作者 | 張慧敏

出品 | 汽車電子與軟件

智能座艙的系統(tǒng)架構師，在設計智能座艙方案之初，首要的考量便是如何選擇座艙SOC。作為整個系統(tǒng)的“大腦”，SOC幾乎承載著座艙內(nèi)所有的計算任務。無論是中控臺大屏的圖像渲染，還是座艙內(nèi)各類傳感器的數(shù)據(jù)處理，都離不開SOC提供的強大計算能力。因此，要奠定智能座艙的架構基礎，明確其性能底線，選擇合適的智能座艙SOC便成為了第一步。

在SOC芯片中，CPU，即中央處理單元，是最為關鍵的組件，可謂是計算機技術皇冠上的明珠。在CPU的發(fā)展歷程中，眾多杰出的技術和產(chǎn)品層出不窮。本文就從CPU的選擇入手，深入探討其在智能座艙設計中的重要性。

本文目錄：

CPU架構與生態(tài)

微軟+英特爾

蘋果

谷歌+安謀

特斯拉與造車新勢力

本文小結

*注：本文作者張慧敏的新書《智能座艙：架構、原理與車規(guī)級芯片》近日出版，該書系統(tǒng)地剖析了智能座艙的多個子系統(tǒng)、基礎軟件及應用/服務的原理與架構，以及底層技術SoC的原理與實踐。

#01、CPU架構與生態(tài)  

生態(tài)，正是戰(zhàn)略之道。

在IT行業(yè)中，生態(tài)被稱為ecoSystem，它代表的是IT產(chǎn)品的開發(fā)者、生產(chǎn)者、消費者及其他相關方之間所形成的一種既相互依賴又相互競爭的關系網(wǎng)絡。這個網(wǎng)絡以一個或幾個領軍企業(yè)為中心，匯聚了產(chǎn)業(yè)鏈上的眾多參與者，共同構建了一個錯綜復雜且充滿活力的圈子，旨在實現(xiàn)共同生長與發(fā)展。通過生態(tài)的構建，各參與者能夠共享資源、互通有無，從而在激烈的市場競爭中脫穎而出，實現(xiàn)共贏。

在計算機工業(yè)的生態(tài)圈中，CPU廠商如同草原上的獅王，處于核心地位，吸引著眾多軟硬件配套廠商圍繞其形成一個龐大的生態(tài)系統(tǒng)。這個生態(tài)系統(tǒng)與非洲大草原上的獅群社會有著異曲同工之妙：獅王統(tǒng)領著整個獅群，而CPU廠商則引領著計算機工業(yè)的發(fā)展。正如獅群中的每一只獅子都有其角色和任務，計算機生態(tài)圈中的每一個成員也都發(fā)揮著不可或缺的作用。

IBM（國際商用機器公司）、DEC（數(shù)字設備公司）、摩托羅拉等歷史上的計算機巨頭，都曾像獅王一樣統(tǒng)治過他們的時代，聚攏了眾多軟硬件廠商，推動了計算機技術的飛速發(fā)展。然而，隨著技術的更迭和市場的變化，這些曾經(jīng)的王者也逐漸謝幕，讓位于新一代的領導者。這與大草原上獅王更替的生死循環(huán)如出一轍，展現(xiàn)了計算機工業(yè)生態(tài)圈生生不息的動態(tài)與生機。    

這樣的生態(tài)循環(huán)不僅推動了技術的不斷創(chuàng)新，還促進了整個計算機工業(yè)的蓬勃發(fā)展。每一個新的王者都代表著一種新的技術趨勢和市場方向，引領著生態(tài)圈中的每一個成員共同前進。

在Intel（英特爾公司）崛起之前，CPU架構領域主要是CISC（復雜指令集計算機）與RISC（精簡指令集計算機）兩種架構的競技場。它們在設計理念和性能特點上存在顯著差異，因此引發(fā)了業(yè)界的激烈辯論。

CISC架構源自計算機技術的早期階段，其特色是指令集種類繁多，包含大量復雜且特定的指令。這些指令的設計初衷是通過單一指令實現(xiàn)復雜功能，從而提升處理特定任務的效率。但隨著指令集的日益龐大，處理器的設計也變得愈發(fā)復雜。

相比之下，RISC架構是在審視CISC架構的復雜性和效率問題后被提出的。RISC的設計理念在于精簡指令集，僅保留最常用、最高效的指令，以提升處理器的整體性能。因此，RISC架構的處理器通常具有更短的指令周期和更高的執(zhí)行效率。

在20世紀80年代和90年代，CISC和RISC之間的爭奪尤為激烈。最終，以Intel為代表的CISC架構在PC（個人計算機）市場上占據(jù)主導地位，而RISC架構則在高性能計算和服務器領域取得了一定的成功。

然而，隨著智能手機時代的來臨，情況發(fā)生了新的變化。曾經(jīng)在PC市場風光無限的CISC架構（Intel開創(chuàng)的x86架構屬于CISC的一種），因其龐大的指令集和“前向兼容”的負擔，導致功耗和發(fā)熱量較大，在手持設備上難以抵御RISC陣營中ARM（Advanced RISC Machines Ltd. 安謀公司）處理器的強勁沖擊。

如今，隨著智能汽車領域的興起，CISC陣營的x86架構與RISC陣營的ARM架構之間的處理器競爭仍將繼續(xù)。這場技術領域的龍爭虎斗，在波瀾壯闊的時代大背景下，格外引人矚目，讓人心潮澎湃。  

