RISC-V「野蛮生长」：我国汽车芯片迎来“开源”潮

皮卡世界

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2024-06-20 18:00:52

在电子电气架构走向中央计算时代的今天，电子电气架构对新汽车的重要性不言而喻，是汽车正常运行不可或缺的生命线，也决定了一款车型电动化和智能化的上限。

智能汽车的下半场，正让“轮子上的计算机”向“轮子上的高性能计算平台”迈进，它需要囊括的已不只是被动安全，而是更广阔的智能化场景。

软件定义汽车的新方向下，衍生的一个新趋势是，RISC-V正在大举进军汽车。

中国工程院院士倪光南在6月18日重庆举行的第三届中国汽车芯片高峰论坛上表示：

“RISC-V是我们信息领域芯片的关键核心技术，采用开源模式的一种新的技术。所以它能够有力的推动新的技术产业和新模式、新动能的创新发展。这样就可以对于新质生产力发展起很大的推动作用。”

软件开源生态的魅力在于，不同的开发者和企业在开源生态中都可以共同参与、贡献和改进。

在历史与未来的交汇点上，开源生态是给正在经历大变革的汽车工业走向新汽车时代的一把钥匙。

01.时代的召唤：EE架构从分布式迈向集中式

2007年，德尔福(DELPHI)首先提出E/E架构的概念，具体就是在功能需求、法规和设计要求等特定约束下，将汽车里的传感器、中央处理器、电子电气分配系统、软件硬件通过技术手段整合在一起——通过这种结构，将动力总成、传动系统、信息娱乐系统等信息转化为实际的电源分配的物理布局、信号网络、数据网络、诊断、电源管理等电子电气解决方案。

经过近20年时发展，今天模块化和集成化已经完成，随着SOC芯片算力的迅速增长，已经演进到域集成的阶段。

分布式架构的极限只能达到L2级别的自动驾驶能力正成为共识，因而分布式架构注定将成为历史。

今天，智能座舱和自动驾驶需要更多的ECU和传感器，但分布式EEA已经到达瓶颈，算力和总线信号传输速度远远不能满足需求，因此必须引入搭载更高性能车规级芯片的域控制器、车辆以太网和集中式EEA。

SOC主控芯片是域控制器的核心，自动驾驶的等级从L1到L5，每提高一个级别，算力需求就需要增加数十倍。

近年来国内有众多芯片企业进军汽车芯片领域，但是在高算力的汽车芯片领域，自主可控能力明显不足。

我国本土市场仍然被高通、英伟达等海外公司占据，大部分中国汽车芯片企业的主力产品还停留在MCU上。

与此同时，包括操作系统、中间件、虚拟机、芯片驱动软件等基础软件，成为软件定义汽车时代中不可或缺的中坚力量。

德国华人汽车工程师协会副会长兼秘书长秦玉学表示：“基础软件的重要性不断提高，基础软件包括操作系统、中间件、虚拟机、芯片驱动软件，核心作用就是高效调配硬件资源来处理上层应用软件传达下的任务，基础软件是异架构从简单走向复杂的必然产物，传统控制功能不需要操作系统，只需要单任务功能控制就可以。”

他同时表示，从域集中式架构到中央级集中式架构，情况会变得越来越复杂，基础软件的重要性越来越重要。基础软件在汽车中还必须具备可维护性，功能安全、信息安全、故障隔离、可升级性等多种用途，并为上层应用软件提供通用的平台化的开发环境，实现去硬件化。

目前，市场正处于从过去的分布式EE架构迈向域集中式EE架构的转变过程中，预计到2025年，将彻底开启中央+区域计算的EE架构时代。

这同时对芯片和汽车操作系统提出了更高的要求。

02.开源对于车企的影响

特斯拉是将开源模式和开发者社区思维首次大规模引入汽车产业的搅局者，但今天拥抱开源已经不仅仅是特斯拉的专利。

我国汽车操作系统和车载芯片产业虽然起步较晚，自主创新能力不足，但今天入局者众多，产业高度繁荣，不过问题是各企业在开发过程中存在大量基础性的重复工作。

这会导致一个严重的问题：每一个车厂所开发的系统，如果都不兼容，将会造成严重的资源浪费。

而开源是一个值得尝试的路径。

当一套车控操作系统采用开源架构时，所有开发者在开源社区里就可以共同研发，共同投入，各个不同的主机厂可以基于自主需要开发不同的独立体系。

赛力斯汽车总裁何利扬表示：“从车企角度而言，我们当然希望出现类似于安卓这样的平台，如果有类似这样的平台，对主机厂而言作用显著。”

同时，开源将会吸引了更多开发者和开发公司参与，从而加速适配过程中的技术创新。

目前我国汽车软件人才相对匮乏的状况，也可以借助开源得到改观。

不过汽车软件开源不同于传统的软件开源，汽车与人的生命安全相关，是个以安全为核心核心的特殊产品，所以简单地将软件开源的原则引入汽车软件开源面临很多困难。

何利扬认为：“我的理解一定要结合行业的标准，在当前趋势下，可能跟芯片，生态，尤其跟主芯片相应智能生态的结合，加上产业的力量进行组合，才更有可能。中国缺的不是软件人才，而是对软件的价值认可。”

