2024世界新能源汽車大會(huì)上，長(zhǎng)城汽車股份有限公司EE架構(gòu)總工程師曹常鋒介紹 了長(zhǎng)城汽車RISC-V芯片的進(jìn)展情況，RISC-V在車用領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，以及《節(jié)能與新能源汽車路線3.0——車用RISC-V發(fā)展路線圖》。

以下是講演速記，在不改變?cè)饣A(chǔ)上略有刪減。

我今天分享的這個(gè)題目是RISC-V芯片在智能化汽車的應(yīng)用機(jī)遇與挑戰(zhàn)。第一個(gè)就是大家也非常清楚，就是說(shuō)我們的整個(gè)汽車芯片的應(yīng)用這個(gè)量是非常多的，那么我們從燃油汽車的500顆左右逐漸過(guò)渡到自動(dòng)駕駛的1000多顆，然后未來(lái)到L4級(jí)別會(huì)達(dá)到3000多顆，所以整體的提升率非常大。據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，2030年整個(gè)智能汽車的滲透率將會(huì)達(dá)到70%以上。

整體芯片應(yīng)用的規(guī)模到2030年將達(dá)到290億美金。我們?cè)趹?yīng)用的過(guò)程中有哪些的困難和挑戰(zhàn)，機(jī)遇又在哪里？

01.

國(guó)產(chǎn)替代遇架構(gòu)問(wèn)題，RISC-V優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)

對(duì)長(zhǎng)城汽車來(lái)說(shuō)，我們有完整的零部件的一個(gè)布局，從底盤到智能化，都有全產(chǎn)業(yè)鏈的一個(gè)布局。在這個(gè)過(guò)程中，我們也是積極的引入國(guó)產(chǎn)芯片，到2023年的時(shí)候，我們的國(guó)產(chǎn)化芯片率已經(jīng)達(dá)到17%，所以整體的應(yīng)用的這個(gè)國(guó)產(chǎn)化芯片率是比較高的。

在國(guó)產(chǎn)替換過(guò)程中，我們也付出了非常大的代價(jià)。在應(yīng)用很多的國(guó)產(chǎn)芯片過(guò)程中，也遇到了一個(gè)非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，就是大部分的國(guó)產(chǎn)芯片它在工具鏈和軟件的生態(tài)上不統(tǒng)一，導(dǎo)致我們的替換成本是比較大。另外它的質(zhì)量的問(wèn)題也比較多。在這個(gè)過(guò)程中，我們也是跟業(yè)界的專家和學(xué)者一起來(lái)討論，就說(shuō)應(yīng)該是走什么樣的一個(gè)路線才能解決這些問(wèn)題，后來(lái)分析發(fā)現(xiàn)RISC-V可以實(shí)現(xiàn)芯片架構(gòu)的統(tǒng)一。

所以在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們也是積極的探索RISC-V芯片的相關(guān)應(yīng)用，并開(kāi)始采取實(shí)際性的動(dòng)作。

02.

RISC-V剛起步，各國(guó)搶占制高點(diǎn)

從RISC-V的發(fā)展來(lái)講，就各國(guó)都在做很大的投入，中國(guó)有機(jī)會(huì)RISC-V發(fā)展浪潮中搶占一個(gè)制高點(diǎn)。

2018年，美國(guó)就推出了DARPA ERI項(xiàng)目，將RISC-V列為重要支持項(xiàng)目。2019年，中國(guó)以中科院為主體單位進(jìn)行了先導(dǎo)項(xiàng)目的一個(gè)導(dǎo)入，那么歐洲、俄羅斯和這個(gè)印度也都是發(fā)布了不同的政策來(lái)支持RISC-V的發(fā)展。

從整個(gè)RISC-V發(fā)展來(lái)講，它最大的特點(diǎn)就是靈活性、開(kāi)放性，其最早是從物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域開(kāi)始切入，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到114.9%，僅用12年就走出了過(guò)去傳統(tǒng)架構(gòu)30年的發(fā)展歷程，可見(jiàn)其發(fā)展速度之快。