回望歷史，我們試圖從中尋找商業(yè)競爭的奧秘，并把控技術發(fā)展的脈絡。

2、微軟+英特爾

在IT界，統(tǒng)治時間最長的生態(tài)帝國，被稱為WINTEL帝國。

2.1 WINTEL帝國 

WINTEL是Windows和Intel的合成詞，它是指使用x86處理器并運行Windows系統(tǒng)（視窗操作系統(tǒng)）的計算機系統(tǒng)。在WINTEL這個詞匯中，Windows代表Microsoft（微軟公司），Intel代表英特爾。當它們組合起來時，正如武俠小說中所說的雙劍合璧，在它們所涉及的應用領域中，打遍天下無敵手，創(chuàng)建了令所有對手望而生畏的時代，一個只屬于這兩個公司的時代。這就是二十世紀最后一個十年中最為輝煌耀眼的PC時代。

帝國的核心，是當之無愧的帝國雙壁。

Intel是CPU處理器最重要的供貨商，而微軟，則通過操作系統(tǒng)占據(jù)了所有個人計算機用戶的入口。在帝國的外圍，各種OEM（Original Equipment Manufacture，初始設備制造商）廠商，ODM（Original Design Manufacture，初始設計商）廠商，應用軟件廠商等，共同為個人電腦用戶提供可用的硬件和軟件。這其中，各種公司來了又去，包括知名的OEM廠商，如IBM、HP（惠普）、Dell（戴爾）、Acer（宏碁）、Lenovo（聯(lián)想）；也包括如今已銷聲匿跡的應用軟件廠商，如提供字處理軟件的蓮花公司，提供編程軟件的Boland公司，提供網(wǎng)絡瀏覽器的網(wǎng)景公司，等等。在帝國的序列中，外圍企業(yè)只能遵循核心企業(yè)設定的規(guī)則行事，小心翼翼地賺取微薄的利潤。一旦有企業(yè)試圖越界或挑戰(zhàn)核心企業(yè)的地位，便會遭到毫不留情的打擊，哪怕因此卷入無數(shù)的反壟斷官司，WINTEL帝國也在所不惜。   

2.2 摩爾定律 

為什么WINTEL能如此輝煌？只因為它們最早領悟到計算機工業(yè)的核心規(guī)律，正因為掌握了“道”，也就掌握了財富的密碼。

計算機工業(yè)的第一條重要規(guī)律被稱為摩爾定律。該定律由英特爾公司的共同創(chuàng)始人及第二任CEO戈登·摩爾首次觀察和預測。他提出：隨著半導體工業(yè)的進步，每隔18個月，計算機等IT產(chǎn)品的性能就會翻倍，換言之，在保持性能不變的情況下，IT產(chǎn)品的價格會在18個月后降至原來的一半。

英特爾公司緊密遵循這一規(guī)律，從而引領了IT行業(yè)的發(fā)展。摩爾定律的殘酷性在于，它迫使所有半導體廠商在工藝升級上不斷努力，不能有絲毫懈怠。首先，受到18個月周期的限制，半導體公司必須在這個時間框架內(nèi)將工藝升級到下一代產(chǎn)品。其次，由于這個18個月周期的魔咒，半導體公司需要精心規(guī)劃出切實有效的產(chǎn)品發(fā)展路線圖，確保當前的研發(fā)工作能夠滿足未來市場的需求。

為了遵循摩爾定律，英特爾的第四任掌門人貝瑞特制定了名為“Tick-Tock”的計劃。這個計劃的核心理念是，英特爾CPU的發(fā)展將遵循“半導體工藝—CPU系統(tǒng)架構”交替提升的策略。具體來說，“Tick”代表半導體工藝的提升，如65nm, 45nm, 32nm, 22nm, 16nm, 11nm等，相鄰兩個數(shù)字之間的比例大約是1.414倍。而“Tock”則代表CPU內(nèi)核系統(tǒng)架構的進步。

在英特爾的早期階段，其設計的CPU與當時業(yè)界的佼佼者DEC設計的小型機VAX相比，確實存在不小的差距。然而，與Windows的結盟以及IBM PC機的巨大成功為英特爾提供了寶貴的機遇。在不斷吸收和融合先進CPU設計理念的過程中，英特爾最終在Pentium Pro處理器上實現(xiàn)了技術的重大突破，從而確立了行業(yè)領先地位。表1展示了英特爾“Tick-Tock”計劃的路線圖。   

計劃體系結構變化工藝發(fā)布時間

TockCore 微架構（Microarchitecture）65nm2006-07-27TickPenryn內(nèi)核45nm2007-11-11TockNehalem微架構2008-11-17TickWestmere內(nèi)核32nm2010-01-04TockSandy Bridge微架構預期2010年發(fā)布TickIvy Bridge內(nèi)核22nm預期2011年發(fā)布TockHaswell微架構可能在2012年TickRockwell內(nèi)核16nm預期2013年發(fā)布TockNew 微架構可能在2014年TickShrink/Derivative11nm可能在2015年TockNew 微架構可能在2016年

表1所列示的Tick-Tock路線圖，是Intel于2010年發(fā)布的。當時，Intel的計劃已推進至Westmere處理器，且Sandy Bridge微架構的更新也已順利完成。 

然而，隨著制程技術進步難度的增加，Intel的發(fā)展步伐逐漸放緩。2015年，Intel發(fā)布了采用14nm工藝的第5代酷睿（Broadwell）處理器，但其后的10nm和7nm工藝卻遲遲未能達到成熟的量產(chǎn)狀態(tài)。

