近來，除了高度自動駕駛車輛(AV——automated vehicles)，似乎在投資人、企業(yè)家和工程師之間沒有其他還能引起類似興趣與熱情的話題了?？磥?，在高科技產業(yè)中，幾乎每個人——包括機器人科學家、AI專家、芯片設計師和傳感器開發(fā)者等，都想趕上這一波自動駕駛潮流。

同樣重要的是，AV的前景為全球傳統(tǒng)汽車制造商注入了活力。

日本電裝公司(Denso)高級執(zhí)行董事加藤幸弘(Yukihiro Kato)在今年國際固態(tài)電路會議(ISSCC)的主題演講中指出：在連接、高效和自動駕駛進步的推動下，汽車行業(yè)正在經(jīng)歷一場“百年一遇的轉型”。

盡管興趣濃厚，但電動汽車(EV)的進展并未達到幾年前的預測程度。去年，在美國銷售的1700萬輛轎車和輕型卡車中，純電動和插電式混合動力汽車的數(shù)量僅占1％。與此同時，自動駕駛的承諾是“比人類駕駛更安全”，但其前景在亞利桑那州坦佩市一輛優(yōu)步(Uber)自動駕駛測試車造成致死意外后，如今正面臨著嚴峻的監(jiān)管。

圖1：由于充電基礎設施和對EV電池的擔憂，導致進展緩慢。（圖像來源：IHS Automotive）。

雖然EV和AV的前景很容易被視為市場炒作，但科技、汽車和半導體行業(yè)中很少有人會無動于衷，因為一波AV創(chuàng)新正在他們眼前展開。大數(shù)據(jù)、深度學習、邊緣AI處理以及先進傳感器支持的感知技術正發(fā)生革命。同樣，在EV方面，英飛凌、Wolfspeed和羅姆半導體(Rohm)等公司在寬帶隙(WBG)半導體技術的前景中，看到了巨大的經(jīng)濟利益。他們相信通過提高功率密度，將有助于縮小汽車逆變器的尺寸。

當EV遇到AV

EV、AV和聯(lián)網(wǎng)汽車的開發(fā)并非單打獨斗。一線OEM通過開發(fā)融合自動駕駛和連接功能的電動汽車，正在整合當今最好的技術創(chuàng)新。

EV最重要的優(yōu)點是使用更少的移動部件。其三個主要部件是電池、逆變器和電機。相比之下，內燃機包含數(shù)千個必須維護的小部件。從工程角度看，EV完美匹配AV技術，因為AV需要更多的電智能(electrical brainpower)來管理視覺、傳感器融合、地圖和路徑規(guī)劃功能，同時處理不斷增長的軟件。

對于汽車行業(yè)而言，電氣化標志著從機械驅動汽車到軟件驅動汽車的徹底轉變。例如，它為設計師打開了大門，讓他們可以開發(fā)能夠提高EV運行效率的應用。

恩智浦半導體在今年年初推出了所謂的“Greenbox”，這是汽車OEM開發(fā)新型混合動力和EV應用的平臺。

圖2：GreenBox支持HEV和電機控制應用的開發(fā)。（圖像來源：恩智浦半導體）。

恩智浦汽車動力學和安全產品線副總裁兼總經(jīng)理Ray Cornyn表示，設計人員可以使用Greenbox創(chuàng)建應用，以提高路線規(guī)劃中的整體能效。例如HEV面對長上坡坡度時，使用AV獲得的特定路線知識的軟件可以增強HEV在上坡時的電池管理能力。

加快AV進展

促進AV開發(fā)的投資和進步的力量來自該領域的新進入者，尤其是像Waymo這樣的科技公司。

IHS Markit的汽車信息娛樂和高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)研究主管Egil Juliussen說：“Waymo在無人駕駛市場一直是悄悄地迎頭趕上，如今已經(jīng)領先于該領域的其他公司了。”

在去年發(fā)布的安全報告中，Waymo解釋了其自動駕駛軟件、硬件，以及如何測試車輛。Juliussen引用該報告指出，Waymo與其競爭的自動駕駛車的區(qū)別在于“從軟件角度設計自己的傳感器系統(tǒng)”。

經(jīng)過八年的駕駛軟件研究，Waymo已經(jīng)學會了“比其他人更能掌握汽車周圍的環(huán)境?！盬aymo緊密結合軟件的能力模擬的是Apple的方法，Juliussen觀察到。這是缺乏自家軟件能力的傳統(tǒng)汽車制造商難以復制的。

在美國，AV的問題并不在于是否，或甚至何時實現(xiàn)。今年1月份，第一張多米諾骨牌被推倒了，當時亞利桑那州核發(fā)了Waymo運輸網(wǎng)絡公司的牌照。2月初，Waymo確認了在2018年開始向客戶收取無人駕駛出租車(robo-taxi)費用的計劃。

而在3月份亞利桑那州的優(yōu)步事故發(fā)生后，優(yōu)步、豐田、沃爾沃和英偉達都宣布暫停在公路上對其車輛進行試駕。但Waymo和GM似乎仍繼續(xù)在前進。

