為何 Zonal 分區(qū)架構(gòu)正在顛覆汽車供應(yīng)鏈？

基于 ECU 的傳統(tǒng)架構(gòu)，汽車行業(yè)形成了多層的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)。

汽車行業(yè)的兩大趨勢推動(dòng) Zonal 結(jié)構(gòu)的興起，需要汽車半導(dǎo)體采用更現(xiàn)代化的制程技術(shù)。

行業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，使 OEM 保留汽車品牌差異化和對(duì)駕乘體驗(yàn)的控制。

當(dāng)下，電動(dòng)汽車 (Electric Vehicle，即 EV) 行業(yè)的迅速變革令很多公司都措手不及；對(duì)于汽車公司而言，他們需要做出很多改變，而這些改變的潛在影響不容忽視。本文將深入討論這些變化——過去幾年，制造汽車的基本架構(gòu)發(fā)生了很大的變化，而汽車供應(yīng)鏈的組合方式也隨之改變。

基于 ECU 的傳統(tǒng)架構(gòu)和汽車供應(yīng)鏈

如下圖左側(cè)所示，長期以來，汽車都是組裝而成的。汽車上的電子控制單元 (Electronic Control units，即ECU) 數(shù)量可高達(dá) 100 多個(gè)，但是這些 ECU 并不是由福特等汽車制造商設(shè)計(jì)和制造的。汽車制造商被稱為 OEM，即整車廠/主機(jī)廠（Original Equipment Manufacturer），相當(dāng)于俗稱的代工廠；而汽車行業(yè)的運(yùn)作并不像代工廠那樣一蹴而就。ECU 以前是（對(duì)于依然使用 ECU 的汽車，現(xiàn)在也是）由汽車供應(yīng)鏈中的下一級(jí)公司設(shè)計(jì)的，即一級(jí)供應(yīng)商。

一級(jí)供應(yīng)商是像博世（Bosch）或電裝（Denso）這樣專門從事 ECU 設(shè)計(jì)的公司。不同的 OEM 可能會(huì)使用相同的 ECU，因此 ECU 可以實(shí)現(xiàn)一定程度的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。例如，前擋風(fēng)玻璃雨刮器的實(shí)施方式大同小異，所以在這一方面，福特沒必要使用與通用汽車不同的 ECU。此外，即使是更復(fù)雜的 ECU，如 ABS（Anti-Lock Braking System，防抱死系統(tǒng)），最重要的是確保它們能正常工作，工作方式不同則無足輕重?，F(xiàn)代的 ABS 系統(tǒng)實(shí)際上是由菲亞特發(fā)明的，博世從菲亞特購買了專利后將其命名為 ABS，并賣給整車廠；最先應(yīng)用在高端品牌汽車（如奔馳、寶馬）上，然后逐漸成為標(biāo)配，如今幾乎所有汽車都有 ABS。

長期以來，博世這樣的一級(jí)供應(yīng)商不會(huì)選擇自主設(shè)計(jì)芯片，而是從二級(jí)供應(yīng)商，如恩智浦（NXP）、英飛凌（Infineon）或瑞薩（Renesas）等半導(dǎo)體公司購買微控制器。

這就形成了如上圖所示的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。OEM（如梅賽德斯-奔馳）從一級(jí)供應(yīng)商（如博世）購買 ECU，一級(jí)供應(yīng)商從二級(jí)供應(yīng)商（如英飛凌）購買微控制器等部件。OEM 實(shí)際上只負(fù)責(zé)組裝車輛，并且通常會(huì)自主生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī) （Internal Combustion Engines，即 ICE)。

Zonal 分區(qū)架構(gòu)

然而，上述產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)如今產(chǎn)生了一些問題。隨著汽車中安裝的電子元件越來越多，ECU 的數(shù)量也水漲船高，多得驚人，連接電子元件的線束也愈發(fā)沉重（多數(shù)情況下超過 45 公斤）。同時(shí)，令 OEM 頭疼的問題是，駕駛及乘車體驗(yàn)越來越取決于電子元件，而非他們可控。車輛中集成的電子元件越來越多，超出了 OEM 的控制，這一變化由汽車行業(yè)眼下的兩大趨勢所推動(dòng)：

傳統(tǒng)車企開始陸續(xù)推出電動(dòng)汽車車型

市場對(duì)高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng) (Advanced Diver Assistance System，即ADAS) 的需求不斷增加，自動(dòng)駕駛技術(shù)不斷完善

