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智能汽車電子構(gòu)架變革：從ECU到域控制器，再到超級(jí)計(jì)算機(jī)

2019-04-10 10:32:02·  來(lái)源：智車科技  
　
在數(shù)字化重塑的浪潮下，一場(chǎng)深刻的汽車電子電氣（E/E）構(gòu)架變革正在醞釀，汽車行業(yè)正在沿著當(dāng)年P(guān)C和手機(jī)行業(yè)走過(guò)的路邁向智能時(shí)代。這背后將折射出怎樣的技術(shù)挑
在數(shù)字化重塑的浪潮下，一場(chǎng)深刻的汽車電子電氣（E/E）構(gòu)架變革正在醞釀，汽車行業(yè)正在沿著當(dāng)年P(guān)C和手機(jī)行業(yè)走過(guò)的路邁向智能時(shí)代。這背后將折射出怎樣的技術(shù)挑戰(zhàn)、行業(yè)變局與應(yīng)對(duì)措施？只有把視野放在在機(jī)器人時(shí)代宏大的敘事背景下，我們才能看到這場(chǎng)智能汽車電子構(gòu)架變革之于時(shí)代的全部意義?？吹节厔?shì)并不難，難的是自我革命，誰(shuí)能更堅(jiān)決地?fù)肀н@一趨勢(shì)，誰(shuí)就能贏得汽車行業(yè)百年巨變的競(jìng)爭(zhēng)。

本文為地平線市場(chǎng)拓展與戰(zhàn)略規(guī)劃副總裁李星宇在雷鋒網(wǎng)大咖live上的演講，智車科技整理，內(nèi)容有改動(dòng)。李星宇，地平線市場(chǎng)拓展與戰(zhàn)略規(guī)劃副總裁，自動(dòng)駕駛行業(yè)專家，前飛思卡爾應(yīng)用處理器汽車業(yè)務(wù)高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理、原士蘭微電子安全技術(shù)專家，16年半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

以下是本文幾個(gè)關(guān)鍵結(jié)論：
1.  智能汽車將將成為一部移動(dòng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)兼數(shù)據(jù)中心，是IT史上最復(fù)雜的單一產(chǎn)品，將誕生新的Wintel。
2.  新的E/E構(gòu)架商業(yè)化落地時(shí)間大約在2025年。
3.  組織變革是OEM在這場(chǎng)技術(shù)革命中面臨的最大挑戰(zhàn)。
4.  智能汽車作為移動(dòng)自主機(jī)器的第一形態(tài)，將撬動(dòng)比自身市場(chǎng)大得多的商業(yè)價(jià)值。
5.  E/E構(gòu)架變革四大趨勢(shì)：計(jì)算集中化、軟硬件解耦、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化以及功能定制化。
6.  新的E/E構(gòu)架將基于中央計(jì)算機(jī)-層-區(qū)的概念構(gòu)建，體現(xiàn)服務(wù)導(dǎo)向構(gòu)架（SOA）的理念。
7.  新的E/E構(gòu)架將使OEM在與領(lǐng)先的Tier1的博弈中重新贏得主動(dòng)權(quán)。
8.  AI邊緣計(jì)算芯片是技術(shù)制高點(diǎn)，需要越過(guò)成本、功耗和性能的臨界點(diǎn)。

智能汽車E/E構(gòu)架所面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)


在整個(gè)汽車智能化浪潮下，汽車電子軟件開發(fā)量增長(zhǎng)驚人，目前先進(jìn)的智能汽車的代碼量達(dá)到了2億行，已經(jīng)超越了IT史上任何一件產(chǎn)品，預(yù)計(jì)未來(lái)L5自動(dòng)駕駛軟件代碼量將突破10億行。汽車電子軟件爆炸式增長(zhǎng)，對(duì)電子電氣構(gòu)架帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。