對(duì)中國(guó)汽車行業(yè)來(lái)講，中國(guó)需要一個(gè)自主的可控、高效的生態(tài)，那么RISC-V有可能是下一個(gè)落腳點(diǎn)。從RISC-V的這個(gè)發(fā)展的特點(diǎn)來(lái)講，它有4大特點(diǎn)——開(kāi)放性好、擴(kuò)展性好、沒(méi)有技術(shù)限制，以及創(chuàng)造空間比較大。

因?yàn)檫@些特點(diǎn)RISC-V也是入選了美國(guó)MIT的科技評(píng)論，被評(píng)為2023年十大突破性的技術(shù)。那么對(duì)此就是MIT的評(píng)論“芯片設(shè)計(jì)正在走向開(kāi)放、靈活、開(kāi)源的架構(gòu)，RISC-V有望成為改變這一切的芯片設(shè)計(jì)。”所以評(píng)價(jià)是相當(dāng)高的。RISC-V最基礎(chǔ)的兩大特征，第一個(gè)特征就是它具備有開(kāi)放性，主要它是一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，任何一個(gè)國(guó)家或者個(gè)人或者一個(gè)企業(yè)，你都可以免費(fèi)的使用RISC-V的指令集，并且RISC-V的基金會(huì)，也在2020年的時(shí)候搬到了第三方中立國(guó)瑞士。

瑞士RISC-V基金會(huì)做了一個(gè)聲明，表示任何的這個(gè)單一的國(guó)家或者企業(yè)，他都沒(méi)有辦法對(duì)RISC-V進(jìn)行使用限制。所以我們認(rèn)為它是一個(gè)非常好的、開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)。

第二點(diǎn)，它是模塊化的，RISC-V基本的指令集只有47條，就是這個(gè)綠色的部分，其他的部分都是可以根據(jù)需求自由組合，就類似于樂(lè)高積木的方式，可以隨意組合，這個(gè)與我們買的其他架構(gòu)就有很大的不同：其他的架構(gòu)都是別人做好的，做好之后你不能做任何的刪減，失去了創(chuàng)新的可能性，這也是我們看好它的主要原因。

另外從RISC-V具體的指標(biāo)特性來(lái)講，美國(guó)的伯克利大學(xué)對(duì)比了兩個(gè)RISC-V核與同級(jí)別的ARM核進(jìn)行對(duì)比，他們?cè)谕裙に?、同等主頻情況下，RISC-V的PPA的指標(biāo)都相對(duì)比較好，就PPA第一個(gè)P是指的是性能，從對(duì)比情況看，它的性能提升比較高。

從我們實(shí)際實(shí)踐上，我們第一顆紫荊芯片M100，我們實(shí)測(cè)的跑分達(dá)到2.42Coremark/MHz，對(duì)于競(jìng)品我們提升了38%，我們從實(shí)際做的情況下確實(shí)是性能提升非常多。

第二點(diǎn)die size方面，面積方面，它也是占用面積比較少的，從我們實(shí)測(cè)的紫荊M100的這個(gè)面積測(cè)算的成本來(lái)講的話，我們基本上比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手低了20%，也是非常好的一個(gè)指標(biāo)。

第三個(gè)就是功耗。功耗上面RISC-V也是比較優(yōu)異的。

03.