面對從14nm向10nm制程過渡中的挑戰(zhàn)，Intel宣布將原有的Tick-Tock模式轉變?yōu)椤爸瞥?架構-優(yōu)化”(PAO)的三步走戰(zhàn)略。這表明Intel不再堅持每兩年更新制程或架構的做法，而是將更多精力放在現(xiàn)有制程的優(yōu)化和提升上。與此同時，其競爭對手AMD憑借Zen架構和臺積電的先進工藝不斷發(fā)展壯大，使Intel逐漸失去了曾經(jīng)的市場領導者地位。這也被許多人視為“摩爾定律失效”的一個例證。

如今，Intel打算重拾“Tick-Tock”戰(zhàn)略，并計劃在13代酷睿Raptor Lake上采用10nm工藝，在14代酷睿Meter Lake上采用7nm工藝。然而，Intel能否重返昔日的輝煌，以及它是否能保持其行業(yè)領先地位，仍有待觀察。

2.3 安迪-比爾定律 

計算機工業(yè)界的第二條規(guī)律是安迪-比爾定律[2]。

安迪·格羅夫（Andy Grove）作為英特爾公司的第三任CEO，與微軟公司的創(chuàng)始人比爾·蓋茨（Bill Gates）之間存在著一種有趣的動態(tài)關系，這被形象地描述為“安迪所給予的，比爾將它拿走”（What Andy gives, Bill takes away）。實際上，這一規(guī)律為科技產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的推動力。

試想，按照摩爾定律的進展，每過18個月，相同性能的計算機，價格就下降一半，那么消費者為什么不能等到18個月后再購買呢新的計算機呢？這樣的事情沒有發(fā)生，其原因在于微軟的操作系統(tǒng)不斷升級，它吃掉了硬件升級所增長的性能。   

這種“安迪給予，比爾拿走”的現(xiàn)象，實際上形成了一種良性循環(huán)：英特爾不斷提供更強大的硬件性能，而微軟則通過其操作系統(tǒng)和軟件來充分利用這些新增的性能。這樣一來，消費者在購買新計算機時，能夠體驗到更快的運行速度、更豐富的功能和更好的用戶體驗。這也正是為什么盡管摩爾定律預示著計算機價格的下降，但消費者仍然愿意及時購買更新、性能更強的計算機的原因之一。

從微軟產(chǎn)品的發(fā)展來看，操作系統(tǒng)從DOS升級到Windows 95，Win98， WinXP，Win7, Win10......每次操作系統(tǒng)的升級都會把CPU升級所帶來的性能提升全部耗光。但是，普通個人用戶使用的計算機系統(tǒng)體驗越來越好，而產(chǎn)業(yè)鏈上各種大大小小的硬件供應商和軟件供應商也都因此而增加了銷售量。這是一個正向的閉環(huán)，也是大家喜聞樂見的場景，生態(tài)鏈上所有的參與者都得到了好處，也因此，整個帝國顯得欣欣向榮。

可怕的是，當這個規(guī)律失去作用時，帝國則面臨著瓦解的危險。當PC時代逐漸過渡到智能手機時代后，人們的興趣和需求也發(fā)生了顯著變化。安迪-比爾定律逐漸失去動力，沒有人能在PC上打敗WINTEL。帝國的黃昏到來，是因為世界發(fā)生了改變。

2.4 反摩爾定律 

在這個改變的世界中，隱藏著又一條秘密，也正是計算機行業(yè)第三條定律：反摩爾定律。

Google公司的前CEO 埃里克.施密特(Eric Schmidt) 在一次采訪中指出：反過來看摩爾定律，一個IT公司，如果今天賣掉的產(chǎn)品與18個月前一樣多，它的營業(yè)額就要降一半。

這條定律對于半導體公司和其他IT公司來說是殘酷而可怕的。它意味著，企業(yè)不能停滯不前，必須不斷進行技術創(chuàng)新和產(chǎn)品升級，以維持甚至提高其市場地位和盈利能力。如果一個公司在技術上沒有創(chuàng)新，它付出了同樣的成本，卻只能得到以前一半的收入，這顯然是不可持續(xù)的。

因此，這條定律實際上為整個行業(yè)注入了強大的創(chuàng)新動力。它促使所有IT公司都必須拼命投入研發(fā)，不斷探索新技術、新產(chǎn)品和新市場。同時，這也為創(chuàng)新型公司提供了生存和發(fā)展的可能，因為它們可以通過技術創(chuàng)新來打破現(xiàn)有市場格局，獲取更大的市場份額和利潤。   

一般來說，科技的進步，分為量變和質(zhì)變兩種。量變通常指的是在現(xiàn)有技術或產(chǎn)品基礎上進行的持續(xù)改進和創(chuàng)新，這種創(chuàng)新往往發(fā)生在已經(jīng)確立的技術或市場賽道上。以英特爾的Tick-Tock計劃為例，它通過不斷的工藝提升和CPU微系統(tǒng)架構的改進，在PC賽道上實現(xiàn)了技術的量變進步。這種進步方式對于大公司而言具有顯著的優(yōu)勢，因為它們擁有豐富的技術資源和市場資源，能夠更容易地投入研發(fā)并進行持續(xù)改進。

在這個過程中，新的小公司是無法與老的大公司競爭的。大公司憑借其龐大的規(guī)模和資源，可以更容易地獲取市場信息、進行技術研發(fā)和市場推廣。一旦小公司展現(xiàn)出有潛力的新技術，大公司往往會通過收購、模仿或加大研發(fā)投入等方式來應對，從而可能將小公司扼殺在搖籃之中。