90年代初，一輛汽車上平均MCU個(gè)數(shù)不足10個(gè)，而現(xiàn)在一輛車的MCU超過(guò)了100個(gè)，高端汽車的MCU甚至達(dá)到了300個(gè)。MCU數(shù)量迅速增長(zhǎng)下，會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題。智能汽車ADAS功能越來(lái)越復(fù)雜，ECU性能面臨瓶頸。封閉式的網(wǎng)絡(luò)成為傳感器數(shù)據(jù)傳輸天然的障礙，ECU功能協(xié)同困難，系統(tǒng)互斥的情況。

博世、德爾福等領(lǐng)先的Tier1提出“域控制器”的概念，對(duì)ECU框架進(jìn)行優(yōu)化， 根據(jù)汽車電子部件功能將整車劃分為動(dòng)力總成，車輛安全，車身電子，智能座艙和智能駕駛等幾個(gè)域，利用處理能力更強(qiáng)的多核CPU/GPU芯片相對(duì)集中的去控制每個(gè)域，以取代目前的分布式汽車電子電氣架構(gòu)（EEA）。


今天，E/E構(gòu)架設(shè)計(jì)面臨四大挑戰(zhàn)：功能安全、實(shí)時(shí)性、帶寬瓶頸、算力黑洞。智能汽車E/E構(gòu)架正從分布式走向集中式；其終極形態(tài)將是超級(jí)中央計(jì)算機(jī)，這其中包括四個(gè)關(guān)鍵趨勢(shì)：計(jì)算集中化、軟硬件解耦、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化以及功能定制化。


智能汽車電子電氣構(gòu)架發(fā)展趨勢(shì)

1.計(jì)算集中化：服務(wù)導(dǎo)向的系統(tǒng)構(gòu)架（SOA）將成為主流，為軟件提供高性能實(shí)時(shí)計(jì)算平臺(tái)，在這樣一個(gè)大的理念下，將催生真正的汽車大腦：超級(jí)中央計(jì)算機(jī)。并與MEC（多接入邊緣計(jì)算）以及云計(jì)算組成協(xié)同式解決方案，避免車端算力需求無(wú)限增長(zhǎng)。

伴隨著計(jì)算集中化，產(chǎn)生了一個(gè)新的概念：區(qū)控制(zonecontrol)，與目前流行的域控制器概念有本質(zhì)不同。拿軍事打個(gè)比方，域概念就像是按照職能劃分海陸空三軍（電源域、底盤域、娛樂(lè)域、安全域），并且有獨(dú)立的作戰(zhàn)權(quán)，但不能彼此共享資源，而區(qū)概念則是按照戰(zhàn)區(qū)進(jìn)行組織劃分，與中央計(jì)算機(jī)形成了聯(lián)合作戰(zhàn)司令部+戰(zhàn)區(qū)的概念，協(xié)同性和執(zhí)行效率將得到質(zhì)的飛躍。


豐田提出“區(qū)概念”（Central& Zone）方案，通過(guò)ECU集成降低成本，具有空間優(yōu)勢(shì)、輕量化、車型覆蓋多、可擴(kuò)展性特點(diǎn)，其目標(biāo)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的軟件插件和實(shí)現(xiàn)物理層變化的本地化。

2.軟硬件解耦：SOA構(gòu)架還將產(chǎn)生硬件抽象層（HAL）的概念，硬件不再被某個(gè)功能獨(dú)享，例如，一顆前視攝像頭過(guò)去可能被AEB/ACC系統(tǒng)獨(dú)占，但現(xiàn)在，任何車載功能都能調(diào)用這顆攝像頭，這意味著一個(gè)獨(dú)立的感知層會(huì)出現(xiàn)，成為一種公用資源。