落地車規(guī)，挑戰(zhàn)不小

不過(guò)RISC-V落地車規(guī)上面，那么它的挑戰(zhàn)性還是比較大的。

第一個(gè)挑戰(zhàn)就是嚴(yán)格的認(rèn)證。因?yàn)檐囈?guī)芯片使用的場(chǎng)景和消費(fèi)里有很大的不同，比如說(shuō)溫度，車規(guī)的溫度要到-40~125度，甚至到150度，消費(fèi)類的產(chǎn)品或者工業(yè)類的產(chǎn)品只要到85度，所以這有很明顯的不同。

第二個(gè)挑戰(zhàn)是震動(dòng)、靜電、濕度這方面也有很大的不同。

另外兩個(gè)顯著差別，一個(gè)是不良率，車規(guī)的要求是要1dppm就是百萬(wàn)分之一的這個(gè)這個(gè)故障率，消費(fèi)類來(lái)講就是沒(méi)有這樣的一個(gè)需求，這個(gè)需要通過(guò)縱向設(shè)計(jì)、流程來(lái)保障，才有可能實(shí)現(xiàn)，通過(guò)挑片的方式實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)不了的。

第三個(gè)壽命，車規(guī)芯片一般要壽命在10年以上，消費(fèi)類、工業(yè)類都是3~5年，所以這也是一個(gè)明顯的不同。

那么為了應(yīng)對(duì)這些差異，行業(yè)內(nèi)也有不同的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，來(lái)約束這些產(chǎn)品。

第一，我們要求制造的工廠它要通過(guò)IATF16949的認(rèn)證；第二，整個(gè)芯片要通過(guò)AEC-Q100的認(rèn)證，模塊要通過(guò)AEC-Q104的認(rèn)證，另外還有汽車領(lǐng)域功能安全I(xiàn)SO2612的認(rèn)證。這些這個(gè)條件附加之后，車規(guī)芯片和消費(fèi)類芯片的設(shè)計(jì)就會(huì)產(chǎn)生巨大差異，一般來(lái)講消費(fèi)類的設(shè)計(jì)周期為24個(gè)月，但是我們車規(guī)級(jí)的就要增加1.5倍，要達(dá)到36個(gè)月。

第二，就是汽車特有的功能安全的開(kāi)發(fā)，這個(gè)也是消費(fèi)類不具備的。我們需要根據(jù)車規(guī)應(yīng)用的需求做很多不同的應(yīng)用的保障，避免它的系統(tǒng)性失效和隨機(jī)性的一個(gè)故障。

首先是，系統(tǒng)性的失效，我們一般是要通過(guò)流程設(shè)計(jì)來(lái)預(yù)防過(guò)程失效。

二是，隨機(jī)性故障，是在硬件的生命周期服從不同概率分布的故障。這些故障我們就要通過(guò)安全機(jī)制來(lái)保障。

比如，常見(jiàn)的采用一個(gè)雙核鎖步的措施，雙核鎖步第一點(diǎn)就是說(shuō)我們需要通過(guò)兩個(gè)核的不同的校驗(yàn)，來(lái)應(yīng)對(duì)兩個(gè)核算算法是算的結(jié)果不同。第二點(diǎn)我們還需要把這個(gè)核作為一個(gè)物理的這個(gè)旋轉(zhuǎn)90度來(lái)避免出現(xiàn)錯(cuò)誤是一樣的，我們通過(guò)物理方式來(lái)改變就不可能出現(xiàn)一樣的故障。我們對(duì)于整個(gè)的IP的選型也都需要通過(guò)功能安全相關(guān)的認(rèn)證，這些都會(huì)顯著的增加設(shè)計(jì)的一個(gè)成本。

三是，AEC-Q100的測(cè)試，這也是最大的一個(gè)問(wèn)題。有兩個(gè)問(wèn)題，一是，它可能大部分是通過(guò)篩片的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，那篩片的方式點(diǎn)就是說(shuō)它的大部分它不是統(tǒng)一批次的芯片，而是不同的批次來(lái)過(guò)這個(gè)測(cè)試的認(rèn)證；二是，它通過(guò)的測(cè)試認(rèn)證過(guò)程中，還有一部分的測(cè)試項(xiàng)是自聲明的，因?yàn)楸旧鞟EC-Q100測(cè)試可以自聲明，沒(méi)有通過(guò)正向的設(shè)計(jì)的流程來(lái)保障，這也是問(wèn)題頻發(fā)的一個(gè)原因。

04.

