這種方法將精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)并簡(jiǎn)化升級(jí)，但也增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

汽車架構(gòu)越來(lái)越多地由軟件驅(qū)動(dòng)，這一轉(zhuǎn)變簡(jiǎn)化了升級(jí)，在汽車中添加新的功能變得更加容易。

所有這些都得益于汽車功能和特性的日益數(shù)字化，從機(jī)械設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向電氣設(shè)計(jì)，且越來(lái)越多地從模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這使車廠能夠在出售車輛的數(shù)年后仍可以增加或追加銷售功能，如自動(dòng)駕駛功能。它還使車廠能夠在車輛的生命周期內(nèi)，隨著安全要求和連接協(xié)議的變化而隨時(shí)更新車輛。

但要使汽車真正實(shí)現(xiàn)軟件定義，整個(gè)汽車平臺(tái)的硬件和架構(gòu)必須被重新設(shè)計(jì)。而目前的車輛并不是這樣制造的。

西門(mén)子數(shù)字工業(yè)軟件公司自動(dòng)駕駛和ADAS SoC高級(jí)總監(jiān)David Fritz說(shuō)：“這意味著大多數(shù)OEM都選擇了一個(gè)中央計(jì)算架構(gòu)。這可以是異構(gòu)或同構(gòu)的。這部分并不重要，只要是一個(gè)架構(gòu)（一個(gè)軟件架構(gòu)，一個(gè)硬件架構(gòu)），因?yàn)檫@允許OEM說(shuō)，‘我要讓客戶下載一個(gè)新的應(yīng)用，可以完全改變他們的駕駛體驗(yàn)’。”

其他人指出了類似的趨勢(shì)。Rambus的研究員和杰出的發(fā)明家Steven Woo說(shuō)：“你已經(jīng)有了這個(gè)移動(dòng)的硬件，應(yīng)該是這樣的，你可以把它定制為你想要的外觀和感覺(jué)，類似于流媒體服務(wù)等的配置文件。為什么不應(yīng)該是這樣呢？”

Woo說(shuō)：“在CES上，你可以看到很多類似的未來(lái)概念汽車。有一輛車的內(nèi)外都覆蓋著LED。不同的司機(jī)可以擁有相當(dāng)于游戲中的頭像或皮膚。你可以根據(jù)你的心情定制它，你可能有一個(gè)特定的預(yù)設(shè)。從軟件定義的角度來(lái)看，應(yīng)該是這樣的，根據(jù)需要和一天中的時(shí)間和你的心情，或者你在那一刻的任何需求，可以定制內(nèi)部的外觀，以及你正在播放的音樂(lè)類型、視頻類型，甚至那些吸引你注意的東西。這些都是可能會(huì)發(fā)生的。”

Fritz說(shuō)，德國(guó)的一位高管給他看了一輛車，說(shuō)：“這是我們的愿景。當(dāng)他啟動(dòng)車輛時(shí)，里面所有的燈都亮了，你會(huì)聽(tīng)到，像‘Scotty向Kirk船長(zhǎng)匯報(bào)’，就像星際迷航一樣。他說(shuō)，‘想象一下人們下載這種體驗(yàn)。也許我不想在星際迷航中出現(xiàn)，也許我想成為神奇女俠，或者想有一個(gè)復(fù)仇者聯(lián)盟的體驗(yàn)。我希望能夠選擇我的體驗(yàn)，并讓車輛自己適應(yīng)。車輛皮膚的支持將是一個(gè)差異化的因素。”

要做到這一點(diǎn)，需要對(duì)整個(gè)車輛系統(tǒng)進(jìn)行分層處理。Ansys半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Marc Swinnen說(shuō)：“這包括硬件堆棧，也就是汽車和引擎，等等。在這之上是控制激光雷達(dá)、雷達(dá)、引擎的芯片堆，這些芯片驅(qū)動(dòng)硬件。然后，在這之上是一個(gè)操作系統(tǒng)，今天許多OEM正在建立這個(gè)系統(tǒng)，以管理車輛中的所有操作。此外，還有一個(gè)應(yīng)用堆棧，上面有一個(gè)軟件堆棧，汽車將通過(guò)這些應(yīng)用進(jìn)行交互。因此，這是一個(gè)更傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)模型，而汽車只是該堆棧中的硬件層。”

界定軟件定義的架構(gòu)

