【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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當汽車進入電動化、智能化賽道后，產(chǎn)品變革所衍生的名詞困擾著消費者。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代的一些核心部件配置。

這次，我們進行一次芯片名詞科普，一起掃盲做個電動化汽車達人。

關(guān)于芯片里的名詞

1、CPU

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

CPU的結(jié)構(gòu)主要包括運算器（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：計算單元、控制單元和存儲單元。（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，計算單元主要執(zhí)行算術(shù)運算，存儲單元主要保存數(shù)據(jù)以及指令等；控制單元則對指令譯碼。

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，人們會想到游戲和電影中精美的三維圖形。其實，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不但能夠處理復雜的三維圖形，還能作為協(xié)處理器，在通用計算中使用。

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。

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固的特性，使之在復雜的汽車內(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。4位MCU大部分應用在計算器、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。在自動駕駛和智能座艙都離不開NPU。

換句話說，npu是具備智能和學習的特性，也就是說這個處理器它是會模仿人的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡的。

在工作模式上，CPU主要是負責低精度,各種普通的數(shù)據(jù),npu則是人工智能算法上面運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

、

存儲器

、

藍牙芯片等集成到一個芯片上。

再例如，智能座艙上的wifi功能和藍牙功能，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行一萬億次。我們熟知的8155芯片算力是8TOPS，英偉達 orin芯片算力為254TOPS。

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

毫無疑問，當前的自動駕駛芯片市場發(fā)生了明顯的變化，“大算力”正是一大趨勢。除了英偉達，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128TOPS的地平線征程5；單顆芯片最高算力可達176TOPS的Mobileye EyeQ Ultra等。

7、DMIPS

常常有人會把TOPS和DMIPS搞混，認為這兩個詞語都在表達同一種計算能力。其實并非如此，DMIPS是每秒處理機器語言指令數(shù)，而TOPS是每秒鐘可以進行的操作數(shù)量。

例如8155芯片CPU能夠達到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都是具有學習能力的芯片，只是DPU是深度學習處理器，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可以機器學習、安全、電信和存儲等應用，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掛不住

，

那自動駕駛域的AI芯片可以說是扳回一城了。

1、自動駕駛域的AI芯片

以英偉達orin為例，orin的CPU內(nèi)核是12個Coretex-A78（代號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16999元的英特爾酷睿i9-9980XE的33.75MB SRAM緩存總量相當

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)，配備了個性化的計算機視覺和機器學習的計算機應用平臺，包含AI加速器等等。同時，高通在SoC上也集成了先進的Wi-Fi、藍牙技術(shù)，可以支持眼下最熱的Wi-Fi6以及藍牙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，具有八個核心CPU，算力為8TOPS，也就是每秒運算8萬億次，它可以最多支持6個攝像頭，連接4塊2K屏幕或者3塊4K屏幕，支持WiFi6，支持5G，支持藍牙5.0。

值得注意的是，8155芯片并沒有獨立的NPU內(nèi)核，AI計算主要通過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，早期汽車是純機械產(chǎn)品。那時的發(fā)動機并沒有電子控制器、車窗也只有機械式控制，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，機械式的汽車逐步智能化。一次新增一個功能，就需要配一個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。

當然，也不要小看MCU，這個領(lǐng)域支撐起來的半導體公司都是赫赫有名。如果對比的是汽車MCU芯片 —— 那的確，無論是性能上、制程上，手機芯片都要先進不少！

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