智能駕駛區(qū)域控制架構(gòu)和中央計(jì)算平臺(tái)的設(shè)計(jì)的技術(shù)挑戰(zhàn)

1. EE架構(gòu)演進(jìn)趨勢(shì)

近年來(lái)，汽車智能化、電動(dòng)化的發(fā)展，極大的提升了用戶體驗(yàn)，也觸發(fā)了整車傳感器數(shù)量和數(shù)據(jù)的倍增，芯片算力、存儲(chǔ)容量、通信帶寬和軟件功能不斷突破新高。

傳統(tǒng)分布扁平式的EE架構(gòu)由于缺乏主導(dǎo)分層融合的主節(jié)點(diǎn)，新需求引入的功能升級(jí)只能以獨(dú)立子系統(tǒng)（ECU+傳感器+執(zhí)行器）形式疊加到原有架構(gòu)，導(dǎo)致富余的硬件資源浪費(fèi)、線束布置復(fù)雜、基礎(chǔ)軟件難以標(biāo)準(zhǔn)化、上層應(yīng)用邏輯復(fù)雜等問(wèn)題，這些都會(huì)給主機(jī)廠帶來(lái)極大的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、制造成本和售后維護(hù)的挑戰(zhàn)。

為應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，必須首先升級(jí)現(xiàn)有EE架構(gòu)，通過(guò)硬件資源共享、軟件標(biāo)準(zhǔn)化，簡(jiǎn)化整車布置，達(dá)到整車輕量化和功能優(yōu)化整合的目標(biāo)，從而推進(jìn)軟件定義汽車的落地，以實(shí)現(xiàn)豐富且差異化的用戶體驗(yàn)。

鑒于此，EE架構(gòu)的演進(jìn)趨勢(shì)紛紛走向中央計(jì)算（算力/存儲(chǔ)/通信集中），區(qū)域控制（傳感器/執(zhí)行器）的架構(gòu)形態(tài)（Zonal EEA）；這種新架構(gòu)形態(tài)也體現(xiàn)了類生物特征的設(shè)計(jì)理念（中央大腦/區(qū)域手腳），相信這種理念也更有助于汽車智能化的發(fā)展。

聯(lián)合電子從2017年初便啟動(dòng)了中央計(jì)算/區(qū)域控制平臺(tái)的研發(fā)工作。Zonal EEA在整車設(shè)計(jì)、制造成本、快速落地、輕量化等方面已取得一定優(yōu)勢(shì)；但同時(shí)，Zonal EEA因其系統(tǒng)成熟度、已有架構(gòu)兼容性和車型配置等多方面的原因，也會(huì)經(jīng)歷分階段的迭代演進(jìn)，我們把這種迭代演進(jìn)分為Zonal EEA1.0/2.0/Evolution三個(gè)階段。

1.1 Zonal EEA1.0

Zonal EEA1.0的架構(gòu)特征，一般以當(dāng)前域集中架構(gòu)形成的三域（整車控制、智能駕駛、智能座艙）為基礎(chǔ)，打破功能域邊界，運(yùn)用物理分區(qū)，邏輯分層的方法論，把整車管理、邏輯運(yùn)算等核心功能集中放入中央計(jì)算平臺(tái)；把整車配電、硬件I/O、區(qū)內(nèi)通訊、安全隔離和指令執(zhí)行等功能縱向拆分至車身各區(qū)域控制器，形成“3+N”的落地方案，即三個(gè)中央計(jì)算平臺(tái)和多個(gè)區(qū)域控制器。

Zonal EEA1.0的架構(gòu)由于缺乏大量的借鑒經(jīng)驗(yàn)和實(shí)車論證，智能座艙和智能駕駛的外圍攝像頭、雷達(dá)等傳感器，因?qū)崟r(shí)性和區(qū)域處理能力的限制，目前傳感器大部分采用直接接入中央計(jì)算平臺(tái)的相對(duì)保守方案。

1.2 Zonal EEA2.0

隨著Zonal EEA1.0架構(gòu)逐漸得到論證，中央三域計(jì)算平臺(tái)（整車控制、智能駕駛、智能座艙）在Zonal EEA2.0的架構(gòu)階段，為了進(jìn)一步功能融合、資源共享、提升用戶體驗(yàn)、以及應(yīng)對(duì)多變的市場(chǎng)需求，不同主機(jī)廠根據(jù)自身情況，可能會(huì)采取不同的融合架構(gòu)形態(tài)；如智控+智艙融合、智控+智駕融合、智駕+智艙融合，Zonal EEA2.0將會(huì)是一個(gè)多樣化的架構(gòu)形態(tài)。