今天，功能安全是智能汽車面臨的最大挑戰(zhàn)之一，如果按照分布式的構(gòu)架，為每個(gè)功能增加獨(dú)立的安全冗余硬件，簡(jiǎn)直就是一場(chǎng)成本災(zāi)難，但基于新設(shè)計(jì)構(gòu)架，可以將所有的硬件資源與應(yīng)用打通，將有更多的安全路由選擇，為功能安全以經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)開辟一條新的道路。

在供應(yīng)鏈管理方面，因?yàn)槊糠N資源都有很多獨(dú)立供應(yīng)商，OEM將有更多的選擇，而不像選擇域控制器供應(yīng)商那樣打包購(gòu)買,讓OEM跟領(lǐng)先的Tier1的博弈之間重新贏得主動(dòng)權(quán)。

3.平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化：在未來(lái)，OEM可能只會(huì)開發(fā)一個(gè)電動(dòng)汽車平臺(tái)，覆蓋低端車型、中端和高端車型。主機(jī)廠將打造自己的硬件平臺(tái)，并滿足三個(gè)原則：通用性、標(biāo)準(zhǔn)化以及互操作性，它使得智能汽車行業(yè)的協(xié)同進(jìn)化變得更加高效。
更重要的原因來(lái)自商業(yè)考慮：錢！開發(fā)這樣的智能平臺(tái)可能需要編寫超過(guò)3億行代碼，比Windows操作系統(tǒng)要高一個(gè)數(shù)量級(jí)，開發(fā)并維護(hù)多個(gè)平臺(tái)在經(jīng)濟(jì)上不可行。


大眾和福特已經(jīng)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域共享MEB平臺(tái)，以降低開發(fā)成本。近日，戴姆勒與寶馬宣布合作，共同開發(fā)自動(dòng)駕駛技術(shù)，以降低開發(fā)成本，并建立自動(dòng)駕駛標(biāo)準(zhǔn)。

隨著這一趨勢(shì)深入發(fā)展，很可能會(huì)出現(xiàn)類似PC行業(yè)的Wintel平臺(tái)，進(jìn)而形成一個(gè)面向智能汽車的生態(tài)系統(tǒng)，這一通用平臺(tái)將被大多數(shù)OEM采用，正如我們?cè)赑C和手機(jī)行業(yè)看到的那樣。

4.功能定制化：智能化是未來(lái)品牌差異化的核心要素，主要是通過(guò)增加軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。在未來(lái)，OEM交付的汽車將不是一個(gè)功能固化的產(chǎn)品，而是一個(gè)持續(xù)進(jìn)化的機(jī)器人，Tesla最近通過(guò)OTA升級(jí)發(fā)布的“哨兵模式”和“狗狗模式”非常生動(dòng)地體現(xiàn)了這一點(diǎn)。
未來(lái)的智能汽車將有一個(gè)開放的應(yīng)用平臺(tái)

幾乎可以肯定的是，智能汽車是IT史上軟硬件開發(fā)量最大的單一產(chǎn)品，將引領(lǐng)IT工業(yè)邁入億級(jí)代碼+千T級(jí)算力的時(shí)代。

智能汽車所需要的軟件代碼量遠(yuǎn)超IT史上任何一個(gè)產(chǎn)品
  
領(lǐng)先者的實(shí)踐案例：特斯拉、安波福、通用等

預(yù)測(cè)未來(lái)的最好方法就是去創(chuàng)造它，特斯拉、安波福、GM以及寶馬等是這場(chǎng)變革的先行者。

根據(jù)安波福的規(guī)劃，這種轉(zhuǎn)變是分階段進(jìn)行的。2022年將會(huì)推出一個(gè)混合構(gòu)架，把PDC（電源數(shù)據(jù)中心）整合到傳統(tǒng)的車載E/E構(gòu)架中。到2025年，將實(shí)現(xiàn)開放式中央計(jì)算機(jī)的構(gòu)架。

安波福的中央計(jì)算構(gòu)架定義

最激進(jìn)的車廠非特斯拉莫屬，在Model 3的E/E構(gòu)架中，域控制器的概念被區(qū)控制替代，整個(gè)構(gòu)架僅由三大模塊構(gòu)成。

