2022年ADAS行业发展现状及技术要求研究 控制节点不断收缩带动ADAS系统架构持续迭代

1.EEA架构逐渐走向域集中，域控制器应运而生

单车ECU数量激增，无法满足汽车智能化的需求。1980年代开始，以机械为主宰的汽车行业内掀起一场电子电气化革命，电子控制单元（ElectronicControlUnit，ECU）占领了整个汽车，此时的汽车电子电气架构都是分布式的，各个ECU都通过CA（NControllerAreaNetwork，控制器域网络）或LIN（LocalInterconnectNetwork，局部互联网络）总线连接在一起，通过工程师预设好的通信协议交换信息。在传统的EEA架构下，ECU是系统的核心，智能功能的升级依赖于ECU数量的累加。原有智能化升级方式面临研发和生产成本剧增、安全性降低、算力不足等问题，传统分布式架构亟需升级，传统EEA架构主要面临以下问题：（1）控制器数量过多：各级别汽车ECU数量都在逐年递增，每台汽车搭载的ECU平均25个，一些高端车型通常会超过100个；（2）线束布置过于复杂：ECU数量越多，总线数量必将更长，2000年奔驰S级轿车的电子系统已经拥有80个ECU，1,900条总长达4km的通信总线。2007年奥迪Q7和保时捷卡宴的总线长度突破6km，重量超过70kg，基本成为位列发动机之后的全车第二重部件；（3）“跨域”信号传输需求增加：智能驾驶需要大量的“跨域”信号传输，环境传感器（雷达，视频和激光雷达）产生了大量数据传输的需求，这也对传统分散式ECU基础架构提出了挑战。

为适应智能化需求，催生出以DCU为主的域集中架构。为了控制总线长度、降低ECU数量，从而降低电子部件重量、降低整车制造成本，将分散的控制器按照功能域划分、集成为运算能力更强的域控制器（DomainControlUnit，DCU）的想法应运而生。博世用三类EEA架构共六个阶段来展示架构演进方向：分布式（模块化、集成化）、域集中式（集中化、域融合）、集中式（车载电脑、车-云计算）。

2.成本拆解：高性能SoC主芯片占整体域控制器的主要成本

当前市面上最为成熟的域控制器为特斯拉19年推出的HW3.0，特斯拉首次推出其自研的FSD芯片，通过以太网总线的方式承载数据输入与以太网交换的功能，其成本整体较为透明，通过拆解其BOM成本，梳理高阶自动驾驶域控制器的成本分布。预计HW3.0板上全部芯片的成本约在5000元左右，外加车规级接插件、以太网连接器以及PCB等外围硬件，整块板子的硬件成本大约在7500-8500人民币之间。其中，主控SoC芯片约占总芯片成本的61%左右，占整体硬件成本的20%左右。特斯拉HW3.0的主板上共搭载了两块的自研芯片，双芯片的目的是作为安全冗余，互相对照，每块芯片可以独立运算。每块芯片周围有四块镁光DRAM内存，每块芯片分别配有一块东芝闪存芯片，用于承载操作系统和深度学习模型。主板的右侧是视频输出接口，从上到下依次是FOV摄像头、环视摄像头、A柱左右摄像头、B柱左右摄像头、前视主摄像头、车内DMS摄像头、后摄像头、GPS同轴天线；左侧是电源接口和其他另外的输入/输出接口，从上到下依次是第二供电和I/O接口（车身LIN网络等），以太网诊断进/出、调试USB、烧录、主供电和I/O（底盘CAN网络等）。

3.迭代路线：控制节点不断收缩，带动ADAS系统架构持续迭代

随着EEA架构走向集中，ADAS系统架构控制节点也在不断收缩。L0-L2级分布式系统方案，主要由前向ADAS系统、侧后ADAS系统、自动泊车系统、全景环视系统四个控制节点组成。以智能前视摄像头将镜头模组、计算平台主板整合在一起，ECU主板内含2个芯片，采用安全核（SafetyCore）和性能核（PerformanceCore）的芯片组合架构案：安全核对安全等级要求高，计算要求不强烈，一般选用MCU，如英飞凌TC297/397等，而性能核在成本考量下，允许功能安全等级低，但是要承担大量运算，满足控制器对性能的要求，一般选用高性能SoC为主，比如Mobileye的EyeQ4、EyeQ5以及英伟达Xaiver等。而对于L2+级域集中式方案，控制节点开始收缩，前向ADAS系统与侧后ADAS系统由行车控制器实现，自动泊车系统和全景环视系统由泊车ECU实现，目前仍处于行车与泊车分离的阶段，而对于高阶的方案，行车与泊车合二为一，出现行泊一体的域控制器作为统一的控制节点来实现所有的ADAS功能。

