【原】汽車智能化掃盲：秒懂CPU,、GPU、NPU,、DPU,、MCU、ECU......

電駒 2022-05-18 發(fā)布于河南

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當(dāng)汽車進(jìn)入電動(dòng)化,、智能化賽道后,，產(chǎn)品變革所衍生的名詞困擾著消費(fèi)者。例如關(guān)于芯片方面的CPU,、GPU,、NPU、SOC等等,。這些參數(shù)格外重要,，甚至不遜于燃油車時(shí)代的一些核心部件配置。

這次,，我們進(jìn)行一次芯片名詞科普,，一起掃盲做個(gè)電動(dòng)化汽車達(dá)人。

關(guān)于芯片里的名詞

1,、CPU

汽車cpu是汽車中央處理器,。其事就是機(jī)器的“大腦”，也是布局謀略,、發(fā)號(hào)施令,、控制行動(dòng)的“總司令官”。

CPU的結(jié)構(gòu)主要包括運(yùn)算器（ALU, Arithmetic and Logic Unit）,、控制單元（CU, Control Unit）,、寄存器（Register）、高速緩存器（Cache）和它們之間通訊的數(shù)據(jù),、控制及狀態(tài)的總線,。

簡單來說就是：計(jì)算單元,、控制單元和存儲(chǔ)單元。（架構(gòu)如下圖）

如果你看不懂,，我可以把他翻譯成中文,。簡單來說就是，計(jì)算單元主要執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算,，存儲(chǔ)單元主要保存數(shù)據(jù)以及指令等,；控制單元則對(duì)指令譯碼。

2,、GPU

GPU叫做圖形處理器,，又稱顯示核心、視覺處理器,、顯示芯片,。

圖形處理你是不是想到了顯卡？提到顯卡和GPU,，人們會(huì)想到游戲和電影中精美的三維圖形,。其實(shí)，早期顯卡不但不能處理三維圖形,，甚至連二維圖形都無法處理,，它僅具備顯示能力。今天,，GPU不但能夠處理復(fù)雜的三維圖形,，還能作為協(xié)處理器，在通用計(jì)算中使用,。

電腦圖形處理器的發(fā)展是從圖形顯示適配器開始的,，到圖形加速器，再到圖形處理器即GPU,，其功能在不斷增強(qiáng),。

3、MCU

汽車mcu是微控制器,，控制著汽車內(nèi)所有的電子系統(tǒng),，比如多媒體、音響,、導(dǎo)航,、懸掛等。作為汽車電子控制系統(tǒng)的核心,，mcu必須有著耐高溫和堅(jiān)固的特性,，使之在復(fù)雜的汽車內(nèi)部環(huán)境中不容易損壞。

MCU分為1位、4位,、8位,、16位、32位甚至64位單片機(jī),。4位MCU大部分應(yīng)用在計(jì)算器,、車用儀表、車用防盜裝置,。

4,、NPU

近幾年NPU特別火，我們可以理解為NPU就是AI芯片,，普通芯片就是CPU,。在自動(dòng)駕駛和智能座艙都離不開NPU。

換句話說,，npu是具備智能和學(xué)習(xí)的特性，也就是說這個(gè)處理器它是會(huì)模仿人的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的,。

在工作模式上,，CPU主要是負(fù)責(zé)低精度,各種普通的數(shù)據(jù),npu則是人工智能算法上面運(yùn)行效率要高于另外兩者。

5,、SoC

SoC芯片是芯片的一種,，簡單的理解就是把幾種不同類型的芯片集成到一塊芯片上

，

比如把CPU

,、

GPU

,、

存儲(chǔ)器

、

藍(lán)牙芯片等集成到一個(gè)芯片上,。

再例如,，智能座艙上的wifi功能和藍(lán)牙功能，都是集成在SoC芯片之上,，例如8155就屬于SoC芯片,。

6、TOPS

TOPS也是我們常說的算力,，1 TOPS代表處理器每秒鐘可進(jìn)行一萬億次,。我們熟知的8155芯片算力是8TOPS，英偉達(dá) orin芯片算力為254TOPS,。

汽車從L1,、L2、L3,、L4,、L5不斷推進(jìn)，某種意義上看，就是算力的競賽,，每往上進(jìn)階一級(jí)就意味著對(duì)算力的需求更高,。

毫無疑問，當(dāng)前的自動(dòng)駕駛芯片市場發(fā)生了明顯的變化,，“大算力”正是一大趨勢,。除了英偉達(dá)，算力突破100TOPS的芯片陸續(xù)問世,，比如已發(fā)布單顆芯片最高算力可達(dá)128TOPS的地平線征程5,；單顆芯片最高算力可達(dá)176TOPS的Mobileye EyeQ Ultra等。

7,、DMIPS

常常有人會(huì)把TOPS和DMIPS搞混,，認(rèn)為這兩個(gè)詞語都在表達(dá)同一種計(jì)算能力。其實(shí)并非如此,，DMIPS是每秒處理機(jī)器語言指令數(shù),，而TOPS是每秒鐘可以進(jìn)行的操作數(shù)量。