豐田的e-Palette

在所有汽車OEM中，豐田(最保守的日本汽車公司之一)今年年初在國際消費電子展(CES)上對社會大眾為什么需要高度自動駕駛車輛做了最佳詮釋。

豐田并未陷入該由誰(機器或人)掌控汽車的長期爭議中，而是將其AV愿景駛向了一條不同的發(fā)展道路。他們的想法是讓“e-Palette”成為一種能讓自動駕駛汽車按照使用者需求變身購物與配送、隨選餐車和醫(yī)院接駁車的平臺，打造一座名副其實的按需城市。

圖3：豐田在2018年國際消費電子展上的e-Palette演示。（照片：EE Times）。

當然，并不是只有豐田汽車的CEO豐田章男(Akio Toyoda)將自己公司的挑戰(zhàn)定義為從汽車制造轉型為移動服務商。通過與亞馬遜、滴滴、優(yōu)步、必勝客和馬自達等行業(yè)伙伴合作，豐田至少提出了AV和EV不僅僅是無人駕駛出租車的想法：他們還可以打造一個向其他開發(fā)者開放的“移動平臺”。

百度因素

在EV和AV的全球化世界中，中國正成為一個重要因素。許多分析師認為，將自己定位為“中國谷歌”的百度可能會改變市場格局。該公司已表現(xiàn)出在中國收獲大數(shù)據(jù)的能力。它對高度自動化車輛的開放式平臺Apollo(阿波羅)的承諾鞏固了其優(yōu)勢。

基于去年7月發(fā)布的原始Apollo平臺的成功，百度一直在努力更新應用。 Apollo 2.0將統(tǒng)一Apollo平臺的所有四個模塊——云服務、軟件、參考硬件和車輛平臺。百度聲稱，基于百度Duer操作系統(tǒng)的Apollo，現(xiàn)在可以自動引導車輛在基本的城市環(huán)境中行駛，甚至在夜間。

百度已經(jīng)積累了90多家合作伙伴，包括英偉達、英特爾、恩智浦和瑞薩等計算平臺芯片供應商的支持。Apollo平臺旨在降低汽車OEM進入的門檻。據(jù)報道，當今，中國有200家汽車OEM。Apollo將使他們能夠進入AV市場，就像谷歌的安卓(Android)在中國創(chuàng)建了一個龐大的非蘋果智能手機供應商社區(qū)一樣。

“我們擁有大量數(shù)據(jù)，我們提供開放式開發(fā)平臺，我們在中國擁有批量生產能力，”百度董事會副主席陸奇(現(xiàn)已離職)在消費電子展上表示。更重要的是，他表示，中國提供了一個“對AV開發(fā)和測試友好的政策”，同時，為了阻止一波初出茅廬的中國汽車OEM在AV開發(fā)中各自為政，中國政府已經(jīng)正式為Apollo背書，陸奇說。

百度于3月發(fā)布了用于自動駕駛汽車感知的最大開源培訓數(shù)據(jù)集——“Apollo Scape”，旨在推進公司的大數(shù)據(jù)業(yè)務、并促進與西方技術和汽車制造商的合作。 Apollo還加入了Berkeley DeepDrive行業(yè)聯(lián)盟，它包括福特、通用汽車和英偉達等公司，該聯(lián)盟正在研究用于汽車的計算機視覺和機器學習技術。該聯(lián)盟將可以訪問Apollo Scape數(shù)據(jù)集。

VSI Labs的創(chuàng)始人兼負責人Phil Magney將這一數(shù)據(jù)描述為“對開發(fā)基于攝像頭的AI感知系統(tǒng)的任何公司或實體的巨大利好。”

他解釋說，“數(shù)據(jù)集不僅龐大，且它還非常多樣化，包含來自許多復雜環(huán)境、天氣和交通狀況的圖像和標簽。當然，數(shù)據(jù)集越大越多樣化，就越有能力/有利于訓練一個高性能的AI感知系統(tǒng)?！彼a充道，“此外，該數(shù)據(jù)集不僅有標記對象，且還有逐像素(pixel-by-pixel)的語義分割，這意味著每個像素都有一個類標簽。這對于培訓感知系統(tǒng)更有用，但數(shù)據(jù)集的創(chuàng)建也更加費力/耗時?！?/p>

顯然，百度在這個數(shù)據(jù)集上投入了大量時間和金錢。那么為什么要免費贈送呢？ “我們認為百度正在投入大量資金，讓每家公司都能開發(fā)自動駕駛，”Magney說?！斑@是因為百度認為自動駕駛的應用越多，意味著可以從授權百度地圖和本地化資產等方式中獲得的資金就更多?！?/p>

AV處理器之爭

在芯片公司之間，最熱門的議題是誰將統(tǒng)治AV處理平臺。正如英特爾主導PC平臺和高通統(tǒng)治移動前端一樣，每家芯片公司都看到了新興AV處理器市場的新機遇。

