地平线：国产自动驾驶芯片龙头发展史（深度）
行业深度系列
1.AI芯片独角兽开启自动驾驶征程
1.1. 7年成长，专注AI芯片
地平线是专注于自动驾驶的AI芯片独角兽。2015年成立至今，从地平线7年的发展历程来看，其业务布局始终围绕着以人工智能芯片为核心，在智能驾驶领域快速商业落地的路径。从其产品结构来看，地平线大多产品均服务于赋能汽车智能化，如征程系列的芯片以及Matrix计算平台，为高级别自动驾驶提供稳定可靠的算力支持。
1.1.1. 2015-2017，创业两年，初代芯片诞生
2015年7月，余凯从百度离职创办地平线。地平线创始人余凯有着德国慕尼黑大学计算机系博士学位、西门子中央研究院高级研究科学家等学术科研背景，并在2012年回国后就加入百度并创建了百度研究院，带领团队搭建了百度的深度学习和自动驾驶等突破性项目。2013年，余凯在百度启动了自动驾驶的项目。面对汽车后备箱里的各种线乱糟糟地结成一块，并且车开一段时间就一定要找个地方去散热，余凯感觉到在软件算法和整车之间缺一个东西，这个东西就是芯片。在想清楚这个问题之后，余凯选择了辞职创业，并创立了地平线。地平线秉持着软硬结合的理念，率先提出了聚焦边缘人工智能芯片方向，开始进军智能驾驶以及更广泛的智能物联网领域。
2017年12月20日，地平线发布征程1和旭日1.0。创业两年后，地平线成功发布中国首款全球领先的嵌入式人工智能“中国芯”，以“算法+芯片+云”的旗帜性成果，打造了创新性的中国方案。在中国大饭店举行的“AI芯·时代”发布会上，地平线发布了面向智能驾驶的征程（Journey）1.0处理器和面向智能摄像头的旭日（Sunrise）1.0处理器，奠定了在边缘AI芯片领域的先发优势。这是完全由地平线自主研发的人工智能芯片，采用地平线的第一代BPU架构，具有全球领先的性能：可实时处理 1080p30帧视频，每帧中可同时对200个目标进行检测、跟踪、识别，典型功耗1.5W，每帧延时小于30ms。
征程系列落地自动驾驶，旭日系列面向AI边缘计算。“征程 1.0”面向智能驾驶，能够同时对行人、机动车、非机动车、车道线、交通标志牌、红绿灯等多类目标进行精准的实时监测与识别，满足车载严苛的环境要求以及不同环境下的视觉感知需求。“旭日1.0”则面向智能摄像头，能够在本地进行大规模人脸抓拍与识别、视频结构化处理等，可广泛用于商业、安防等多个实际应用场景。此外，旭日1.0在一年多的时间里，落地出货量就超过了10万片，作为一个芯片行业的新军，一代芯片就能到达这样的销量实属不易。
1.1.2. 2019-2020，芯片上车
2019年8月，地平线宣布正式推出中国首款车规级AI芯片——征程2。征程2可提供超过4TOPS 的等效算力，典型功耗仅2瓦，能够高效灵活地实现多类AI任务处理，对多类目标进行实时检测和精准识别。征程2充分体现BPU架构强大的灵活性，全方位赋能汽车智能化。征程2还可以更高性能更灵活地实现多类AI任务，例如通过调整模型结构，实现精度和延迟的权衡。当然，与J1最本质的区别，毫无疑问是“车规级”。车规级是汽车行业质量控制的通行标准，该标准由美国汽车电子委员会AEC制订。对于自动驾驶供应商，通过车规级，则代表从测试阶段真正走进规模化商用阶段，可以把自动驾驶能力真正带给汽车，也真正推向千家万户。在智能驾驶领域，地平线是第一家中国汽车芯片初创公司拿到了前装量产的准入资格。征程二代的发布不仅实现了中国车规级AI芯片量产的零突破，也补齐了国内自动驾驶产业生态建设的关键环节。
征程二代在长安旗舰车型首秀。之后的2020年6月，搭载地平线征程2的长安旗舰车型UNI-T正式上市，征程2成为首个上车量产的国产AI芯片，地平线也正式开启车规级AI芯片的前装量产元年。该款车型定位于“未来科技量产者”，是首款搭载国产人工智能芯片的智能汽车，提供了智能场景功能，例如上车专属问候、视线亮屏、智能语音拍照等。