舉一個例子，當互聯(lián)網(wǎng)開始興起之后，微軟感受到了危機。因為微軟的成功，是靠掌握了操作系統(tǒng)而牢牢把握住用戶進入數(shù)字世界的入口。當人們開始習慣上網(wǎng)沖浪之后，網(wǎng)絡瀏覽器就成為了新的入口。

微軟憑借其敏銳的市場洞察力和強大的執(zhí)行力，意識到了網(wǎng)絡瀏覽器作為新入口的重要性。為了維護其在操作系統(tǒng)領域的市場地位，并防止用戶通過其他公司的瀏覽器進入數(shù)字世界，微軟迅速采取了應對措施。

通過在Windows操作系統(tǒng)上捆綁免費的IE瀏覽器，微軟不僅成功地阻止了網(wǎng)景公司NetScape的進一步擴張，還通過免費的策略吸引了大量用戶，從而鞏固了其市場地位。

與此同時，網(wǎng)景公司的NetScape作為當時網(wǎng)絡瀏覽器的最大供應商，面對微軟的免費策略，陷入了兩難的境地。如果NetScape也采取免費策略，由于其較小的規(guī)模和有限的資源，可能無法維持運營；而如果堅持收費，則可能失去大量用戶。最終，收費的NetScape敗給了免費的IE。

網(wǎng)景公司錯失了一個能夠改變世界的機會，而這樣的機遇，注定會降臨給那些在技術和商業(yè)領域都能進行顛覆性創(chuàng)新的公司。這種創(chuàng)新是實現(xiàn)科技質(zhì)的飛躍的關鍵因素，正如蘋果公司通過重新發(fā)明智能手機所展示的那樣。   

03、蘋  果

在二十世紀九十年代的PC產(chǎn)業(yè)和二十一世紀第二個十年的智能手機產(chǎn)業(yè)之間，實際上還夾著一個互聯(lián)網(wǎng)時代。在這個互聯(lián)網(wǎng)時代，人們上網(wǎng)沖浪時主要使用的硬件設備仍然是PC機。在智能手機時代來臨之前，WINTEL帝國一直穩(wěn)居消費類電子產(chǎn)品的核心地位，但有一個例外，那就是蘋果。

3.1 喬布斯 

在提及微軟時，人們總會自然而然地想到蘋果。這是因為在微軟推出革命性的圖形化操作系統(tǒng)Windows 95之前，蘋果公司的麥金托什電腦實際上是這一領域的先驅和引領者。與Wintel支持的PC兼容機產(chǎn)業(yè)不同，蘋果的麥金托什選擇了一條軟硬件封閉的發(fā)展道路。它不允許其他廠商制造兼容機，而是堅持自己獨立生產(chǎn)和制造計算機硬件以及操作系統(tǒng)。

盡管蘋果的產(chǎn)品設計獨特、技術上領先微軟，但在PC產(chǎn)業(yè)中，僅憑一己之力難以與眾多競爭對手抗衡。在眾多行業(yè)競爭者的圍攻下，蘋果電腦只能維持其小眾而精致的產(chǎn)品定位。雖然深受粉絲喜愛，但從價格角度來看，蘋果產(chǎn)品的確昂貴。

相比之下，PC市場則呈現(xiàn)出多樣化的格局。既有IBM等知名品牌電腦，也有Dell等提供定制化服務的大眾電腦，更有遍布電腦城的組裝機市場，為用戶提供經(jīng)濟實惠的PC產(chǎn)品選擇。因此，在市場份額方面，微軟占據(jù)了壓倒性優(yōu)勢，遠超蘋果。

有些時候，一個杰出的領導者對企業(yè)而言，其作用就如同出埃及的摩西一般不可或缺。譬如蓋茨之于微軟，譬如喬布斯之于蘋果。當蘋果失去喬布斯的時候，它看上去是一個逐漸淹沒于歷史長河中的過氣小清新公司；然而，當喬布斯王者歸來，蘋果則光芒萬丈。  

 3.2 智能手機時代開啟    

與互聯(lián)網(wǎng)時代并行的，還有一個功能手機時代。在這個時期，人與人之間溝通的需求顯得尤為重要和迫切。隨著有線電話、小靈通、2G手機和3G手機的發(fā)展，人們的通信需求逐漸從遠距離溝通交流轉變?yōu)殡S時隨地社交的需求。正是在這樣的背景下，功能手機向智能手機的演進，完美契合了通信與個人數(shù)字助理相結合的發(fā)展趨勢。這正是消費類電子行業(yè)發(fā)展的歷史規(guī)律！而蘋果和喬布斯，則再次成為智能手機行業(yè)的開創(chuàng)者和引領者。

最早的智能手機通常被認為是搭載BlackBerry OS的黑莓手機、搭載Symbian操作系統(tǒng)的諾基亞手機，或是搭載微軟WINCE操作系統(tǒng)的多普達（HTC子品牌）手機。然而，這些手機在人機交互方面仍然依賴于鍵盤。即便是多普達的WINCE手機，也需要使用觸摸筆點擊屏幕進行輸入。

蘋果的iPhone則是一款顛覆性的產(chǎn)品。它首次采用了電容屏技術，使得用戶可以直接用手指在屏幕上滑動，從而實現(xiàn)更快更便捷的輸入。此外，iPhone完全摒棄了實體鍵盤，采用大屏幕設計，APP以圖標形式展示，這種人機交互方式在當時完全超越了所有其他智能手機。因此，現(xiàn)在普遍認為智能手機時代始于蘋果的iPhone。

