汽車電子架構(gòu)升級，零部件廠商迎來新商機

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/程文智）近幾年來，汽車互聯(lián)網(wǎng)化的趨勢越來越明顯，根據(jù)Strategy Analytics統(tǒng)計，2019年全球售出了4400萬輛互聯(lián)網(wǎng)汽車，互聯(lián)網(wǎng)車輛的滲透率為49%，預(yù)計到2025年，滲透率會上升到73%。汽車互聯(lián)之后，必然會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，特別是自動駕駛汽車出現(xiàn)之后，車輛數(shù)據(jù)的增長是爆炸式的。據(jù)統(tǒng)計，自動駕駛汽車每小時會產(chǎn)生超過4TB的數(shù)據(jù)，其中包括了道路狀況、天氣、周圍物體、交通和街道標(biāo)志等方面的實時數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)必須在車內(nèi)各個部件之間共享，并用于在瞬間做出駕駛決定。

在汽車中，一直依賴一種相對簡單的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，即CAN(Controller Area Network，控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))總線，來協(xié)調(diào)所有的微處理器和電子控制單元（ECU），并通過它來傳輸數(shù)據(jù)。

隨著汽車電子化和互聯(lián)化趨勢的發(fā)展，車上的ECU數(shù)量越來越多，有的車輛上甚至有超過100個不同的ECU，它們都以扁平化的點對點架構(gòu)相互連接，“從架構(gòu)上來看，這種方式叫做分布式的電子信息架構(gòu)。這樣的架構(gòu)不但阻礙了新功能的上市步伐，而且托管在各個ECU中的數(shù)據(jù)非常難以獲取。此外，如果想要修改或更新其中一項功能，就會不可避免地影響到其他輔助設(shè)備。”恩智浦執(zhí)行副總裁兼汽車電子處理器業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Henri Ardevol表示。

那有沒有什么辦法來應(yīng)對這個挑戰(zhàn)呢？

新汽車電子架構(gòu)的優(yōu)勢及挑戰(zhàn)

隨著汽車電子的發(fā)展，車輛數(shù)據(jù)需要更高的信號傳輸效率，更方便的控制，因此，汽車的電子架構(gòu)必須進行調(diào)整，從傳統(tǒng)的分布式電子架構(gòu)向集中的域控制架構(gòu)轉(zhuǎn)變，以便解鎖汽車硬件和軟件的創(chuàng)新周期、提升設(shè)備和數(shù)據(jù)的可獲得性、創(chuàng)造新的用戶體驗。

圖1：基于服務(wù)型架構(gòu)的新型網(wǎng)關(guān)架構(gòu)

在Henri Ardevol看來，新的域控制架構(gòu)中，基本上都是采用MPU解決方案，讓MPU位于各個域中不同類別的ECU層級上，能夠以更加可控的方式加快功能的演進。

這樣一來，對于一些提升用戶體驗的功能來說，如信息娛樂、車身控制等，就可以針對域控制器使用一些簡單的策略實現(xiàn)管理，比原來的分布式網(wǎng)絡(luò)方便很多；從軟硬件的角度看，它對于供應(yīng)商的依賴和工作量也會小很多。因此，領(lǐng)先OEM廠商正在將所有這些設(shè)備和功能視作服務(wù)，然后通過一個服務(wù)平臺進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)更快、更簡潔的部署。

Henri Ardevol拿服務(wù)型網(wǎng)關(guān)舉例說，基于服務(wù)型網(wǎng)關(guān)，涌現(xiàn)出了許多新的用例，比如預(yù)測性維護等?！拔覀兛梢曰谲囕v的基本使用數(shù)據(jù)，提供維護建議和分析結(jié)果。我們還可以基于實時視圖獲取有關(guān)車輛的健康及性能數(shù)據(jù)，進行更加先進的診斷測試?！?br />
當(dāng)然，新的域控制架構(gòu)也面臨著一些挑戰(zhàn)Henri Ardevol將其總結(jié)為四個方面：

一是軟件方面，即軟件的復(fù)雜性和成本。所有這些不同的域，尤其是軟件架構(gòu)之間存在互不兼容的問題。有些解決方案可能來自于移動電話半導(dǎo)體廠商；有些解決方案可能來自于服務(wù)器半導(dǎo)體廠商；有一些解決方案可能來自于筆記本電腦半導(dǎo)體廠商；還有一些解決方案來自于汽車半導(dǎo)體廠商。這樣一來，就需要思考讓所有這些不同來源的軟件彼此兼容、協(xié)同工作的方法，因此，如何提升軟件的可用性是一項必須解決的挑戰(zhàn)。

二是成本方面，即用戶對車輛物料成本的承受能力。得益于眾多創(chuàng)新成果的涌現(xiàn)，新的車型的屏幕做得非常漂亮，而且分辨率可能高達11K。有的車內(nèi)可能安裝了超過20塊屏幕，而有一些車的攝像頭安裝數(shù)量非常多。一些OEM廠商正在談?wù)撝圃斐^20個攝像頭的車，車內(nèi)還可以添加指示功能、車流量提示等等復(fù)雜的功能，或者ADAS。但是，想要將所有這些功能都添加到車內(nèi)，事實上是很困難的。這時還需要考慮最終用戶的承受能力。所以，如何能夠從最經(jīng)濟適用的角度提供一個優(yōu)化的并且成本可承受的方案是第二項挑戰(zhàn)。

