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智能汽車電子構(gòu)架變革：從ECU到域控制器，再到超級計(jì)算機(jī)
2019-04-10 10:32:02· 來源：智車科技
在數(shù)字化重塑的浪潮下，一場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)走過的路邁向智能時代。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)走過的路邁向智能時代。這背后將折射出怎樣的技術(shù)挑戰(zhàn)、行業(yè)變局與應(yīng)對措施？只有把視野放在在機(jī)器人時代宏大的敘事背景下，我們才能看到這場智能汽車電子構(gòu)架變革之于時代的全部意義?？吹节厔莶⒉浑y，難的是自我革命，誰能更堅(jiān)決地?fù)肀н@一趨勢，誰就能贏得汽車行業(yè)百年巨變的競爭。
本文為地平線市場拓展與戰(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。李星宇，地平線市場拓展與戰(zhàn)略規(guī)劃副總裁，自動駕駛行業(yè)專家，前飛思卡爾應(yīng)用處理器汽車業(yè)務(wù)高級市場經(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)。
以下是本文幾個關(guān)鍵結(jié)論：
1. 智能汽車將將成為一部移動的超級計(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)化落地時間大約在2025年。
3. 組織變革是OEM在這場技術(shù)革命中面臨的最大挑戰(zhàn)。
4. 智能汽車作為移動自主機(jī)器的第一形態(tài)，將撬動比自身市場大得多的商業(yè)價(jià)值。
5. E/E構(gòu)架變革四大趨勢：計(jì)算集中化、軟硬件解耦、平臺標(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權(quán)。
8. AI邊緣計(jì)算芯片是技術(shù)制高點(diǎn)，需要越過成本、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
在整個汽車智能化浪潮下，汽車電子軟件開發(fā)量增長驚人，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L5自動駕駛軟件代碼量將突破10億行。汽車電子軟件爆炸式增長，對電子電氣構(gòu)架帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
90年代初，一輛汽車上平均MCU個數(shù)不足10個，而現(xiàn)在一輛車的MCU超過了100個，高端汽車的MCU甚至達(dá)到了300個。MCU數(shù)量迅速增長下，會帶來很多問題。智能汽車ADAS功能越來越復(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力總成，車輛安全，車身電子，智能座艙和智能駕駛等幾個域，利用處理能力更強(qiáng)的多核CPU/GPU芯片相對集中的去控制每個域，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)將是超級中央計(jì)算機(jī)，這其中包括四個關(guān)鍵趨勢：計(jì)算集中化、軟硬件解耦、平臺標(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
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)時計(jì)算平臺，在這樣一個大的理念下，將催生真正的汽車大腦：超級中央計(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限增長。
伴隨著計(jì)算集中化，產(chǎn)生了一個新的概念：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ECU集成降低成本，具有空間優(yōu)勢、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，硬件不再被某個功能獨(dú)享，例如，一顆前視攝像頭過去可能被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，這意味著一個獨(dú)立的感知層會出現(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，為每個功能增加獨(dú)立的安全冗余硬件，簡直就是一場成本災(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)商那樣打包購買,讓OEM跟領(lǐng)先的Tier1的博弈之間重新贏得主動權(quán)。
3.平臺標(biāo)準(zhǔn)化：在未來，OEM可能只會開發(fā)一個電動汽車平臺，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，并滿足三個原則：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。
更重要的原因來自商業(yè)考慮：錢！開發(fā)這樣的智能平臺可能需要編寫超過3億行代碼，比Windows操作系統(tǒng)要高一個數(shù)量級，開發(fā)并維護(hù)多個平臺在經(jīng)濟(jì)上不可行。
大眾和福特已經(jīng)在電動汽車領(lǐng)域共享MEB平臺，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)自動駕駛技術(shù)，以降低開發(fā)成本，并建立自動駕駛標(biāo)準(zhǔn)。
隨著這一趨勢深入發(fā)展，很可能會出現(xiàn)類似PC行業(yè)的Wintel平臺，進(jìn)而形成一個面向智能汽車的生態(tài)系統(tǒng)，這一通用平臺將被大多數(shù)OEM采用，正如我們在PC和手機(jī)行業(yè)看到的那樣。
4.功能定制化：智能化是未來品牌差異化的核心要素，主要是通過增加軟件功能來實(shí)現(xiàn)。在未來，OEM交付的汽車將不是一個功能固化的產(chǎn)品，而是一個持續(xù)進(jìn)化的機(jī)器人，Tesla最近通過OTA升級發(fā)布的“哨兵模式”和“狗狗模式”非常生動地體現(xiàn)了這一點(diǎn)。
未來的智能汽車將有一個開放的應(yīng)用平臺
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)邁入億級代碼+千T級算力的時代。
智能汽車所需要的軟件代碼量遠(yuǎn)超IT史上任何一個產(chǎn)品
領(lǐng)先者的實(shí)踐案例：特斯拉、安波福、通用等
預(yù)測未來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年將會推出一個混合構(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。
寶馬規(guī)劃的下一代E/E構(gòu)架
根據(jù)麥肯錫的預(yù)測，未來汽車品牌差異化要素主要體現(xiàn)在信息娛樂功能、自動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，未來軟件將是差異化競爭的核心。車廠可以通過軟件提供差異化體驗(yàn)，而這些軟件應(yīng)用可以來自第三方開發(fā)，比如智能交互、語音等。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)
對于OEM來說，這是一次徹底的顛覆，將帶來四個方面的巨大變化：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)向平臺型開發(fā)組織。
重新定義智能化時代的核心技術(shù)：計(jì)算平臺、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)來自AI邊緣計(jì)算。
在過去的數(shù)年里，我們看到自動駕駛的等級每提高一級，AI算力差不多要提升一個數(shù)量級。如果要實(shí)現(xiàn)全自動駕駛，我們需要1000TOPS量級的算力，這已經(jīng)達(dá)到人腦的算力。
結(jié)語
目標(biāo)往往是清晰的，但通往目標(biāo)的路徑卻大相徑庭，無論是IT新貴，還是汽車行業(yè)老兵，大家都是基于自己的優(yōu)勢積累，從不同的坡，爬同一座山。在這個過程中，對于產(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。智能汽車作為移動自主機(jī)器的第一形態(tài)，是機(jī)器人時代當(dāng)之無愧的殺手級應(yīng)用，更是技術(shù)旗艦，將催生無數(shù)種的移動機(jī)器人。正如蒸汽機(jī)開啟了工業(yè)革命時代，手機(jī)行業(yè)引領(lǐng)了整個移動設(shè)備時代一樣，智能汽車最終將撬動比自身市場大得多的商業(yè)價(jià)值。
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