征程二代后续上车范围广泛。半年内，征程2出货量超过10万，验证了地平线在车规级芯片领域的量产能力。2020年9月份，继征程2在长安UNI-T上实现前装量产，搭载征程2的纯电SUV奇瑞蚂蚁上市，实现了L2+级自动驾驶。此外，地平线已同长安、上汽、广汽、一汽、理想汽车、奇瑞汽车、长城汽车等国内主机厂以及奥迪、大陆集团，佛吉亚等国际知名主机厂及Tier1深度合作，快速构建智能汽车芯生态。目前，征程2已上车的车型有长安UNI-T、长安UNI-K、长安UNI-V、奇瑞蚂蚁、智己汽车、广汽埃安AION Y、广汽传祺GS4 Plus、东风岚图FREE、江淮汽车思皓QX、上汽大通MAXUS MIFA概念车等等。
2019年10月，地平线发布旭日2.0。地平线于2019年10月发布了新一代AIoT智能应用加速引擎——旭日2.0边缘AI芯片及一站式全场景芯片解决方案。采用BPU伯努利1.0架构，可提供4TOPS等效算力，能够高效灵活实现多类AI任务处理，对多类目标进行实时检测和精准识别。同时，地平线再次强调了其智能物联战略，即通过芯片架构创新重新定义效能比，打造一站式全场景解决方案，以底层技术赋能构建开放生态，不做上层业务应用，助力产业参与者应对普惠AI时代的数据计算挑战。
新一代小米智能摄像机内置地平线旭日2边缘AI芯片。智能物联网是未来的趋势所向，海量的碎片化场景与计算需求将使云端计算的负荷成倍增长。旭日处理器强大的边缘计算能力，可在帮助设备高效处理本地数据的同时，兼顾隐私保护。拥有4TOPS AI算力，支持人形侦测、宠物检测等多种AI算法。得益于地平线芯片强大的本地化AI能力，小米智能摄像机的检测和识别精度得到了全面提升，实现了智能家居场景体验的全面提升。
2020年1月，地平线Matrix 2自动驾驶计算平台在CES 2020上正式发布。Matrix 2搭载征程2车规级芯片，可结合深度学习感知技术，在被动散热的硬件上实现强大的感知计算能力，为高级别自动驾驶提供稳定可靠的算力支持。提供单路和四路输入的两种选择，可满足模块化需求。
迭代后的Matrix 2具备更高性能、更低功耗和成本等特点。相比上一代，Matrix 2在性能方面装配有16TOPS的等效算力，而其功耗仅为原来的 2/3。在感知层面，Matrix 2可支持包括摄像头、激光雷达等在内的多传感器感知和融合，低延时实现最多23类语义分割以及五大类目标检测。此外，Matrix 2还能做到即装即用，内嵌算法在极端气候下也能稳定输出感知结果，非常适合自动驾驶公司快速装车，扩充车队规模。无论是在Robotaxi领域，还是在整车厂、自动驾驶初创领域，Matrix强大的感知能力都得到了广泛而深层次的应用和验证。例如，在Robotaxi领域，地平线与多家顶级自动驾驶运营公司达成合作，Matrix被应用于近千辆的测试车队并开已开展商业运营服务。在整车厂领域，地平线与奥迪长期在高级别自动驾驶技术研发及产品化等方面展开合作，助力奥迪在无锡获得了L4路测牌照，并赋能奥迪中国首次在国内实际高速公路场景进行乘用车编队L4自动驾驶及车路协同演示。
2020年9月，地平线正式推出征程3芯片，以全新数字发动机助推汽车智能化。征程3是地平线基于自研的BPU2.0架构，针对高级别辅助驾驶场景推出的新一代高效能车规级AI芯片，符合AEC-Q100。征程3不仅支持基于深度学习的图像检测、分类、像素级分割等功能；也支持对H.264和H.265视频格式的高效编码，是实现多通道AI计算和多通道数字视频录像的理想平台，例如可实现高级别辅助驾驶（ADAS），自动泊车辅助（APA）等功能。和征程2相比，征程3在工艺上，从28纳米升级到了16纳米，在功耗没有增加的前提下，在算力上提升了至少20%，SoC中的通用计算的算力也提升了1倍。此外，征程3通过了更加严苛的车规认证。
