薦言：慧敏兄的新書《智能座艙：架構(gòu)、原理與車規(guī)級芯片》終于出版了！在實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)過程中，智能座艙系統(tǒng)架構(gòu)師需要對系統(tǒng)需求進(jìn)行技術(shù)可行性評估。來自傳統(tǒng)汽車行業(yè)的系統(tǒng)架構(gòu)師往往對座艙SoC知識缺乏深層次的了解，難以準(zhǔn)確評估座艙所需的SoC的能力。而那些計(jì)劃進(jìn)入智能座艙行業(yè)的初創(chuàng)半導(dǎo)體公司的系統(tǒng)架構(gòu)師，則可能對汽車電子相關(guān)背景知識了解不足，難以將消費(fèi)類電子技術(shù)與車載電子技術(shù)有效結(jié)合，從而設(shè)計(jì)出適合的座艙SoC。由于市面上缺乏通俗易懂的智能座艙技術(shù)參考書，初學(xué)者在面對復(fù)雜的技術(shù)名詞和多樣化的應(yīng)用需求時，往往感到困惑，無從下手。正是基于上述種種原因，作者決定撰寫本書。本書注重剖析智能座艙的多個子系統(tǒng)、基礎(chǔ)軟件及應(yīng)用/服務(wù)的原理與架構(gòu)，以及底層技術(shù)SoC的原理與實(shí)踐。（下方有購書鏈接，享全網(wǎng)最低價）

 本文節(jié)選自此書的第十一章：智能座艙芯片算力評估

本章目錄：

座艙高算力需求

CPU算力評估

GPU算力評估

NPU算力評估

主存儲器性能評估

芯片算力評估實(shí)力

本章小結(jié)

以下是正文：

《智能座艙芯片算力評估》

由前可知，智能座艙的顯示子系統(tǒng)、視覺子系統(tǒng)、音頻子系統(tǒng)等的性能均取決于智能座艙 SoC 的能力。當(dāng)系統(tǒng)架構(gòu)師收到智能座艙新功能的設(shè)計(jì)需求時，在系統(tǒng)級的整體架構(gòu)下，他們需要仔細(xì)考慮座艙 SoC 是否還有充足的算力可支撐新功能。這一切工作的基礎(chǔ)，都依賴于對芯片算力的精確評估。

#01座艙高算力需求   

對智能座艙系統(tǒng)而言，理論上算力資源是越多越好，因?yàn)檫@將為系統(tǒng)提供更強(qiáng)大的處理能力和更豐富的功能支持。然而在現(xiàn)實(shí)中，這種看似無限的資源只是一種理想狀態(tài)。實(shí)際上，可供選擇的智能座艙芯片種類相對有限，并且其選擇還受到諸多商業(yè)因素的制約，如成本預(yù)算、市場成熟度以及供貨穩(wěn)定性等。更為復(fù)雜的是，政治因素和國際關(guān)系也可能對智能座艙 SoC的選擇產(chǎn)生影響。因此，即使系統(tǒng)架構(gòu)師選擇了市場上性能最強(qiáng)的 SoC，也無法確保它能完全滿足不斷更新的功能需求。

在這樣的背景下，如何精確評估可用的算力資源，成為系統(tǒng)架構(gòu)師面臨的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。為了準(zhǔn)確評估算力資源，系統(tǒng)架構(gòu)師需要先深入了解 SoC 的算力單元及其性能特點(diǎn)。這包括了解各個算力單元的處理能力、功耗效率以及它們之間的協(xié)作方式等。同時，架構(gòu)師還需要對新的功能需求進(jìn)行詳細(xì)的算力需求分解，以確定每個功能模塊對算力的具體需求。

1.1 SoC 主要算力單元

在分析座艙的系統(tǒng)功能時，我們需明確它必須滿足的多種能力需求，如通用計(jì)算能力、多媒體音視頻處理能力以及圖形圖像渲染能力等。觀察個人計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)以及智能座艙的發(fā)展歷程，我們發(fā)現(xiàn)計(jì)算芯片的集成化趨勢日益顯著。

在個人計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，其關(guān)注重點(diǎn)是通用計(jì)算和多媒體娛樂功能，因此常采用多芯片架構(gòu)，也就是“ CPU+ 顯卡 + 聲卡”的組合方式。為了滿足市場對高性價比的需求，顯卡和聲卡的功能往往被整合到主 CPU 芯片中，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為精簡。

智能手機(jī)領(lǐng)域則不同，為了支持通話、上網(wǎng)、運(yùn)行多樣化的應(yīng)用程序以及拍照功能，并且強(qiáng)調(diào)低功耗和便攜性，手機(jī)廠商多選擇單芯片架構(gòu)。這種架構(gòu)在 SoC 中融合了“ CPU+ GPU+DSP+ISP+NPU+DPU+VPU+調(diào)制解調(diào)器（Modem）”，以此滿足手機(jī)的多功能需求。

而在座艙領(lǐng)域，因?yàn)閷Χ嗥溜@示、高品質(zhì)車載音響、人機(jī)交互以及多模態(tài)識別等高級應(yīng)用的重視，多媒體處理能力和 AI 計(jì)算的需求顯著增加。雖然座艙 SoC 中包含的算力單元與智能手機(jī) SoC 相似，但其功能和所需的算力資源更為強(qiáng)大和精細(xì)。