車用落地路線圖

基于上面的一些這個(gè)這個(gè)問(wèn)題和這個(gè)測(cè)試，我們也是對(duì)于我們的上車路徑做了一個(gè)思考和實(shí)踐。

第一點(diǎn)，由長(zhǎng)城汽車牽頭做了國(guó)家《節(jié)能與新能源汽車路線3.0-汽車RISC-V技術(shù)發(fā)展路線圖》的撰寫。我們提出了這個(gè)三個(gè)階段的發(fā)展目標(biāo)，也是得到了專家的一致認(rèn)可。第一階段，我們認(rèn)為到2030年可以達(dá)到RISC-V基礎(chǔ)構(gòu)建與初步應(yīng)用的階段，在這個(gè)階段芯片的中低端IP能夠?qū)崿F(xiàn)全覆蓋，RISC-V的生態(tài)系統(tǒng)可以能夠覆蓋到這些使用范圍。

第二個(gè)階段我們到2035年綠色發(fā)布的技術(shù)成熟與廣泛應(yīng)用的階段，在這階段我們希望高端的IP都能夠覆蓋，生態(tài)也能符合我們這個(gè)階段的一個(gè)發(fā)展的需求。

第三階段，到2040年，我們希望RISC-V能夠達(dá)到全球有影響力的階段。我們這個(gè)時(shí)候希望IP的性能能夠領(lǐng)先于同類競(jìng)品，同時(shí)做到生態(tài)非常豐富和健全。

從上車路徑來(lái)講，雖然RISC-V有很多的優(yōu)勢(shì)，但是仍然需要提升安全、強(qiáng)化生態(tài)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以我們建議也是逐步的發(fā)展。

第一個(gè)階段我們希望是從邊緣的節(jié)點(diǎn)，單核的控制，比如說(shuō)顯示控制、車門的控制、燈光的控制，逐漸做到多核控制，包含電子后視鏡，數(shù)字儀表、車身控制這一階段；然后未來(lái)再逐漸過(guò)渡到領(lǐng)域的專用計(jì)算，包含到跨域中央計(jì)算，例如智能駕駛、座艙、中央網(wǎng)關(guān)的計(jì)算，這個(gè)是關(guān)于發(fā)展路徑的思考。

從實(shí)踐上來(lái)說(shuō)，我們希望通過(guò)開(kāi)源的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)這一發(fā)展路徑。因?yàn)殚_(kāi)源的方式它可以大幅降低芯片設(shè)計(jì)的人力、EDA 、IP和時(shí)間成本。

從整體的測(cè)試來(lái)講，就90%的功能是復(fù)用了，然后只有10%的代碼是定制開(kāi)發(fā)的。

我們也是做了相關(guān)的一個(gè)實(shí)踐，我們?cè)?023年的11月份的時(shí)候，我們是和北京開(kāi)源研究院然后簽署了全面的戰(zhàn)略合作關(guān)系。

05.

關(guān)于紫荊M100 MCU

我們也是和北京開(kāi)源芯片研究院一起做了紫荊M100的一個(gè)開(kāi)發(fā)的工作，然后同時(shí)我們也是和國(guó)創(chuàng)中心開(kāi)展了全面的這個(gè)戰(zhàn)略合作，我們是把功能安全的認(rèn)證，包含AEC- Q100的檢測(cè)，以及國(guó)產(chǎn)化芯片的選型入庫(kù)，都和國(guó)創(chuàng)中心做了深入的交流，也是把工作進(jìn)行了相應(yīng)的落實(shí)。

