长城汽车：RISC-V芯片在汽车领域的应用

2023年11月28日-30日，由北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会、北京市经济和信息化局指导，北京经济技术开发区主办，国家新能源汽车技术创新中心合作，盖世汽车承办的“芯向亦庄”2023汽车芯片产业大会在北京市召开，大会于线上线下同步举办。

会上，长城汽车股份有限公司总工程师曹常锋发表题为《RISC-V芯片在汽车领域的应用》的演讲，曹常锋表示，芯片设计正走向开放、灵活、开源，RISC-V有望成为改变一切芯片设计的技术。

曹常锋丨长城汽车股份有限公司总工程师

以下为演讲内容整理：

各位领导、各位嘉宾下午好！

我今天分享的题目是RISC-V芯片在汽车领域的应用。我的分享分为三个部分：汽车领域对芯片的需求；RSIC-V架构的机遇；RISC-V芯片上车的挑战及机遇。

汽车领域对芯片的需求

过去整车采用分布式的架构，基于分布式的架构，ECU一般不支持OTA升级，通过Can和Lin总线进行相互的通信，功能的迭代更新比较困难。

现在过渡到了域集中的架构，域集中架构通过SOC的芯片，对几个区域做整体的控制。通过引入以太网和TSN的支持，支持整车网络的交互，支持ECU和MCU等方面OTA的升级，现在已经变成常态。未来发展到中央计算的平台，会搭载自动驾驶芯片、智能座舱芯片等高算力的芯片，再通过几个区域的控制器以及ECU进行整体控制，网络速率会得到进一步的提升。

当前处于单车智能时代，未来有可能过渡到整车和云端智能交互的时代，我们希望实现车云一体，能够将车和整体的路况做到统一的控制。

随着自动化的深入，汽车逐渐过渡到软件定义芯片的时代，此时，更多是采用软硬解耦的方式将软件与硬件分离。我们期望有一套平台性的软件，可以通过虚拟化或一些标准化的API接口来控制整体的芯片使用。

整体的软件架构将采用软硬件分层解耦的方式，实现更加灵活的开发方式。通过上层软件的不断迭代，我们期望下层的芯片能够通过云平台的控制来适应不同的芯片需求，从而加速芯片的发展。同时，这种架构也有助于提高软件本身的迭代和升级速度。

从整车的角度来看，各部分汽车芯片的应用和发展有所不同。

第一部分是计算领域，这是目前创业公司和各大厂商竞争非常激烈的领域。它包括座舱、智驾类芯片等高价值的芯片，主要集中在计算领域。

第二部分是控制领域，包括MCU、SOC等芯片。传统MCU在各个控制器的主板上占有较大的应用范围，因此其价值占比相对较高。

第三部分是通信领域，包括Tbox、4G、5G、V2X、Can和Lin等。这部分的占比也相对较高。

第四部分是新能源汽车中使用较多的功率半导体，如IGBT、碳化硅等。

第五部分是为上述芯片提供驱动的部分，包括高编译驱动、低编译驱动以及桥接驱动等。

第六部分是各种各样的传感器，包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达等。

第七部分是电源和模拟类，以及一些存储、安全和其他类别的芯片。这部分的占比相对较低，但整体用量仍然较高。

以MCU为例，我们来看一下它在整车领域的应用情况。由于现在各个厂商生产的MCU非常多，给使用带来了很多困难。因此，我们根据算力和功能安全等级等进行了规划处理。具体来说，右区域更多地处理空调和座椅调节等功能；前区域主要涉及动力域，包括座舱加热管理单元；左区域主要用于车灯控制和雨刮器控制，这部分MCU的算力并不算特别高；后区域主要用于背门、空调和电动尾翼的控制；天窗和门区域也有不同的需求。

从总体需求来看，MCU的发展方向可以分为两个主要方向。一方面，低等级的MCU设计趋向于更加精简化。另一方面，MCU也朝着高度发展的方向前进。这种趋势主要体现在MCU的算力提升上，越来越多的新能源汽车开始集成AR功能，对于处理AR算法的需求也在增加。

RSIC-V架构的机遇

第二部分，谈谈我们对RISC-V的一些看法。

长城汽车已经发展了超过33年，具备整体完整产业链的布局，并覆盖了动力、底盘、车身、智能化等各个领域。我们将垂直整合能力视为独有的资源，在各个产品的迭代上积极采用国产芯片。

截至目前，我们已经评估了超过50家以上的国产芯片产品。截至上半年，国产化的产品已经覆盖了MCU、电源、通信、驱动等9类产品，具体的情况已经超过百种。在应用国产芯片方面，我们表现积极，并取得了一定的成果。

经过调研，我们积极拥抱RISC-V架构。我们与北京开源芯片研究院、清华大学等机构进行了交流，大家一致认为RISC-V是非常好的发展方向。倪光南院士也提出中国发展智能汽车基础软件应该聚焦于RISC-V架构。聚焦RISC-V不仅能够实现国内循环，还能实现国际循环。我们看到了前景，因此积极拥抱RISC-V架构，并做了很多工作。

简单看一下RISC-V的特点，从指令级的程度来看，X86的手册大约有5000页，ARM的手册有2700多页，而RISC-V的手册只有大约200页。我本人认真研读过，确实比较精简。

从RISC-V国际发展的情况来看，全球有70多个国家和3800多个会员。从增长数来看，2020年会员数增长了133%，2021年继续增大，达到134%。今年在北京举办的RISC-V中国峰会上，参展的企业和厂商比以前更多，大家对RISC-V的热情非常高，也非常支持RISC-V的发展。