區(qū)域控制器方面會(huì)根據(jù)攝像頭、雷達(dá)、顯示、Telematics（4G/5G/V2X/WIFI/GNSS.。.）等子系統(tǒng)的實(shí)車論證結(jié)果，進(jìn)一步朝著就近接入?yún)^(qū)域的方向發(fā)展，形成區(qū)域網(wǎng)關(guān)。

1.3 Zonal EEA Evolution

經(jīng)歷多樣化的Zonal EEA2.0架構(gòu)形態(tài)后，是否再高度整合為一個(gè)中央計(jì)算平臺(tái)，即Zonal EEA Evolution階段，關(guān)鍵還得取決于主機(jī)廠對(duì)市場(chǎng)的消費(fèi)引導(dǎo)和Zonal EEA Evolution帶來(lái)的用戶體驗(yàn)，以及目標(biāo)市場(chǎng)的車型配置情況。目前已有少量主機(jī)廠開(kāi)始了這方面的研究與嘗試。

2. 技術(shù)挑戰(zhàn)

為了實(shí)現(xiàn)Zonal EEA，中央計(jì)算平臺(tái)的設(shè)計(jì)會(huì)面臨哪些挑戰(zhàn)呢？目前看來(lái)，主要有以下幾方面：

2.1 跨域整合能力

中央計(jì)算平臺(tái)采用高算力的異構(gòu)芯片，需要在不同芯片上進(jìn)行整車功能部署、算力/存儲(chǔ)等資源的劃分。這需要具備網(wǎng)關(guān)車身，動(dòng)力底盤(pán)、輔助駕駛等設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行良好的系統(tǒng)、硬軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，便于芯片迭代，模塊復(fù)用及多方軟件集成。

此外，還需要建立持續(xù)集成與交付的軟件開(kāi)發(fā)體系，實(shí)現(xiàn)多方軟件的快速迭代。同時(shí)還需具備完善的仿真測(cè)試能力，以支持各功能域的場(chǎng)景仿真，功能集成與驗(yàn)證與問(wèn)題定位。

2.2 資源池化

中央計(jì)算平臺(tái)由于整車功能和計(jì)算的復(fù)雜性，必然存在多組MCU/SOC、存儲(chǔ)設(shè)備以及各種傳感器模塊，這些資源如果不通過(guò)資源池化共享的方式，充分利用，那么中央計(jì)算平臺(tái)僅僅是硬件的堆疊，而失去了Zonal架構(gòu)設(shè)計(jì)的初衷。

中央計(jì)算平臺(tái)的可資源池化的有CPU池、存儲(chǔ)池及I/O池等；資源池化的性能發(fā)揮取決于通信帶寬、通信延時(shí)和信號(hào)轉(zhuǎn)換效率，猶如大腦內(nèi)部的通信纖維束板-胼胝體，同步大腦左右半球信息。這些通信指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，受制于通信技術(shù)的選擇和上層通信協(xié)議。

SOC片內(nèi)多核的CPU算力池，目前最好的方式是通過(guò)芯片內(nèi)高速總線和共享內(nèi)存/IPC直接互通；多組SOC形成的CPU算力池，大容量存儲(chǔ)陣列（如SSD…），以及眾多傳感器資源則需要依賴外部通信技術(shù)來(lái)支撐互通；如PCIe、Multi-Gig Ethernet、TSN/DDS等多協(xié)議的組合應(yīng)用是解決中央計(jì)算平臺(tái)通信的首選方案和關(guān)鍵技術(shù)。

2.3 開(kāi)放式平臺(tái)

開(kāi)發(fā)式平臺(tái)是中央計(jì)算平臺(tái)必須具備的另一特性，也是軟件定義汽車思想的落腳點(diǎn)。所謂的開(kāi)放式平臺(tái)特征主要反映在兩方面：

1）穩(wěn)定可擴(kuò)展的硬件系統(tǒng)

從CPU算力、存儲(chǔ)容量、接口形式、機(jī)械結(jié)構(gòu)各方面，硬件系統(tǒng)都需要具備非常靈活的可擴(kuò)展性，具備快速衍生以適配各種車型配置。

VCP-整車中央計(jì)算平臺(tái)

2）開(kāi)放的軟件生態(tài)

基礎(chǔ)軟件層面：提供穩(wěn)定的操作系統(tǒng)，底層驅(qū)動(dòng)，虛擬化環(huán)境；依據(jù)芯片架構(gòu)和硬件特性，優(yōu)化傳感器數(shù)據(jù)處理、AI算法布署，充分挖掘硬件算力，同時(shí)保障整車全生命周期的功能安全及信息安全。

中間件層面：應(yīng)具備統(tǒng)一的中間件技術(shù)和服務(wù)接口SOA軟件環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議以及為上層應(yīng)用做到嚴(yán)格監(jiān)控和全方面設(shè)防，并向上能給應(yīng)用層提供良好的通信及同步機(jī)制，便于應(yīng)用布署和移植。

編輯：黃飛