功能手機時代的佼佼者非諾基亞莫屬。在那個時期，諾基亞幾乎成為了手機時尚與優(yōu)雅的代名詞。憑借其產(chǎn)品開發(fā)的迅速與靈活性，諾基亞手機的推出速度之快令人矚目，甚至可以通過更換外殼來發(fā)布新款手機。諾基亞成功地將手機市場的競爭焦點從信號處理技術轉移到了產(chǎn)品功能、便捷性和外觀設計上。例如，諾基亞曾同時推出備受歡迎的8210和8250兩款手機。在通信技術上，這兩款手機并無顯著差異，但8250僅憑其藍色晶屏和中文輸入法，售價就高出了1000元。   

然而，隨著蘋果iPhone的橫空出世，以及谷歌Android系統(tǒng)的緊隨其后，短短幾年間，諾基亞在智能手機市場的地位便岌岌可危。即使我們暫且不論商業(yè)模式和戰(zhàn)略選擇上的差異，單從手機的人機交互模式來看，傳統(tǒng)的電阻式觸摸屏與新型的電容式觸摸屏在用戶體驗上有著天壤之別。許多人至今仍能回憶起，當年在iPhone手機和Android手機上沉迷于水果忍者、憤怒的小鳥等游戲的情景。

蘋果是一家天生具備創(chuàng)新、時尚和藝術氣質(zhì)的公司，其產(chǎn)品完美融合了技術與藝術。從麥金托什電腦到iPhone，喬布斯為蘋果帶來了一代又一代的革命性產(chǎn)品，然而，蘋果的商業(yè)模式卻始終保持著封閉和獨立。蘋果在產(chǎn)業(yè)鏈上實現(xiàn)了全方位的覆蓋，無論是硬件還是操作系統(tǒng)，都是其獨家享有。但在與微軟或谷歌等公司的競爭中，其產(chǎn)品始終未能占據(jù)最大的市場份額。現(xiàn)在，讓我們迎接智能手機時代真正的霸主登場。

04、谷歌+安謀

智能手機已成為繼PC之后的又一全球消費電子萬億級市場的璀璨明星，它已深刻滲透到我們生活的方方面面。在世界許多國家，沒有手機幾乎無法出行。智能手機是個人電腦與功能手機的完美結合，不僅滿足了人們隨時隨地溝通交流的需求，更成為人們獲取信息、知識，進行社交活動，以及獲取生活便利的重要工具。

4.1 3G與智能手機 

在2000年前后，美國和歐洲在爭奪3G通信標準的主導權。與此同時，中國也開始謹慎地涉足這一領域，試探性地在3GPP上提出了TD-SCDMA的標準。在制定3G通信協(xié)議和產(chǎn)品設計的過程中，通信行業(yè)的所有參與者都在思考一個問題：什么才是3G的殺手級應用？曾幾何時，人們把希望寄托在視頻電話上，認為它將是推動3G協(xié)議商業(yè)化的關鍵。然而，智能手機的出現(xiàn)改變了這一切。人們發(fā)現(xiàn)，智能手機與3G協(xié)議之間存在著相輔相成的共生關系。3G的高速上網(wǎng)能力為智能手機的誕生提供了強大的技術支持；反過來，智能手機則成為了3G通信的殺手級應用，有力地推動了3G網(wǎng)絡的落地和普及。   

智能手機相較于功能手機，其顯著優(yōu)勢在于具備可升級和可下載的能力。通過APP應用商店，智能手機能夠隨時從網(wǎng)絡下載新的程序和應用，從而使一臺設備具備多樣化的使用功能。這為APP開發(fā)者提供了新的盈利機會，他們可以通過用戶的付費下載或付費服務獲得收入。由此，APP開發(fā)者、各種應用程序公司、智能手機制造商、手機芯片提供商以及操作系統(tǒng)提供商共同構建了一個新的生態(tài)系統(tǒng)。在這個生態(tài)系統(tǒng)中，安迪-比爾定律再次啟動，整個生態(tài)圈形成一個強大的盈利機器，激發(fā)出無窮的創(chuàng)造力。

在這樣的大潮中，類似WINTEL的CPU+操作系統(tǒng)的雙輪驅動格局再次出現(xiàn)。這一次，取代微軟Windows地位的，是谷歌開發(fā)的Android系統(tǒng)。代替Intel的，是在手機芯片領域具有重大影響的ARM。

4.2 智能手機操作系統(tǒng) 

眾所周知，目前在智能手機領域主要有兩個主流的操作系統(tǒng)。其中，蘋果的iOS系統(tǒng)專為其iPhone手機所設計，而其他大小手機廠商則普遍采用原生的Android系統(tǒng)，或是基于Android進行改進、僅在用戶界面（UI）和應用層有所區(qū)別的手機操作系統(tǒng)。谷歌會按照既定的路線圖，如Android 13、Android 14等，逐年推出新的系統(tǒng)版本。這些新版本的系統(tǒng)不僅增添了新功能，還不斷適配各種新設備，包括平板電腦、電視、手表、汽車等。

手機芯片廠商通常會在新系統(tǒng)正式發(fā)布前半年就獲得新版本的操作系統(tǒng)，從而有足夠的時間進行適配工作，確保軟硬件的完美結合。他們會提供一個經(jīng)過精心調(diào)試的新一代Android手機參考系統(tǒng)給各手機廠商。隨后，手機廠商會基于芯片廠商的公版設計進行差異化設計，搭配不同的屏幕、攝像頭模組以及各種創(chuàng)新的“黑科技”。當谷歌正式發(fā)布新的Android版本時，這些手機廠商也會同步宣布其新產(chǎn)品的量產(chǎn)。此外，通過OTA功能，已售出的手機也可以升級到最新的操作系統(tǒng)，確保用戶能夠享受到最新的系統(tǒng)功能和安全更新。   