軟件定義的汽車是一個(gè)不錯(cuò)的標(biāo)簽，但它到底意味著什么？Synopsys嵌入式軟件解決方案和系統(tǒng)高級(jí)總監(jiān)Marc Serughetti說(shuō)：“最終，我們必須回到原點(diǎn)，看看它到底意味著什么，然后它如何影響系統(tǒng)，以及它存在的理由。歸根結(jié)底，這都是關(guān)于OEM想要在汽車中實(shí)現(xiàn)的功能。如今，電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)著汽車市場(chǎng)。它受到ADAS的驅(qū)動(dòng)，正朝著自動(dòng)駕駛的方向發(fā)展。我們知道它是由網(wǎng)聯(lián)、共享出行和類似的東西驅(qū)動(dòng)的。OEM面臨的挑戰(zhàn)是，既然這些都是消費(fèi)者想要的東西，如何開(kāi)始交付一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)所有這些功能的產(chǎn)品？在過(guò)去，汽車生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展方式是，新功能要加入一個(gè)新的硬件來(lái)解決這個(gè)功能。但新趨勢(shì)不允許這種方法，它不再起作用了，因?yàn)檫@些功能不是獨(dú)立工作的。它們是相互聯(lián)系的。另一方面，希望擁有先進(jìn)功能的消費(fèi)者想要在汽車上也實(shí)現(xiàn)像手機(jī)那樣的功能升級(jí)?！?/span>

這是OEM和Tier 1背后的一個(gè)巨大推動(dòng)力，現(xiàn)在他們?cè)谫|(zhì)疑所有這些對(duì)他們意味著什么，他們將如何在未來(lái)脫穎而出，以及如何實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)。

Serughetti說(shuō)：“實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方式是通過(guò)在軟件中實(shí)現(xiàn)這些功能。汽車生態(tài)系統(tǒng)中的很多公司都在談?wù)摗浖?yōu)先‘戰(zhàn)略，以及這對(duì)產(chǎn)品和交付的影響。把它帶到硬件上，會(huì)有一些影響。首先，你不能是和以前一樣的架構(gòu)，你不能是還像以前那樣ECU分散式的架構(gòu)。你需要改變汽車的電子架構(gòu)，這就是為什么人們?cè)谡務(wù)撝醒胗?jì)算機(jī)/zonal網(wǎng)關(guān)域控制器之類的東西。在這些領(lǐng)域中正在發(fā)生徹底的變革，是為了支持軟件?！?/span>

第二個(gè)難題是需要什么類型的芯片?！澳銓⑿枰懔Ψ浅?qiáng)大的芯片，還需要AI支持。第三是軟件?，F(xiàn)在，因?yàn)橛羞@么多的計(jì)算元素，而且你想利用算力，例如，如果正在考慮zonal架構(gòu)，你說(shuō)，’我有不同的zonal控制器，而且我想做一個(gè)計(jì)算。為什么不能使用其中一個(gè)zonal架構(gòu)提供的算力，如果沒(méi)有足夠的算力，為什么我不能使用車輛中另一部分的算力？整個(gè)軟件驅(qū)動(dòng)的方法也在影響著電子系統(tǒng)，這意味著硬件和軟件一起。而這也有隱含意義。從軟件的角度來(lái)看，這在操作系統(tǒng)方面意味著什么？我們開(kāi)始看到OEM認(rèn)識(shí)到需要有自己的操作系統(tǒng)。而且我們說(shuō)的不只是RTOS。他們談?wù)摰氖峭暾幕A(chǔ)設(shè)施。”

功能和安全問(wèn)題Cadence解決方案和生態(tài)系統(tǒng)高級(jí)團(tuán)隊(duì)總監(jiān)Frank Schirrmeister表示，這引起了一堆新問(wèn)題?！败浖苡脝幔克鼔虬踩珕?？安全性、舒適性和便利性正在真正推動(dòng)著這些東西，汽車似乎正在成為有生命的物體。車輛正在成為一個(gè)不斷發(fā)展的硬件/軟件平臺(tái)?？v觀整個(gè)行業(yè)，車輛基本上是一個(gè)IoT設(shè)備，成為消費(fèi)者的樞紐。所有這一切的基礎(chǔ)是軟件和硬件解耦的優(yōu)雅，同時(shí)有軟件改進(jìn)并行運(yùn)行，幾乎像一個(gè)敏捷的開(kāi)發(fā)環(huán)境?！?/span>

雖然這些向軟件定義汽車的轉(zhuǎn)變包括下一代車輛架構(gòu)的樣子，但它們也決定了車輛功能的走向。
Arm汽車和IoT業(yè)務(wù)線的汽車合作總監(jiān)Robert Day指出：“我們現(xiàn)在正在從分布式的方法轉(zhuǎn)變，在這種方法中，汽車中的每個(gè)功能都有自己的ECU，而且它們分散在車輛周圍，微控制器多到你不知道該如何是好，這開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N叫做domain架構(gòu)的東西，汽車中的每個(gè)域都有自己的計(jì)算，然后有自己的ECU與之連接。一個(gè)用于ADAS，一個(gè)用于車內(nèi)娛樂(lè)，等等。這意味著更多的整合，但這是圍繞功能的整合。每個(gè)功能都有自己的微處理器和一堆微控制器。這就是我們今天在這個(gè)domain控制器世界里的情況?！?/span>