RISC-V不受某个国家或单一机构的控制，总部设在瑞士，基金会会员众多，具有开放性。RISC-V的指令集是免费授权的，任何公司、企业、学生或个人都可以使用RISC-V开发芯片，授权成本非常低。从指令集的优化程度来看，它经典且可以自由扩展指令集。如果我们想增加某个功能，可以自定义指令集作为中介，为设计芯片增加了很多灵活性。此外，大部分RISC-V都是免费开源的，虽然有一些商业化的RISC-V公司需要支付一定费用，但相对较低。

从模块化设计的角度来看，由于可以自由定制，增减模块非常方便，实用性非常好。就拓展性而言，厂商可以自由拓展指令集，整体创意空间非常大。

RISC-V的优势可以总结如下：

图源：长城汽车

1、开放性好：RISC-V是全球有共识的第三大架构，与X86和ARM并列。它广泛吸收了行业落地经验和CPU的统一编程工具，合作风险相对较低。

2、拓展性好：RISC-V可以轻松形成各种产品的组合，并可以通过Chiplet技术搭建大型芯片。北京开源芯片研究院已经推出了相关系列产品，从低等级MCU到高性能服务器CPU都有不错的发展。

3、无技术限制：RISC-V的指令集是免费开源的，可以方便地构建自己的产品。

4、创新空间大：RISC-V允许用户定义自有的指令集，推动产品的发展。

芯片设计正朝着开放、灵活和开源的方向发展，RISC-V有望成为改变一切芯片设计的技术。

RISC-V芯片上车的挑战及机遇

在将RISC-V芯片应用到汽车上时，存在以下挑战：

第一是车规问题，车规认证是芯片设计中不可避免的话题。首先，需要通过16949认证，芯片需要获得ACQ-100认证，模组需要获得ACQ-104认证，同时还需要通过功能安全26262认证。这些认证周期较长，从整个芯片的设计流程来看，车规级芯片的设计周期至少比消费级产品增加了1.5倍以上，一般需要两到三年才能完成设计。此外，车规级芯片与消费级芯片在温度、振动、静电等方面有较大差异，要求更高。

在使用寿命要求方面。车规级芯片的使用寿命要求供货超过10年，这是消费级芯片难以想象的长时间。这意味着使用该芯片的产品出现问题时，需要有替代品供消费者更换。

此外，目前行业缺乏完整的车规认证流程和能力。虽然AEC-Q100是一个可以自行认证的标准规范，但有些厂商可能没有完整地执行项目，测试结果不完整或不规范，给应用带来困难。

从长城汽车的角度来看，RISC-V在汽车领域的应用存在一些缺陷。RISC-V的架构和软件生态相对不完整，软件生态恰恰是RISC-V真正的短板，我们在应用工具链和编译器等方面都存在一定的困难。不过，目前中国成立了RISE联盟来解决软件生态的问题，也有RISC-V的国际基金会在做推动相关工作，国际上的开源设计在积极适配RISC-V，主流的Linux已经发行了支持RISC-V架构的相关软件，谷歌官方也支持RISC-V指令，中科院也做了很多工作。

除了软件生态之外，其整体的性能和可靠性也需要得到市场的验证。在AEC-Q100测试中，温度循环需要在负55度到125度的环境下进行一千次测试，而一般消规类和工规类芯片只需要进行5到10次测试。

湿敏等级、上电循环等方面也需要进行测试。加速老化测试需要在110度、85%的湿度环境下进行264小时测试。高温存储测试需要在125度下放置一千个小时，高温工作寿命测试也需要放置一千个小时，还有封装的完整性测试、跌落测试等。这些方面我们认为是不可省略的，如果其中几项没有做到，直接提交出来会有很大的风险，希望芯片企业能够关注这些问题。

另外，不同厂商的IP核存在差异，有的是自己开发的RISC-V IP，有的可能是采用开源的IP，也有的是采用商业公司的IP。虽然RISC-V开放性很好，但也导致大家百花齐放，各方面的通用性做得不是特别好，增加了软件适配的难度，不太容易形成规模效应。

中国电子工业标准化技术协会于今年8月30日成立了RISC-V的工作委员会，相信通过组织可以进一步加强RISC-V的标准化工作，未来在使用RISC-V芯片时也会更加方便。

长城从事智能化相关工作的人员超过了五千人，分布在保定、北京、上海、南京等地，印度也有我们的研发中心。我们坚持做难而正确的事情，尽管RISC-V比较困难，但我们看到了它的好处，如成本优势和灵活性等。因此，我们希望积极支持RISC-V的发展。

当然，我们也支持其他架构芯片的发展。同时，长城的很多零部件都是自研的，基本上实现了全部自研。我们有毫末智行专注于智能驾驶和人工智能，嘉峪智能主要集中于座舱前端的URR设计和引擎，诺博主要做座舱平台和控制器主板、电子系统。此外，还有曼德主要做智能大灯、毫米波雷达、高清摄像头和电器系统。

长城有几个品牌，哈弗聚焦于SUV领域，魏派主要做高端新能源车型，坦克定位硬派越野，欧拉面向女性市场。还有沙龙和长城炮，长城炮更多做皮卡产品，长城以品牌的创新打造品类的品牌，构建品类的矩阵。

长城也面向全球用户，致力于提供智能化绿色的出行服务。我们希望向科技智能公司转型，业务涵盖汽车零部件的设计、研发和生产，并在氢能和太阳能方面做了全产业链布局。目前主要聚焦于智能网联和芯片等前沿科技的研发和应用。

以上是我的分享，谢谢。

（以上内容来自长城汽车股份有限公司总工程师曹常锋于2023年11月28日在“芯向亦庄”2023汽车芯片产业大会发表的《RISC-V芯片在汽车领域的应用》主题演讲。）