在9月20號(hào)的時(shí)候，長(zhǎng)城也是正式宣布點(diǎn)亮了我們首款國(guó)內(nèi)基于開(kāi)源RISC-V架構(gòu)的車規(guī)級(jí)芯片。這個(gè)芯片我們是和北京開(kāi)源芯片研究院合作的，同時(shí)也是長(zhǎng)城汽車培育的首顆的技術(shù)芯片，依托開(kāi)源的架構(gòu)來(lái)保障了我們的架構(gòu)拓展的可能性。

我們第一個(gè)芯片是在曼德大燈上點(diǎn)亮的，我們是根據(jù)我們實(shí)際的需求場(chǎng)景，然后進(jìn)行了聯(lián)合的定義和開(kāi)發(fā)，所以整體的開(kāi)發(fā)的工作也是非常快速的。

我們從23年的10月份開(kāi)始立項(xiàng)，然后到24年的3月份，然后大燈就點(diǎn)亮，并且我們是向中央領(lǐng)導(dǎo)做了匯報(bào)，中央領(lǐng)導(dǎo)也是非?？隙ǎ覀冞@個(gè)信念和這個(gè)開(kāi)心苑的這個(gè)創(chuàng)新的合作模式。也是只是我們和開(kāi)心院一起來(lái)制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工作。然后我們?cè)?0年的這個(gè)9月份，然后就點(diǎn)亮了芯片，然后不到12個(gè)月的時(shí)間。相較行業(yè)大概縮短了6個(gè)月以上。

創(chuàng)記錄的一個(gè)研發(fā)思路，這也是得益于開(kāi)源的這個(gè)合作模式，這個(gè)芯片還是國(guó)產(chǎn)化程度最高的芯片。芯片所有的核心IP都是自研的，CPU的核也是基于自主可控的指令集進(jìn)行的研發(fā)，芯片的制造和封測(cè)都在國(guó)內(nèi)。核心的軟件，例如配套的軟硬件的算法是自研的、M-CORE也是長(zhǎng)城自己開(kāi)發(fā)、定義算法庫(kù)也是自研的，所以整體的國(guó)產(chǎn)化程度非常高。這個(gè)芯片出來(lái)之后，我們長(zhǎng)城也是明確未來(lái)5年的搭載量不止不低于250萬(wàn)輛車，所以整體這個(gè)長(zhǎng)城汽車對(duì)于這個(gè)芯片是給予了非常大的一個(gè)支持和投入了非常大的資源。

06.

長(zhǎng)城關(guān)于RISC-V的規(guī)劃

長(zhǎng)城整體的芯片規(guī)劃和發(fā)展方面，紫荊M100主要是車身的控制，比如說(shuō)空調(diào)的控制模塊、大燈控制模塊、HUD，還有一些燈光的控制。

未來(lái)我們會(huì)推出紫荊M200的芯片，主要覆蓋動(dòng)力和底盤的應(yīng)用，包含我們的ESP車身穩(wěn)定系統(tǒng)，EPS電子這個(gè)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

未來(lái)的紫荊M300將在這個(gè)動(dòng)力底盤應(yīng)用的基礎(chǔ)上還會(huì)擴(kuò)展應(yīng)用，然后我們會(huì)擴(kuò)展到域控制器。我們紫荊S300未來(lái)會(huì)在這個(gè)中央控制單元以及我們的CPU這樣主控上面會(huì)應(yīng)用。

我們也希望通過(guò)我們這些的芯片，可以擴(kuò)展到HI4的定制化需求。

同時(shí)也需要說(shuō)明一下，我們的芯片不單單是長(zhǎng)城自用，我們也會(huì)開(kāi)放給其他的車廠，希望業(yè)界共同來(lái)使用。目前我們的很多的主機(jī)廠都與我們聯(lián)系，包含很多的Tier1、代理商對(duì)我們芯片很關(guān)注。未來(lái)持續(xù)進(jìn)行芯片方面的投入，繼續(xù)深化RISC-V的布局，我們會(huì)逐漸從MCU的布局轉(zhuǎn)變到SoC的布局。

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