實(shí)際上，這意味著決定汽車駕乘體驗(yàn)的因素從 ECU 變成了軟件。一輛汽車中可能有 100 個(gè) ECU，但其中大多數(shù)在大部分時(shí)間都處于空閑狀態(tài)（例如，座椅不需要一直調(diào)節(jié)）；當(dāng)然，對(duì)于某些 ECU，例如控制安全氣囊的電子元件，所有人都希望它們能終生保持空閑（但要隨時(shí)待命）。但如果汽車的駕乘體驗(yàn)將主要由軟件決定（請(qǐng)參閱微信文章《行業(yè)洞察 I “軟件定義汽車“時(shí)代需要應(yīng)對(duì)技術(shù)挑戰(zhàn)的同時(shí)維護(hù)獨(dú)有品牌形象》），那么 OEM 就需要開發(fā)自己的軟件。在 2022年德國舉辦的汽車電子大會(huì)上，保時(shí)捷 CEO 表示：

大多數(shù)保時(shí)捷司機(jī)使用 iPhone。因此，最大的問題是如何實(shí)現(xiàn)無縫連接，同時(shí)不把保時(shí)捷的駕乘體驗(yàn)完全交給蘋果。

為此，還需要將車載硬件的數(shù)量從數(shù)百個(gè) ECU 減少到寥寥幾個(gè) 。這種理念叫做 zonal 架構(gòu)（zonal architecture，分區(qū)架構(gòu)），如下圖右側(cè)所示（本圖與文章開頭的圖片相同）。

此外，ADAS 和自動(dòng)駕駛功能需要處理視頻、雷達(dá)和激光雷達(dá)信號(hào)（特斯拉除外），因此需要使用更多的計(jì)算能力。這就是另外一個(gè)重大變化——長久以來，車用半導(dǎo)體集成電路都是用10年前的工藝技術(shù)打造，因?yàn)樗鼈冃阅芎艿?、通常?a href="http://srfitnesspt.com/analog/" target="_blank">模擬器件，且最大的要求就是穩(wěn)定運(yùn)行。畢竟，如果手機(jī)出現(xiàn)故障，我們可以直接重啟，并且可能 3-4 年就會(huì)換新。而汽車出現(xiàn)故障則可能會(huì)造成人員傷亡，即便在幾年后轉(zhuǎn)手，這輛車也還會(huì)行駛 20 年甚至更久。顯然，車用芯片需要在汽車的生命周期內(nèi)始終保持正常運(yùn)行。

因此，汽車半導(dǎo)體，至少是 ADAS/自動(dòng)駕駛元件，已經(jīng)不再使用陳舊的成熟工藝，而是采用更現(xiàn)代化的制程技術(shù)，如 16nm、7nm 和（即將到來的）3nm。這些屬于“汽車”工藝，溫度范圍更大、鑒定數(shù)據(jù)更廣泛，不同于智能手機(jī)應(yīng)用處理器的工藝。而由于是先進(jìn)工藝，它們需要采用高級(jí)設(shè)計(jì)方法。與將一塊 65nm 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品微處理器安裝在小小的電路板上相比，設(shè)計(jì)一塊功能齊全、性能可靠的 7nm 系統(tǒng)級(jí)芯片則大有不同。

行業(yè)結(jié)構(gòu)

這導(dǎo)致汽車行業(yè)的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)變得非常獨(dú)特，需要與嚴(yán)格意義上不屬于汽車行業(yè)的公司對(duì)接或合作，如云數(shù)據(jù)中心公司或智能手機(jī)公司（Apple CarPlay 和 Android Auto）。一些車企仍然與一級(jí)供應(yīng)商合作，但在由誰來供應(yīng)關(guān)鍵部件和軟件這個(gè)問題上，OEM 和一級(jí)供應(yīng)商之間的關(guān)系則變得緊張。同時(shí)，OEM 也在與二級(jí)供應(yīng)商合作，特別是半導(dǎo)體公司。事實(shí)上，部分 OEM（例如特斯拉）和部分一級(jí)供應(yīng)商（如博世、自動(dòng)駕駛公司 Cruise）都在自主設(shè)計(jì)芯片。

無線更新

汽車行業(yè)的另一個(gè)重大變化是，一旦車上安裝了大量軟件，就需要在必要時(shí)進(jìn)行更新，就像在智能手機(jī)或筆記本電腦上一樣幾乎無縫進(jìn)行。畢竟，軟件肯定會(huì)有漏洞。在汽車上的 ECU 只有數(shù)百個(gè)的時(shí)代，汽車軟件在汽車開始生產(chǎn)后，永遠(yuǎn)不會(huì)更新。

總結(jié)

汽車行業(yè)目前面臨兩個(gè)層次的變化：

Zonal 分區(qū)架構(gòu)的變化，高性能的先進(jìn)工藝芯片，無線更新等等

行業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，使 OEM 保留汽車品牌差異化和對(duì)駕乘體驗(yàn)的控制

OEM 需要掌控全局，而不是依賴一級(jí)和二級(jí)供應(yīng)商來決定汽車的駕乘體驗(yàn)和品牌差異化優(yōu)勢。