之后的2021年5月，征程3量产首发理想ONE。2021 款理想ONE使用了两颗地平线征程3自动驾驶专用芯片，在原有的L2级辅助驾驶基础上，实现了NOA导航辅助驾驶的功能。理想汽车成为首家基于国产AI芯片实现NOA导航辅助驾驶全栈自研的汽车企业，同时这也是征程3芯片的首次量产上车。此外，2021款理想ONE还搭载了基于地平线征程2的NPU计算平台实现全车语音交互。此外，哪吒U·智亦搭载了征程3芯片，彰显科技新国潮的技术自信。
同样是2020年9月，地平线推出全新一代AIoT边缘AI芯片——旭日3。旭日3是地平线针对AIoT场景，推出的新一代低功耗、高性能的AI处理器：集成了地平线最先进的伯努利2.0架构AI引擎(BPU)，可在仅需2.5W的功耗的情况下，提供5TOPS的等效算力。新的BPU架构极大提升了对先进CNN网络架构的支持效果，以及极大降低了AI运算对DDR带宽的占用率。辅以地平线天工开物AI开发平台，极大简化算法开发与部署过程，降低AI产品的落地成本。得益于第二代更强大的BPU核心，以及对于DRR大带宽的支持和编译器对于算法的高效优化，旭日3系列的算力利用率高达95%，达到了业界领先地位。
扫地机器人是AIoT领域落地最广的终端产品之一。科沃斯的新款扫拖机器人——地宝X1家族采用了地平线的旭日3.0芯片，这是业内首款搭载了人工智能专用处理器的扫拖机器人。
1.1.3. 2021至今，跻身头部公司行列
2021年7月，地平线发布征程5.0。2021年7月，地平线的开放生态战略再升级，面向整车智能的高性能大算力芯片征程5发布。征程5是地平线第三代车规级产品，也是国内首颗遵循ISO 26262功能安全认证流程开发，并通过ASIL-B认证的车规级AI芯片，基于最新的地平线BPU贝叶斯架构设计，可提供高达128TOPS等效算力，较上一代有极大幅度的提升。外部接口丰富，可接入超过16路高清视频输入，依托强大异构计算资源，不仅适用于最先进图像感知算法加速，还可支持激光雷达、毫米波雷达等多传感器融合。支持预测规划以及H.265/JPEG实时编解码，是面向高级别自动驾驶及智能座舱量产的理想选择。在发布会的现场，地平线便宣布了与上汽集团、长城汽车、江汽集团、长安汽车、比亚迪、哪吒汽车、岚图汽车众多汽车厂商达成征程5芯片首发量产合作意向，并与理想汽车达成基于征程5的预研合作，加快推动高等级自动驾驶功能的普及上车。2022年5月13日，地平线获得一汽红旗全新车型项目应用。
伴随征程5的发布，地平线也推出了全场景智能驾驶计算平台Matrix 5。搭载4颗征程5，Matrix5 单板算力达512TOPS，双板联合可达1024TOPS。Matrix 5是业界领先的面向下一代软件定义汽车的中央AI计算平台。Matrix 5将助力Tier1，ODM以及OEM客户完全释放AI潜能，打造出极具竞争力的解决方案，应对高阶自动驾驶以及智能座舱多模人机交互HMI的多样化需求。在很短的时间内，地平线就与大陆集团、东软睿驰、立讯集团、联成开拓，四家Tier1和ODM首发合作伙伴分别完成了四款基于Matrix 5参考设计的硬件设计和样件制作。
1.2. 一级市场炙手可热的标的
地平线成为一级市场炙手可热的标的。地平线从创办之初就受到了红杉资本、高瓴资本、线性资本等众多顶级资本的青睐。从2020年12月到2021年6月，地平线以每月一次的密集节奏完成了7期合计超过27亿美元的C轮系列融资。梳理地平线大C轮融资，目前已公布的投资机构数量就已经超35家。尚未公布的投资方数量同样庞大，几乎囊括了市场上大部分活跃的专业机构和产业资本。C轮系列融资后，地平线集结了一支史上最强的VC/PE和产业资本队伍，估值高达50亿美元（约合人民币320亿元），跻身独角兽行列。