在這個移動互聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)鏈條中，谷歌穩(wěn)坐核心地位，它控制了人們通往移動互聯(lián)網(wǎng)的大門。圍繞谷歌的，首先是SOC芯片廠商，它們形成了外圍的第一層圈子。這些廠商憑借自主設計和委托代工生產(chǎn)的芯片，為整個生態(tài)系統(tǒng)提供了堅實的硬件基礎。再往外一層，是手機廠商，它們通過卓越的工業(yè)設計和差異化創(chuàng)新，直接面對消費者，創(chuàng)造了一個又一個市場傳奇。而最外層的圈子，則是由APP應用開發(fā)者構成，他們開發(fā)的應用是推動人們使用移動互聯(lián)網(wǎng)的關鍵動力。

在這個生態(tài)系統(tǒng)中，唯一的王者是谷歌，只有Android的地位從未被動搖。所有成員都必須遵循Android的規(guī)則和標準。如果有人試圖推出一個新的操作系統(tǒng)，即使其技術再先進，也難以在手機行業(yè)中立足。因為Android生態(tài)圈所帶來的巨大經(jīng)濟利益，會自動排斥任何新的競爭者。正如之前我們所看到的一樣，在PC產(chǎn)業(yè)中，沒有人能打敗微軟。

在這樣的背景下，唯一可能打破現(xiàn)有格局的不確定因素，便是在中美競爭大環(huán)境下誕生的鴻蒙系統(tǒng)。這已然超出了常規(guī)的商業(yè)邏輯范疇。在國家意志的推動下，盡管美國可以阻止華為使用新一代的Android系統(tǒng)，但華為始終秉持居安思危的理念，強調(diào)自主可控的重要性。因此，華為有能力將所有華為手機全面升級到自家研發(fā)的鴻蒙系統(tǒng)（Harmony OS）。

然而，我們也需要清楚地看到，目前的鴻蒙系統(tǒng)仍然依賴于Android的生態(tài)。所有能在Android上運行的APP，都可以順利地轉移到鴻蒙系統(tǒng)上運行。因此，在鴻蒙系統(tǒng)尚未培育出自己的APP應用開發(fā)社區(qū)之前，它暫時還是依附于Android生態(tài)圈的。這種情況也展示了鴻蒙系統(tǒng)在當前環(huán)境下的靈活性和策略性。

4.3 智能手機CPU 

智能手機帝國的另一大支柱是手機SOC芯片。然而，與PC帝國的Intel相比，即便是占據(jù)高端市場份額的高通也尚未達到相同的地位。這是因為手機廠商在選擇芯片供應商時仍有一定的靈活性。出于供應鏈安全的考慮，手機廠商會將部分份額分配給聯(lián)發(fā)科、紫光展銳等其他芯片廠商。同時，為了提升競爭力，一些手機廠商還在嘗試自主研發(fā)芯片。

不過，值得注意的是，無論這些芯片廠商如何設計和創(chuàng)新，它們都難以擺脫ARM架構的影響。ARM架構在移動設備領域具有廣泛的應用，其低功耗、高效能的特點使其成為手機芯片設計的首選。因此，即使是高通這樣的頂級芯片廠商，其產(chǎn)品設計也離不開ARM架構的支持。

ARM，其名稱最初來自Acorn RISC Machine，后來更名為Advanced RISC Machine，但仍簡稱為ARM（安謀）。與Intel的x86指令集架構不同，ARM設計的CPU指令集架構是基于RISC體系的。相比于CISC，RISC指令集的復雜程度更低，指令數(shù)目更少，但每條指令的執(zhí)行效率更高。CISC指令集的特點是指令集龐大而復雜，指令長度不固定，且可以無限制地訪問內(nèi)存，因此能實現(xiàn)更加復雜、靈活、全面的計算和控制功能。而RISC架構的CPU更適合移動設備、嵌入式系統(tǒng)等對功耗要求高的領域。

ARM所采用的商業(yè)模式與Intel截然不同。ARM本身并不生產(chǎn)芯片，而是專注于設計核心的CPU、GPU、系統(tǒng)總線以及多核心管理系統(tǒng)單元（DSU）等。這些核心設計被稱作IP（知識產(chǎn)權）核，ARM會將這些IP設計方案出售給其他芯片公司，如高通等。高通會購買ARM的CPU內(nèi)核，并結合自家的GPU核、其他xPU組件以及核心的通信系統(tǒng)，整合為SOC設計，隨后通過芯片代工廠進行生產(chǎn)。在這一產(chǎn)業(yè)鏈中，原本由Intel一家公司承擔的功能被分解為至少三個不同的環(huán)節(jié)：CPU核設計、SOC設計以及芯片工廠生產(chǎn)。這樣的分工模式帶來的好處是可以分別采納最出色的設計，避免因某個環(huán)節(jié)的不足而拖累整個系統(tǒng)。例如，高通曾選擇某半導體代工廠為其代工生產(chǎn)旗艦芯片驍龍888，但隨后發(fā)現(xiàn)由于半導體工藝的問題，該芯片的發(fā)熱量異常高。因此，在高通生產(chǎn)下一代芯片時，便選擇了臺積電作為代工廠。這種靈活的生產(chǎn)模式對于Intel而言是難以實現(xiàn)的。