三是性能方面。人們對車輛性能的需求越來越高，需要從處理器的角度出發(fā)解決這一問題。

四是功耗管理方面。隨著越來越多功能和資源要求的增加，能源需求也將大幅攀升。而車輛本身的能源預(yù)算是非常有限的。在無論在線還是離線的場景下實施時，對每一個功能管理域的電源進行優(yōu)化和平衡是一大挑戰(zhàn)，尤其未來的新能源市場，能源并不是無限的，所以這是在新的電子電氣架構(gòu)當(dāng)中一個不容忽視的問題。

域控制架構(gòu)解決方案

針對上述挑戰(zhàn)，恩智浦給出了一個解決方案，那就是他們近期開發(fā)的采用了5nm工藝的處理器解決方案。

據(jù)Henri Ardevol介紹，恩智浦的5nm技術(shù)將聚焦在電子座艙、ADAS、動力傳動、底盤、網(wǎng)絡(luò)和車身等幾大領(lǐng)域。采用了臺積電5nm工藝的汽車SoC具有復(fù)雜性低、成本低的優(yōu)勢。預(yù)計首個產(chǎn)品將是一顆針對電子座艙的SoC，預(yù)計2021年會推出樣品。

在5nm產(chǎn)品出來之前，恩智浦還有已經(jīng)在量產(chǎn)的16nm產(chǎn)品車輛網(wǎng)絡(luò)處理器S32G，它可以支持服務(wù)型新網(wǎng)關(guān)，可實現(xiàn)向基于域的高性能整車架構(gòu)轉(zhuǎn)變，“這一架構(gòu)致力于提供10倍的算力和網(wǎng)絡(luò)性能。該芯片具有新一代多核架構(gòu)，并輔助以硬件加速器，降低了軟件復(fù)雜度。更重要的是，它提供了更加出色的功能安全和加密安全?！?Henri Ardevol表示。

據(jù)他介紹，S32G是針對服務(wù)型網(wǎng)關(guān)的產(chǎn)品，特點主要體現(xiàn)在兩個方面，一是高性能，具有4個1GHz的A53核和3個400MHz M7核。另一個是網(wǎng)絡(luò)處理加速的能力。針對服務(wù)型網(wǎng)關(guān)，該芯片有兩個專有的通信加速器，分別是CAN網(wǎng)絡(luò)加速器和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)加速器，這個設(shè)計是目前業(yè)界獨一無二的，而且是全球領(lǐng)先的，能夠很大程度上解決網(wǎng)關(guān)所涉及的快速路由和信息安全的問題，減輕處理器的算力負擔(dān)，降低對于網(wǎng)絡(luò)傳輸和處理性能的要求，使得系統(tǒng)的性能、算力得以很大程度地釋放出來。

此外，S32G除了本身的網(wǎng)關(guān)功能外，還具備了承擔(dān)一些其他功能的能力，從而可以替換兩到三個ECU，特別是在車身控制方面。因此S32G在設(shè)計的時候采用了隔離技術(shù)，通過Hypervisor虛擬機等來實現(xiàn)在一個處理器上同時運行不同的應(yīng)用，這樣也進一步優(yōu)化了成本。

圖2：S32G車輛網(wǎng)絡(luò)處理器的多種用途

他進一步指出，恩智浦針對域控制器的產(chǎn)品不是一顆產(chǎn)品，而是一個系列的產(chǎn)品，這一系列產(chǎn)品是針對不同的域控制器的一些特定的加速要求而設(shè)計的，比如說適用于通用網(wǎng)關(guān)的，稱為S32G，G代表Gateway；針對動力域的，是S32E、S32S、S32Z；針對ADAS域，例如雷達，則是S32R；還有針對簡單的電機控制的控制器，叫S32K等等。

圖3：S32G的應(yīng)用范圍和優(yōu)勢

總結(jié)

汽車電子架構(gòu)的調(diào)整，也將帶來新的機遇，對于整個汽車生態(tài)系統(tǒng)而言，無論是汽車制造商、第三方服務(wù)商，還是半導(dǎo)體廠商來說都會有新的商機。對汽車制造商來說，服務(wù)型網(wǎng)關(guān)為他們提供了從汽車制造商向數(shù)據(jù)服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型的機會，他們將主導(dǎo)把車內(nèi)所有的數(shù)據(jù)及相關(guān)服務(wù)轉(zhuǎn)換成新的商業(yè)機會，而且他們有機會真正促進第三方生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)建，也可以通過新的車輛服務(wù)建立自己的業(yè)務(wù)模型。這些第三方可以是租賃公司、保險公司、移動服務(wù)公司，甚至可以是用戶體驗公司。而半導(dǎo)體廠商則可以根據(jù)這些第三方服務(wù)和特定策略制定自己的策略?？傊?，新的架構(gòu)，將會迎來新的商機。

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