2. 主要产品已跻身行业前列，主打高计算效率
地平线目前芯片算力已跻身行业前列。以目前为节点，上市的主流芯片厂商产品中，地平线J5单颗算力已达到128TOPS，适用L4级别，同期单颗算力更高的仅为英伟达的Orin。可以看出，目前地平线的产品算力已经达到市场领先水平，跻身行业前列。
预埋L4级别算力，放眼未来。随着自动驾驶向更高级别发展，且应用的范围也从特定场景延伸至一般场景，汽车需要感知、预测的环境复杂度快速提升。但与消费电子芯片不同，汽车的更新换代周期远长于消费电子，仅就满足当下需求的产品是难以抢占市场的，而需要为更高级别的自动驾驶落地预留算力。地平线J5目前已为L4级别的智能驾驶预埋算力，做到了提前卡位。
主打ASIC，相比英伟达的通用型架构功耗更低。单纯从算力而言，英伟达的芯片大多领先于同时代竞争对手芯片。作为GPU领域的王者，英伟达在汽车芯片领域沿用了这一架构。他的好处很明显，软硬一体的通用型，在新的应用场景出现时有现成的软硬件可以使用，只需要写算法来做验证。但缺点也是很明显的，功耗大，面积高，算力利用率较低。针对长尾应用场景，通用化的做法或是最优解，但面对足够大的单一场景，例如智能驾驶，专用芯片ASIC就有独特的优势。
专用芯片在实际处理效率上优于通用芯片。就拿英伟达的Orin和地平线J5相比，J5通过自研的贝叶斯 BPU计算架构，融合最新的神经网络算法，让128TOPS算力的芯片可以只用30瓦的计算功耗就能够完成任务。虽然在整体性能上与Orin的256TOPS，55瓦功耗不相伯仲。但在自动驾驶高效率模型下，同精度下J5的性能为Orin的268%，能效为Orin的870%。
3. 开放生态，加速商业落地
与时间赛跑，加速商业落地。为了能在与英伟达的比拼中获得优势地位，地平线加快了征程6.0的开发，征程6.0的算力将超过512TOPS，并预计在2023年推出，比之前的规划整整快了1年。作为一家根植于中国的公司，核心研发团队深耕中国市场，随着国产化热潮的到来，我们认为具备本土化服务能力将有利于提高地平线相对国外对手的竞争优势。
开放的生态助力未来扩张。我们在Mobileye的报告里提到，随着自动驾驶特别是L3、L4的到来，主机厂对算法的参与程度明显提升，软件定义汽车使得全栈自研越来越成为趋势，算法的先进与否直接决定了市场份额。若芯片厂商沿用Mobileye的“黑盒”策略，车企无法看到算法运算过程，将会设的供应商技术限制车企技术的发展。不同于Mobileye的封闭，地平线采用开放的交付模式，一开始就把自己定位于Tier 2，不仅向车企、也向Tier1提供底层的芯片和算法，也可以提供开放的工具链帮助合作伙伴打造自己的应用软件能力，同时地平线还打造了开源的实时操作系统Together OS，并尝试向部分整车厂开放BPU IP授权。
与创达成立合资公司，提前卡位布局。2022年4月18日，中科创达与地平线宣布成立合资公司，合资公司将由中科创达控股，聚焦智能驾驶赛道。合资公司将依托地平线车规级AI芯片助力主机厂及Tier1打造开放的自动驾驶平台，作为地平线的“授权软件服务商”为客户提供算法集成与优化、软件适配与开发等服务。双方还将以合资公司为基础，依托双方在操作系统与芯片领域的优势将合作拓展至泛机器人领域。创达是国内领先的智能汽车服务商，与顶尖服务商的合作有助于地平线适配更多的厂商和车型，扩充能力范围。
合规声明：本文节选自已经入库的正式研究报告，如需报告原文请后台留言。
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