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？

第一电动大牛作者 NE时代 2024-11-20 20:50

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”

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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。