到目前為止，英特爾(Mobileye)和英偉達是主導的AV平臺供應商。英特爾擁有Go自動駕駛平臺，包括Mobileye專為視覺打造的EyeQ5，及另一款用于融合和規(guī)劃(該芯片從雷達和激光雷達獲取感官數(shù)據(jù))的EyeQ5，英特爾的低功耗Atom SoC用于軌跡驗證和發(fā)布(issuance)，以及包括I/O和以太網(wǎng)連接的其它硬件。

英偉達正在推動其Drive平臺，它結合了深度學習、傳感器融合和環(huán)繞視覺。Xavier是英偉達為Drive開發(fā)的一款SoC。它集成了Volta GPU架構、定制的8核CPU架構和一個新的計算機視覺加速器。

與此同時，瑞薩電子今年初披露，通過推出其下一代R-CAR SoC，它已經(jīng)“準備好直面AV的批量需求”。雖然這家日本公司要到2019年才能開始出樣，但該公司聲稱，與英特爾/Mobileye即將推出的EyeQ5 SoC相比，自家新款SoC將使“深度學習性能加倍。” 據(jù)英特爾稱，EyeQ5可以10W功耗提供24萬億次計算(TOPS)。

然而，AV處理器競賽中的競爭對手并不僅限于現(xiàn)有選手。初創(chuàng)公司一直風起云涌，所有人都聲稱在深度學習處理器領域取得了突破。

例如，ThinCI于去年在Hot Chips大會上發(fā)布了被其稱為“下一代計算架構”的高性能處理器——圖形流處理器(GSP)的細節(jié)。當被問及GSP與GPU和DSP的區(qū)別時，ThinCI強調了GSP在直接圖處理、片上任務圖管理和執(zhí)行以及任務并行性方面的能力。“我們相信，我們的GSP可以擊敗任何處理器中的計算引擎，”ThinCI的CEO Dinakar Munagala說。

日本大型一線OEM和ThinCI的主要投資者Denso，去年宣布成立新的子公司，為自動駕駛中的關鍵部件設計和開發(fā)半導體IP核。Denso宣布，新芯片的架構是與ChipCI共同開發(fā)的。Denso將其稱為數(shù)據(jù)流處理器(DFP)，并表示它“與CPU或GPU非常不一樣”。

電動汽車的未來

毫不夸張地說，世界各地的公共和私人機構都渴望加速WBG技術向商業(yè)電力電子應用的發(fā)展。許多人認為電動汽車的未來取決于WBG。

為什么？因為諸如碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等WBG材料可極大提高功率轉換效率。

更寬的帶隙使WBG材料能夠承受比硅高得多的電壓和溫度。這有望在更高的電壓和頻率下提供更高的耐用性和可靠性，從而以更低功耗實現(xiàn)更高性能。

在EV中應用WBG技術的優(yōu)點很明顯。提高能源效率可降低電池組成本，縮短充電時間，并延長續(xù)航里程。

汽車行業(yè)已經(jīng)包括早期采用基于碳化硅逆變器的EV制造商。“例如，我們強烈懷疑特斯拉在其Model 3型車輛中使用了基于碳化硅的逆變器。包括豐田在內的幾家日本公司已經(jīng)發(fā)布若干公告，稱在2020年之前在EV上采用碳化硅逆變器，盡管可能只是小批量生產，”YoleDéveloppement的技術和市場分析師Hong Lin表示，“市場已經(jīng)啟動；現(xiàn)在可能開始展現(xiàn)‘曲棍球棒效應’(hockey-stick；指爆發(fā)成長)的采用率。”

另一方面，將碳化硅用于EV動力傳動系統(tǒng)似乎還有很長的路要走。Yole指出，采用碳化硅的四大障礙包括“成本、可靠性、集成和供應鏈”。

最大的挑戰(zhàn)在于規(guī)模經(jīng)濟和碳化硅晶圓價格。為滿足汽車的主要要求(成本和可靠性)，“必須使用高質量的6英寸碳化硅晶圓，”Yole的技術和市場分析師Mattin Grao說。 “只有少數(shù)供應商，如科銳(CREE)、SiCrystal和II-VI，可提供這樣的基板尺寸和質量。這導致了2017年碳化硅晶圓的短缺?！?/p>

更重要的是，“與硅器件相比，碳化硅器件總是更貴，汽車制造商需要從系統(tǒng)中獲取價值，”Grao指出。汽車制造商需要了解其投資回報率，確定他們是否能夠消化碳化硅器件的高價格。

目前的跡象顯示，未來存在一些希望，尤其是持續(xù)發(fā)展中的碳化硅供應鏈。

例如，英飛凌和科銳最近就提供碳化硅晶圓供應達成了長期協(xié)議。Yole認為，英飛凌與科銳結盟、確保6英寸碳化硅晶圓供應至關重要?！矮@得高質量碳化硅襯底絕對是這個行業(yè)的關鍵，”Grao說。

但Yole提醒說，目前，并非每個汽車OEM都熱衷于用碳化硅取代硅?！安⒎撬械腛EM都能夠在其展示品中證明碳化硅性能，”Grao說。

在確信除豐田、特斯拉和比亞迪之外，在更多汽車制造商將碳化硅技術納入其下一代產品線之前，碳化硅市場仍充滿變數(shù)。