如果主机厂用了A供应商的开源系统，但车并没有变得更好，那就必然不会再用。开源的核心是建立在通用化平台的基础上，打造个性化差异获得用户对自己商品的喜爱。

当然，随着技术进化，开源必然也面临商业利益平衡分配的问题。

不能否认，当前车企进入智驾竞争白热化的阶段后，卷的行为开始变形。一些车企在供应商费劲心血做好开源技术方案后，就一脚把供应商踢开，然后自己去做垂直整合。最后，再向投资人和消费者美其名曰的说：“瞧，这是我们自己全栈研发的技术能力体现。”

那怎么防止开源迈入体系之争、生态之争的现象发生？

何利扬认为：“先开源的方向要放在车载操作系统部分，首先解决车内的问题。这样难度会小很多，一旦大类开源就很麻烦，涉及芯片、操作系统，智能生态就会很复杂。”

开源对汽车的价值不言而喻，但仍旧有很多核心问题没有解决。

比如说域和域之间算力分配、动态分配、架构里面的安全性设计等。如果希望在短时间把问题解决，那就需要一个开放透明的开发者社区，吸引更多开发者一起讨论解决这些核心问题。

开源,让每一家车企都具备成为科技属性公司的可能性同时，却也拔高了信任体系和商业道德的防线。

我们所说的芯片开源，一般是说这个指令集是开源的，即大家都能用这个指令，但像过去传统的X86、ARM架构并不开源，一旦用它们指令是意味要获取它的授权，需要支付授权费用。

03.既有了X86与ARM，为何再引入RISC-V？

但RISC-V是一种开源的芯片架构。

大概在十多年以前，加州伯克利分校Patterson教授领导的团队发布了这样一个采用开源模式的新架构，任何人、任何机构都可以使用，无需授权，极易商业化，也可以变成自己的产品，但很重要的条件是，要保持原来开源模式。

倪光南说：“我国从事软件开源的人数仅次于美国，居第二位，开源能够达到的共享，以及规模都是世界第一。当然还远远不够，中国要从开源大国向开源强国发展。”

早些年，“选X86还是选ARM？”这是芯片在设计之初大家讨论的首要问题之一。

从商业模式来说，X86是封闭的指令架构，适合PC端的高性能计算，功耗最高，供应商主要为英特尔和AMD，基于架构开发芯片并且售卖；Arm架构是由Arm公司研发，适用于移动通讯领域，扩展性不及X86但能耗居中，基于架构再开发处理器核出售给芯片设计公司。

RISC-V是目前市面上主流架构中，并不由某一家公司所主导的芯片架构，多用于智能穿戴设备，指令精简，没有历史包袱，功耗也最低。

所以这意味着编译器可以更容易地生成高效的机器代码，使得程序更容易优化，并且更容易移植到不同的RISC-V处理器上。

通常，设计一个芯片，比如14纳米要上亿美元的研发，而现在用开源，大力度降低了成本。使得中小企业都可以设计芯片，不再是大公司的独有。

但大家最关心的还是，对于芯片供应商、一级供应商和OEM而言，RISC-V在汽车行业有哪些优势？我们做了如下总结：

其一，RISC-V提供高性能效率。另一个好处是它能够实现最先进的、具有低延迟和模块化ISA的全新设计。这种灵活性允许CPU ISA中的紧凑状态，从而促进特定领域功能的创新。定制选项比比皆是，可实现可扩展且灵活的设计。

其二，RISC-V提供出色的价格、性能、面积 (PPA)，其架构可从MCU 无缝扩展到数据中心应用程序。此外，RISC-V还提供灵活的商业模式。RISC-V ISA优先考虑安全性，包括内存保护、硬件强制隔离（如可信执行环境 (TEE)）、虚拟化，甚至加密指令等功能。

其三，对于OEM和Tier-1，RISC-V提供多源和供应链安全性，提供第二个 CPU ISA选项。RISC-V是一种开放的 ISA，这意味着它提供了丰富的生态系统和丰富的独立资源可供利用。这促进了价值链内的垂直整合，通过扩展RISC-V产品实现差异化和创建有竞争力的解决方案。此外，RISC-V ISA 符合功能安全和安全标准。

根据SHD Group RISC-V 市场报告，RISC-V 预计 2018 年至 2025 年复合年增长率为 146.2%。

随着辅助驾驶技术向L3、L4、L5级别迈进，汽车芯片需要处理的数据量将呈几何倍数增长。未来的芯片将更为强大，能够支持更复杂的决策逻辑和更高的数据处理能力。

对于芯片制造商来说，提供高性能、低功耗和高集成度的ADAS芯片将成为关键。此外，与车载传感器、摄像头等设备的融合也为芯片设计带来新的机会。