例如8155芯片CPU能夠達(dá)到105K DMIPS執(zhí)行能力,，算力是8TOPS,，這顯然是芯片兩塊不同領(lǐng)域的處理能力。

DMIPS是,，用Dhrystone這套測試程序跑下來,，每秒鐘可以執(zhí)行多少指令。

某種意義上,，誰家的這個(gè)數(shù)字高,，誰家的CPU就更牛。50000DMIPS就意味著每秒可以執(zhí)行50000*100萬條指令,。

8,、DPU

DPU和NPU的組合很像TOPS和DMIPS，很容易搞混,。

DPU和NPU都是具有學(xué)習(xí)能力的芯片,，只是DPU是深度學(xué)習(xí)處理器，是基于Xilinx可重構(gòu)特性的FPGA芯片,。而NPU不基于Xilinx,。

不同于CPU的AI芯片，DPU可以機(jī)器學(xué)習(xí),、安全,、電信和存儲(chǔ)等應(yīng)用，并提升性能,。

汽車芯片的種類

汽車芯片的三大類

：

1,、整車域的MCU

。2、自動(dòng)駕駛域的AI芯片

,。3,、智能座艙域的CPU。這三大門類都需要芯片,，但是難度系數(shù)卻相差很多,。

汽車芯片從MCU到自動(dòng)駕駛座艙，雖然有如果說MCU芯片的弱雞性能讓汽車的面子有點(diǎn)掛不住

,，

那自動(dòng)駕駛域的AI芯片可以說是扳回一城了,。

1、自動(dòng)駕駛域的AI芯片

以英偉達(dá)orin為例,，orin的CPU內(nèi)核是12個(gè)Coretex-A78（代號(hào)Hercules）,，GPU是Ampere。

我們拿蔚來ET7舉例,。

CUBA單元：蔚來ET7搭載了四顆NVIDIA ORIN芯片(近1000TOPS),，其CUBA(Compute Unified Device Architecture)單元達(dá)8096，接近8704CUBA核心的RTX3080顯卡,。

晶體管數(shù)量：蔚來ET7搭載四顆NVIDIA ORIN芯片的晶體管數(shù)量為680億,，同期“秒天秒地秒一切”的蘋果A14芯片的晶體管數(shù)量為118億。

數(shù)據(jù)處理量：特斯拉FSD芯片內(nèi)置圖片處理器ISP,，最高以25億像素/秒的速度處理圖像，大概是往21塊1080P的高清屏幕上塞60幀畫面,。

NPU：特斯拉FSD芯片的神經(jīng)處理單元NPU高速緩存32MB,，與零售價(jià)16999元的英特爾酷睿i9-9980XE的33.75MB SRAM緩存總量相當(dāng)

2、智能座艙芯片

智能座艙的主芯片一般稱之為SoC – System on Chip即片上系統(tǒng),，它包括CPU,、GPU，AI引擎,，還包括處理各種各樣攝像頭的ISP,，支持多顯示屏的DPU、集成音頻處理等等,。另外第3代的數(shù)字座艙系統(tǒng),，配備了個(gè)性化的計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用平臺(tái)，包含AI加速器等等,。同時(shí)，高通在SoC上也集成了先進(jìn)的Wi-Fi,、藍(lán)牙技術(shù),，可以支持眼下最熱的Wi-Fi6以及藍(lán)牙5.1的技術(shù)。

提到智能座艙芯片，不得不看高通驍龍8155芯片,。

高通的8155芯片是一枚強(qiáng)大的智能座艙SOC芯片,，全稱是SA8155P，它采用7納米工藝制造,，具有八個(gè)核心CPU,，算力為8TOPS，也就是每秒運(yùn)算8萬億次,，它可以最多支持6個(gè)攝像頭,，連接4塊2K屏幕或者3塊4K屏幕，支持WiFi6,，支持5G,，支持藍(lán)牙5.0。

值得注意的是,，8155芯片并沒有獨(dú)立的NPU內(nèi)核,，AI計(jì)算主要通過DSP、CPU和GPU組成的AI引擎完成,。其中，Hexagon 690擁有7TOPS的AI算力,，加上CPU,、GPU的AI算力之和為8TOPS,。而在制程方面，高通8155采用臺(tái)積電N7工藝,，也就是第一代7nm工藝打造，與驍龍855以及855+屬于同一代產(chǎn)品,。

3,、整車域MCU

在智能化未普及之前,，早期汽車是純機(jī)械產(chǎn)品,。那時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)并沒有電子控制器、車窗也只有機(jī)械式控制,，所以不需要任何芯片,，更沒有算力、圖像處理這一說法,。

在近幾十年中,，機(jī)械式的汽車逐步智能化,。一次新增一個(gè)功能,，就需要配一個(gè)MCU(Micro Control Unit),。這種發(fā)展方式，造成了MCU越多,，線束凌亂的現(xiàn)狀,。這也構(gòu)成了傳統(tǒng)車企缺芯的現(xiàn)象。

當(dāng)然,，也不要小看MCU,，這個(gè)領(lǐng)域支撐起來的半導(dǎo)體公司都是赫赫有名。如果對(duì)比的是汽車MCU芯片 —— 那的確,，無論是性能上,、制程上，手機(jī)芯片都要先進(jìn)不少,！

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