在ARM的商業(yè)模式中，由于其不生產(chǎn)實際的芯片，因此可以將IP核銷售給幾乎所有的芯片廠商。由于Android操作系統(tǒng)從一開始就選擇了基于ARM架構的CPU來運行，它與ARM架構的芯片具有極高的適配性，同時在功耗和性能方面達到了出色的平衡。因此，幾乎所有涉足智能手機行業(yè)的芯片廠商都選擇購買ARM的CPU核作為其SOC的核心組成部分，這也使得ARM在智能手機CPU架構領域占據(jù)了主導話語權。

Intel曾寄希望于x86架構的Atom處理器，試圖與Android搭配，進軍智能手機市場。然而，這一嘗試并未成功。由于Android生態(tài)鏈中的部分應用，在Atom內(nèi)核上總是出現(xiàn)問題。很快，在智能手機芯片中就看不到x86架構的CPU了。

05、特斯拉與造車新勢力

在二十一世紀第二個十年的開端，新能源汽車逐漸在汽車市場中占據(jù)了舉足輕重的地位。隨著新能源汽車的蓬勃發(fā)展，智能化已成為衡量汽車核心競爭力的重要標準之一。智能化主要涉及自動輔助駕駛系統(tǒng)、智能座艙系統(tǒng)以及智能車控系統(tǒng)三大關鍵領域。

5.1 特斯拉 

特斯拉作為在智能化方面最早發(fā)力的汽車制造商之一，同時也是汽車電子電氣架構變革的引領者和先驅。事實上，特斯拉在汽車界的地位與蘋果在科技界的地位頗為相似。特斯拉同樣采取了自研自動駕駛芯片、自研操作系統(tǒng)以及自建生態(tài)的全方位發(fā)展策略，從而在軟硬件方面都具備了強大的實力。   

在電子電氣架構領域，特斯拉深入地貫徹了“中央集成-區(qū)域控制”的理念。具體體現(xiàn)在其2017年上市的Model 3車型上，特斯拉的區(qū)域控制器從以往的功能劃分轉變?yōu)槲恢脛澐?，這是一個創(chuàng)新性的改變。

整車被劃分為前車身、左車身、右車身三個區(qū)域控制器（zone），每個區(qū)域控制器主要負責對應區(qū)域的車身控制和配電功能。這樣的設計不僅使器件實現(xiàn)了高集成度，進而更有效地降低了成本，還因為集成度的提升，減少了車載ECU（電子控制單元）的使用數(shù)量，同時也大幅減少了車內(nèi)電纜的連接。據(jù)估算，特斯拉Model 3車型的電纜長度成功從3公里縮短到了1.5公里，這一改進在簡化車輛結構、減輕重量以及提升效率方面都取得了顯著成效。

在智能座艙領域，特斯拉已經(jīng)迭代了3代智能座艙域的SOC選型。圖1總結了特斯拉的座艙SOC演進歷程。

圖 1 特斯拉座艙SOC演進歷程

如圖1所示，從2012年到2021年，特斯拉的座艙域控制器中，所選擇的SOC經(jīng)歷了MCU1到MCU3的變遷。

第一代座艙域MCU1.0使用的是基于ARM體系的CPU，具體選用了英偉達的Tegra 3芯片，該芯片內(nèi)置ARM Cortex-A9內(nèi)核。這一選擇表明了當時特斯拉對于芯片性能的需求以及ARM架構在能效和集成度方面的優(yōu)勢。

隨著技術的演進和市場需求的變化，特斯拉在第二代座艙域MCU2.0中轉向了x86架構，選用了Intel的Atom處理器A3950。這款處理器采用4核4線程微架構設計，并集成了Intel HD 505 GPU，提供了更高的浮點運算能力，達到187G FLOPS。這一升級顯著提升了座艙系統(tǒng)的處理能力和圖形渲染性能。

到了第三代座艙域MCU3.0，特斯拉再次進行了重大升級。2021年發(fā)布的這一版本應用于Model S和Model Y性能版車型中。特斯拉選擇了x86架構的AMD處理器，其中CPU是Ryzen系列，擁有4核心8線程，而GPU則選用了AMD的獨立顯卡Radeon，其算力高達10TFLOPS。這樣的配置使得特斯拉的座艙系統(tǒng)在性能上達到了新的高度，能夠提供更流暢、更逼真的圖形界面和更強大的信息處理能力。

從上述演進路徑來看，特斯拉在座艙SOC芯片的選擇上已經(jīng)轉向了x86架構，并且選用了AMD的Ryzen系列芯片。這一選擇不僅體現(xiàn)了特斯拉對于高性能芯片的追求，也反映了其將座艙視為類似于PC的設備，而非手機。

AMD的Ryzen系列芯片因其強大的性能而被廣泛應用于各種高性能計算設備中，包括主流游戲機如索尼的Play Station 5和微軟的Xbox Series X。這些游戲機需要處理復雜的圖形渲染和高速運算任務，與特斯拉座艙系統(tǒng)的需求相似。

配置項特斯拉 MCU3索尼PlayStation 5微軟Xbox Series X微軟Xbox Series S

CPU12nm的AMD Zen+7nm AMD Zen27nm AMD Zen27nm AMD Zen2CPU配置4核心8線程8核心16線程8核心16線程8核心16線程CPU主頻最高3.8GHz最高3.5GHz最高3.8GHz最高3.6GHzGPUAMD RDNA2 Navi 23AMD RDNA2AMD RDNA2AMD RDNA2GPU配置28 CUs36 CUs52 CUs20 CUsGPU主頻2.79GHz2.23GHz1.83GHz1.57GHzGPU算力~10 TFLOPS10.28 TFLOPS12.15 TFLOPS4 TFLOPS顯存8GB G616GB G616GB G610GB G6最大帶寬224 GB/s448 GB/s560 GB/s224 GB/s性能目標高達200mph4K分辨率,120幀/秒4K分辨率，120幀/秒1440分辨率，120幀/秒價格$122.99$399~$499$499$299發(fā)布時間2021年6月2020年11月2020年11月2020年11月

