層虛擬化技術。2023年推出首款結合自動駕駛與智慧座艙功能的Snapdragon Ride Flex平台，採用3nm製程，預計2025年開始銷售。
表1、Qualcomm主控SOC晶片產品技術規格
資料來源 : Qualcomm; 智璞產業趨勢研究所整理，2024/03
- Renesas : 不僅是車用MCU領導廠商，而且現今據有智慧座艙用主控SOC晶片的第二大市占率，2018年推出的第三代產品有中階款R-Car M3與高階款R-Car H3，分別採用28nm、16nm製程。2021年推出處理速度提升至2GHz的增強版本，包括R-Car H3e、R-Car M3e與R-Car M3Ne。
表2、Renesas第三代主控SOC晶片產品技術規格
資料來源 : Renesas；智璞產業趨勢研究所整理，2024/03