博世的漸進(jìn)式路線從域的集中化開始演進(jìn)，終極目標(biāo)一樣是車載中央計(jì)算機(jī)。

博世的漸進(jìn)式路線

寶馬在E/E構(gòu)架方面的變化清晰地折射出計(jì)算集中化的趨勢(shì)。

寶馬規(guī)劃的下一代E/E構(gòu)架

根據(jù)麥肯錫的預(yù)測(cè)，未來(lái)汽車品牌差異化要素主要體現(xiàn)在信息娛樂(lè)功能、自動(dòng)駕駛能力以及功能安全方面。而寶馬也同樣認(rèn)為下一代E/E架構(gòu)越往上層，差異化潛力越大。因此，未來(lái)軟件將是差異化競(jìng)爭(zhēng)的核心。車廠可以通過(guò)軟件提供差異化體驗(yàn)，而這些軟件應(yīng)用可以來(lái)自第三方開發(fā)，比如智能交互、語(yǔ)音等。汽車電子軟件的開發(fā)與發(fā)布模式，與現(xiàn)在的移動(dòng)設(shè)備APP有高度類同，漸漸地從封閉開發(fā)走向生態(tài)協(xié)同進(jìn)化。


智能化重塑挑戰(zhàn)

對(duì)于OEM來(lái)說(shuō)，這是一次徹底的顛覆，將帶來(lái)四個(gè)方面的巨大變化：組織、人才、供應(yīng)鏈和核心技術(shù)。

組織變革最具挑戰(zhàn)性，將所有汽車功能域進(jìn)行集成對(duì)組織機(jī)構(gòu)的沖擊空前；從根本上重塑主機(jī)廠的組織構(gòu)架，從面向功能的組織轉(zhuǎn)向平臺(tái)型開發(fā)組織。

重新定義智能化時(shí)代的核心技術(shù)：計(jì)算平臺(tái)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。Tesla的核心技術(shù)布局是芯片和軟件，可謂切中要害。

從技術(shù)角度看，最大的挑戰(zhàn)來(lái)自AI邊緣計(jì)算。

在過(guò)去的數(shù)年里，我們看到自動(dòng)駕駛的等級(jí)每提高一級(jí)，AI算力差不多要提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。如果要實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛，我們需要1000TOPS量級(jí)的算力，這已經(jīng)達(dá)到人腦的算力。


結(jié)語(yǔ)


目標(biāo)往往是清晰的，但通往目標(biāo)的路徑卻大相徑庭，無(wú)論是IT新貴，還是汽車行業(yè)老兵，大家都是基于自己的優(yōu)勢(shì)積累，從不同的坡，爬同一座山。在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)于產(chǎn)品路線圖、性能、安全性和成本的拿捏，各家都不盡相同，很難講哪條路更好，所以無(wú)論是大陸和博世的漸進(jìn)式域融合（domain fusion）路徑，還是特斯拉和安波福更激進(jìn)的實(shí)踐，都是面向未來(lái)的探索，都值得尊重。

從PC到手機(jī)，再到機(jī)器人，每一代智能設(shè)備相比前代，都是十倍體量的增長(zhǎng)。智能汽車作為移動(dòng)自主機(jī)器的第一形態(tài)，是機(jī)器人時(shí)代當(dāng)之無(wú)愧的殺手級(jí)應(yīng)用，更是技術(shù)旗艦，將催生無(wú)數(shù)種的移動(dòng)機(jī)器人。正如蒸汽機(jī)開啟了工業(yè)革命時(shí)代，手機(jī)行業(yè)引領(lǐng)了整個(gè)移動(dòng)設(shè)備時(shí)代一樣，智能汽車最終將撬動(dòng)比自身市場(chǎng)大得多的商業(yè)價(jià)值。
 
 
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