從表2可以看出，特斯拉 MCU3.0架構所選用的SOC為AMD的Zen+，而其他游戲機則全部選用了新一代的AMD Zen2 SOC。從CPU、GPU、顯存、帶寬等各項指標上，MCU3.0均有所不如。估計是因為車載使用時需要滿足車規(guī)的原因，導致特斯拉不能直接采用最新的消費級電子芯片來作為座艙SOC使用。  

如果選擇x86架構的主芯片作為座艙SOC，按傳統(tǒng)的認知理解，其操作系統(tǒng)就幾乎無法選用Android。盡管英特爾和AMD都聲稱它們的SOC同樣可以支持Android操作系統(tǒng)，但目前尚未有x86芯片+Android系統(tǒng)得以量產(chǎn)的經(jīng)驗。以座艙平臺為例，特斯拉利用開源且免費的Linux操作系統(tǒng)，研發(fā)出專屬的車機操作系統(tǒng)。然而，由于Linux操作系統(tǒng)的生態(tài)相較于Android生態(tài)不夠豐富，特斯拉不得不自行開發(fā)或適配一部分主流應用軟件。

由于特斯拉在座艙域控制器上采用了AMD的高性能x86芯片和Linux系統(tǒng)，因此它已經(jīng)支持在車內(nèi)玩大型游戲。例如，在2021年6月新款特斯拉Model S的交付儀式上，特斯拉工作人員現(xiàn)場展示了使用手柄在車機上玩《賽博朋克2077》的場景。此外，特斯拉官網(wǎng)上展示的汽車內(nèi)部渲染圖中，車機屏幕上顯示的是《巫師3》。這兩個案例充分說明了MCU3.0能夠支持3A級別（高成本、高體量、高質(zhì)量）游戲，其使用體驗在一定程度上已經(jīng)可以媲美PC或游戲主機。

5.2 造車新勢力 

國內(nèi)其他新興的造車新勢力廠商，例如“蔚小理”等代表性企業(yè)，普遍選擇了高通的8155/8295芯片，并基于Android系統(tǒng)開發(fā)了自己的座艙操作系統(tǒng)。在支持3A級游戲方面，由于ARM架構多用于移動端，其性能相較于x86架構的CPU可能稍顯不足。但在生態(tài)多樣性上，Android系統(tǒng)顯著優(yōu)于Linux系統(tǒng)。像嗶哩嗶哩這樣的手機常用應用，在特斯拉車機上或許只能通過網(wǎng)頁版訪問，這在一定程度上限制了車機功能的拓展，并影響了新應用的推廣速度。

從特斯拉與國內(nèi)造車新勢力在智能座艙生態(tài)的選擇上來看，目前座艙的生態(tài)發(fā)展尚未形成像PC和智能手機那樣的壟斷性局面。這一領域仍在不斷演進中，未來走向尚不明朗，也許還會有不少廠商會根據(jù)自己的發(fā)展需求切換技術路線。ARM+Android 與 x86+Linux，在汽車智能座艙的推廣和使用中，還沒有到分出勝負的時候。

06、本文小結 

在設計智能座艙架構之前，核心決策之一是選擇座艙的系統(tǒng)級芯片（SOC），而其中最關鍵的因素便是CPU。CPU架構的選擇不僅關乎技術性能，更決定了智能座艙未來的發(fā)展方向和生態(tài)系統(tǒng)。

讓我們回顧計算機工業(yè)的發(fā)展歷程，其中關于CPU架構的競爭可謂激烈而復雜。從英特爾和微軟的強大聯(lián)盟開始，我們可以看到計算機工業(yè)的三大定律——摩爾定律、安迪-比爾定律和反摩爾定律，在推動技術不斷進步和架構持續(xù)優(yōu)化方面起到了關鍵作用。

接下來，我們以敘事的方式，探討蘋果、谷歌、安謀（ARM）、特斯拉以及新興的汽車制造商等在不同歷史階段下如何做出CPU選擇，以及他們?nèi)绾瓮ㄟ^技術創(chuàng)新引領行業(yè)變革。

CPU架構的選擇，不僅決定了智能座艙的性能和功能，更影響著整個生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。在未來的競爭中，哪種架構能夠脫穎而出，還需要市場的進一步檢驗。但無論結果如何，我們都將見證一個更加智能、更加互聯(lián)的汽車時代的到來。 

參考：  

[1] 參見Intel Tick-Tock. http://en.wikipedia.org/wiki/Intel_Tick-Tock

[2] 吳軍博士在《浪潮之巔》一書中對三條定律有著精彩的描述

[3] 參見中信證券研究部研報

作者介紹：

張慧敏，蔚來汽車數(shù)字架構部智能座艙架構設計師、西安交通大學碩士。深耕嵌入式軟件與智能手機芯片架構設計多年，已獲專利授權15項。曾任紫光展銳芯片架構設計師，主導5G手機芯片及新能源汽車智能座艙系統(tǒng)架構設計，擁有豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗。同時，他積極分享專業(yè)知識，于知乎平臺開設“智能座艙架構與芯片”專欄，撰寫多篇科技文章，廣受業(yè)界好評。