4.技术要求：面向高阶自动驾驶，异构多核硬件架构成为趋势

车载计算平台需采用异构多核芯片硬件架构。自动驾驶的域控制器，要具备多传感器融合、定位、路径规划、决策控制、无线通讯、高速通讯的能力。通常需要外接多个摄像头、毫米波雷达、激光雷达，以及IMU等设备，完成的功能包含图像识别、数据处理等。面向L3及以上高阶自动驾驶，单一芯片无法满足诸多接口和算力需求，计算基础平台需采用异构芯片的硬件方案，具有芯片选型灵活、可配置拓展、算力可堆砌等优点。计算平台的异构分布硬件架构主要包括CPU计算单元、AI单元和控制单元。

（1）CPU计算单元：由车规级多个多核CPU组成，大多为ARM架构，单核主频高，计算能力强，擅长处理高精度浮点数串行计算，通过内核系统管理软硬件资源、完成任务调度，用于执行自动驾驶相关大部分核心算法，同时整合多源数据完成路径规划、决策控制等功能。（2）AI单元：AI单元是整个异构硬件平台中算力的最主要来源，承担大规模浮点数并行计算需求，主流的AI芯片可选用GPU、FPGA、ASIC三种等。通常内核系统进行加速引擎及其他芯片资源的分配、调度。AI单元实现对多传感器的数据高效处理与融合，获取用于规划及决策的关键信息。（3）控制单元：负责可靠性和车辆控制，功能安全和冗余监控作用，不要求很高的算力，但是可靠性必须要有保障。基于传统车辆控制器MCU，实现车辆动力学横纵向控制并满足功能安全ASIL-D等级要求。

高性能的车载计算平台是高阶自动驾驶的必备，除了异构多核的硬件架构外，分布弹性可扩展、丰富的I/O接口资源、高内存带宽、车规与功能安全等也都是高阶自动驾驶域控制器的必备特点：（1）硬件异构：面向高阶自动驾驶的计算平台需兼容多类型多数量传感器，单一芯片无法满足诸多接口和算力要求，需采用“CPU+XPU”的异构硬件方案，前文已做详细介绍；（2）分布弹性可扩展：车载计算平台需具有弹性扩展特性以满足不同等级自动驾驶需求。针对L3及以上高阶自动驾驶，随着自动驾驶等级提升，车载智能计算基础平台算力、接口等需求都会增加。除提高单芯片算力外，硬件单元也可复制堆叠，自动驾驶操作系统弹性适配硬件单元并可进行平滑拓展，达到整体系统提升算力、增加接口、完善功能的目的；

（3）丰富的I/O接口资源：高阶自动驾驶的感知系统传感器种类与数量众多，车载摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、组合导航、IMU、V2X模块等，因此丰富的接口资源也是很自动驾驶域控制器的关键特点。车载摄像头的数据接口一般采用GMSL或FPDLink，激光雷达都是采用Ethernet接口，目前大多是普通Ethernet；毫米波雷达都是CANFD传输，超声波雷达采用LIN总线，组合导航和惯导常见接口为RS232串口，V2X模块采用Ethernet接口传输。除了上述传感器所需IO接口外，常见的其它高速接口与低速接口比如PCIe、USB、I2C、SPI等；（4）高内存带宽：自动驾驶芯片平台因为要接入大量的传感器数据，因此内存的压力非常大。整个系统往往呈现出Memory-Bound系统的特点，因此内存带宽通常决定了系统性能的理论上限；（5）车规与功能安全：与消费级不同，车规级产品在安全性和可靠性上有更高要求。如AEC-Q100、ISO26262等，ISO26262对安全等级做了划分，常见的是ASIL-B