通常，只有旗艦級的智能手機(jī) SoC 在內(nèi)部算力單元的配置和性能上，才能與座艙 SoC 相提并論。簡而言之，座艙芯片可以看作手機(jī)芯片的升級版。盡管兩者都依賴于一些基礎(chǔ)單元，如 CPU、GPU 和 DPU 等，但在特定方面有著明顯的差異。

一般來說，手機(jī)芯片更注重低功耗設(shè)計(jì)，追求性能（Performance）、功耗（Power）和芯片 面積（Area）之間的平衡，即所謂的 PPA 權(quán)衡。這是因?yàn)槭謾C(jī)芯片在保持良好性能的同時，還需實(shí)現(xiàn)較長的電池續(xù)航時間和緊湊的芯片尺寸。相比之下，座艙芯片在算力和外設(shè)接口方面有著更高的標(biāo)準(zhǔn)，同時還需要具備強(qiáng)大的 AI 算力，以滿足復(fù)雜的智能交互需求。

為了滿足座艙芯片的這些特殊需求，我們在表1 中對座艙 SoC 的主要算力單元進(jìn)行了總結(jié)。

表 1   座艙 SoC 中的主要算力單元

算力單元定義主要功能CPU負(fù)責(zé)通用計(jì)算任務(wù)，以及系統(tǒng)和軟件的整體運(yùn)行? 運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的整體邏輯和控制? 加載和管理應(yīng)用程序，包括啟動應(yīng)用程序、分配內(nèi)存等? 處理用戶輸入和觸發(fā)事件，如點(diǎn)擊、滑動等? 處理應(yīng)用程序的邏輯計(jì)算和數(shù)據(jù)GPU用于圖形渲染，支持多屏顯示，還可以支持通用并行計(jì)算? 負(fù)責(zé)圖形渲染和圖像處理任務(wù)? 執(zhí)行圖形計(jì)算和渲染操作，包括繪制圖形、渲染紋理、執(zhí)行著色器程序等? 優(yōu)化圖形特果和動畫展示，提高用戶界面的流暢度? 負(fù)責(zé)3D 游戲、視頻播放和圖形密集型應(yīng)用的圖像處理任務(wù)DSP 用于處理、優(yōu)化音頻和視頻的信號? 將數(shù)字音頻信號解碼為模擬音頻信號，以便在揚(yáng)聲器中播放? 編碼：將模擬音頻信號編碼為數(shù)字音頻信號，以便傳輸或存儲? 混音：將多個音頻信號混合在一起，以便同時播放或錄制? 回聲消除：識別并抑制在揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)之間由音頻信號反饋引起的回聲? 噪聲抑制：識別并抑制環(huán)境中的噪聲，以提高語音清晰度和音頻質(zhì)量ISP負(fù)責(zé)處理攝像頭捕獲的圖像? 圖像傳感器（攝像頭）控制：包括調(diào)整曝光時間、增益、白平衡等參數(shù)，以獲取高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)? 圖像預(yù)處理：將從圖像傳感器獲取的原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去噪、去馬賽克、顏色校正等，以提高圖像質(zhì)量? 圖像增強(qiáng)：應(yīng)用圖像增強(qiáng)算法，如銳化、對比度增強(qiáng)、色彩增強(qiáng)等，以改善圖像的清晰度、對比度和色彩飽和度

NPU

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元，旨在加速AI 算法和機(jī)器學(xué)習(xí)的計(jì)算任務(wù)? 語音識別：使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對輸入的語音信號進(jìn)行識別和轉(zhuǎn)錄，將語音轉(zhuǎn)化為文本形式? 語音合成：將文本轉(zhuǎn)化為語音，生成自然流暢的語音輸出。?  自然語言處理：進(jìn)行自然語言處理，包括語義理解、情感分析、實(shí)體識別等，以理解用戶輸入的自然語言? 情感識別：對用戶的情感進(jìn)行識別和分析，以更好地理解用戶的情緒和需求? 圖像識別：對輸入的圖像進(jìn)行識別和分類，識別物體、場景等? 圖像生成：使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型生成圖像，如風(fēng)格遷移、圖像修復(fù)等? 數(shù)據(jù)處理：使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，如數(shù)據(jù)清洗、特征提取等DPU用于輸出顯示圖像，并管理顯示接口? 控制和管理顯示設(shè)備的輸出? 將GPU 渲染的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示設(shè)備，如屏幕或外部顯示器? 處理顯示設(shè)備的分辨率、刷新率和色彩空間等參數(shù)? 支持多屏幕顯示和屏幕切換等功能VPU 視頻處理單元，專門負(fù)責(zé)視頻的編解碼任務(wù)? 視頻編碼：對輸入的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼。常見的視頻編碼格式包括H.264、H.265 （也簡稱為HEVC ，高效視頻編碼）、VP9 等? 視頻解碼：對壓縮的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，將其還原為原始的視頻幀，以便在顯示設(shè)備上進(jìn)行播放? 圖像處理：如圖像旋轉(zhuǎn)、縮放、色彩空間轉(zhuǎn)換、圖像增強(qiáng)等。這些圖像處理功能可以用于實(shí)時視頻通話、圖像編輯和圖像識別等應(yīng)用場景