5.行泊一体域控制器：OEM自研、系统集成商、软件平台商三方势力各显身手

自动驾驶域控制器玩家主要分为系统集成商、软件平台厂商以及OEM厂商三大类：（1）OEM厂商：特斯拉以及国内的造车新势力如蔚来、小鹏、威马、理想、上汽智己等都已实现或宣布将自研自动驾驶域控制器，以掌握未来软件定义汽车下底层的硬件自主权；（2）系统集成商和Tier1：如博世、大陆、采埃孚等国际Tier1和系统集成商,德赛西威、经纬恒润、华为等一批本土Tier1和系统集成商；（3）软件平台厂商：如映驰科技、东软睿驰、TTech、中科创达等公司。智能座舱域控制器：全球范围内，伟世通、大陆、博世、安波福在座舱域控制器市场占据主导地位，国内企业华为、德赛西威、航盛电子、东软等也纷纷推出了座舱域控制器解决方案。在座舱SoC芯片方面，主要包括高通820A与8155P、英特尔Atom、恩智浦i.MX8、瑞萨R-CARH3、德州仪器Jacinto系列等。

自动驾驶域控制器：全球范围内，全球Tier1基本都已布局自动驾驶域控制器产品，典型产品如伟世通DriveCore、博世DASy、大陆集团ADCU、采埃孚ProAI、VeoneerZeus、麦格纳MAX4等，国内方面，如德赛西威IPU系列、经纬恒润ADC、东软睿驰CPDC、华为MDC等。

除了OEM厂商自研之外，OEM厂还孵化成立独立第三方智能驾驶软件平台型公司参与域控制器市场。此外，在域控制器市场还有一类重要的玩家，就是从主机厂孵化成立的智能驾驶软件平台型公司，如长城汽车的毫末知行，吉利汽车的亿咖通等。长城汽车即将在2022年发布的新摩卡车型将搭载高通骁龙Ride平台，相关域控制器设计与生产则是由毫末知行来实现的。亿咖通在2021年与伟世通和高通达成战略合作，为全球市场提供领先的智能座舱解决方案，此外亿咖通在2020年与安谋中国合作成立芯擎科技，2021年10月国内首颗7nm车规级座舱芯片“龍鹰一号”流片成功，计划在2022年三季度实现量产，2022年底实现前装上车。2022年作为高阶自动驾驶落地元年，行泊一体域控制器正在快速放量。据佐思汽研数据，2021年中国乘用车自动驾驶域控制器年出货量已达到53.9万台，渗透率2.7%，预计2022年渗透率将超过5%，到2025年中国乘用车自动驾驶域控制器年出货量将达到452.3万套，渗透率达到18.7%，核心驱动力为L2+行泊一体域控制器出货量迅猛增长。

6.前视ADAS一体机：L2渗透率快速提升

L2前视一体机市场分为Mobileye阵营和非Mobileye阵营两类。（1）Mobileye主要以“芯片+算法”模式交付，核心算法由Mobileye供应，系统集成由Tier1负责。Mobileye的合作伙伴主要有经纬恒润、安波福、采埃孚等。（2）Tier1全自研的非Mobileye阵营，从核心算法到系统集成都自己做，如博世、大陆等。从市场份额看，根据佐思汽研的数据显示，中国乘用车新车前视系统供应商主要有电装、博世、安波福、科世达、松下、维宁尔、大陆、经纬恒润，CR10市占率超过90%，此外，经纬恒润也是中国乘用车新车前视系统前十名供应商中唯一一家国产厂商，市场份额为3.6%。

预计到2025年前视系统装配率有望超过六成。根据佐思汽研数据，2020年中国乘用车新车前视系统装配量为498.6万辆，同比增长62.1%，其中自主品牌为106.3万辆，同比增长43.9%，占比达到21.4%；合资为390.5万辆，同比增长68.0%，占比达到78.6%；从装配率看，2020年中国前视系统整体装配率为26.4%，同比增加10.9个百分点。其中，自主为16.1%，同比增加6.5个百分点；合资为32.0%，同比增加13.7个百分点。随着前视系统算力提高以及功能的不断增加，预计到2025年，我国乘用车前视系统装配量将达到1,630.5万辆，装配率将达到65.0%。

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