圖1: 軟件定義的車輛中不斷上升的復(fù)雜性（資料來(lái)源：Arm）
下一個(gè)轉(zhuǎn)變將是進(jìn)入更多的zonal，每個(gè)zone將有自己的zonal控制器。因此，汽車的每個(gè)角落將有不同的傳感器，它們將被輸入到一個(gè)zonal控制器。該zonal控制器將把其zonal的信息傳遞給一個(gè)大的中央計(jì)算機(jī)。

Day說(shuō)：“我們已經(jīng)從domain變成了zonal，每個(gè)zonal與一個(gè)大的計(jì)算機(jī)連接，這個(gè)大的計(jì)算元素（也就是通常被稱為‘車輪上的數(shù)據(jù)中心’）然后將對(duì)來(lái)自不同zonal的信息做任何必要的處理。這就是我們可以實(shí)現(xiàn)軟件定義功能的地方，因?yàn)檫@個(gè)大的中央計(jì)算機(jī)沒(méi)有具體的工作要做。它做任何運(yùn)行在它上面的軟件告訴它要做的事情。這就是你將開(kāi)始在大型中央計(jì)算單元上引入軟件定義的功能?！?/span>

擴(kuò)大銷售

而這正是架構(gòu)變得真正有趣的地方。Day說(shuō)：“如果一切都由軟件定義，這個(gè)東西看起來(lái)更像你的手機(jī)或電腦，就在上面運(yùn)行不同的應(yīng)用而言，往往是在同一時(shí)間。而且，這些軟件應(yīng)用正在定義車輛的功能。這就是軟件定義的汽車。因?yàn)镺EM可以讓一輛汽車的功能是由軟件完成的，你將在上面運(yùn)行。你可以有相同的平臺(tái)，為高端車提供高級(jí)功能，為低端車提供基本的功能，而算力可以保持不變。從架構(gòu)上看，這可能意味著開(kāi)發(fā)者可能會(huì)選擇一開(kāi)始就配置硬件冗余，因?yàn)檐浖x功能的另一個(gè)關(guān)鍵是它們也可以升級(jí)（有點(diǎn)像你的手機(jī)或電腦）。因此，汽車從離開(kāi)經(jīng)銷商到你賣掉它時(shí)并不是保持不變。它實(shí)際上會(huì)成熟、升級(jí)，或變得更好，不斷演變的?！?/span>

他指出，這在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中得到了很好的理解。“作為用戶，現(xiàn)在已經(jīng)非常習(xí)慣了，因?yàn)檫@就是我們?cè)趥€(gè)人設(shè)備領(lǐng)域中的做法。這對(duì)汽車來(lái)說(shuō)又有什么不同呢？由于你并不真正知道哪些應(yīng)用可能會(huì)在上面運(yùn)行，或者這些應(yīng)用會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生什么影響，這意味著你可能想從一開(kāi)始就對(duì)中央計(jì)算進(jìn)行過(guò)度配置。你說(shuō)，‘我希望這個(gè)硬件在汽車的使用壽命內(nèi)一直可以有效工作‘。比方說(shuō)是五年。你可以說(shuō)，‘盡管我現(xiàn)在不一定需要所有的性能，但我們很有可能會(huì)有另一個(gè)應(yīng)用，比如更先進(jìn)的ADAS功能的出現(xiàn)。我們?nèi)匀粫?huì)使用現(xiàn)有的傳感器，因?yàn)槲覀儗⒃谲囕v中安裝各種不同的傳感器，但它要實(shí)現(xiàn)的實(shí)際功能在未來(lái)可能會(huì)比現(xiàn)在更先進(jìn)’。”

為了實(shí)現(xiàn)這一切，Cadence的Schirrmeister指出，車輛必須能夠進(jìn)行OTA更新?！暗悄阏娴牟幌Ｍ獕哪愕钠?，就像有時(shí)手機(jī)升級(jí)不成功就會(huì)出毛病一樣。這意味著很多事情都必須以非常詳細(xì)和安全的方式來(lái)考慮。但你也可以進(jìn)行與安全有關(guān)的更新，比如更好的障礙物識(shí)別的算法等，因?yàn)檫@些都不是靜態(tài)的。這些都需要在復(fù)雜性的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行組織變革。這也是在改變思維方式。汽車正在進(jìn)一步消費(fèi)化，消費(fèi)者世界中的各種升級(jí)，如電視、游戲機(jī)、手機(jī)的升級(jí)，在這個(gè)意義上，汽車被消費(fèi)化，也成為一種消費(fèi)類產(chǎn)品。它是用戶交互的終端之一，這是一個(gè)要在里面放多少消費(fèi)者體驗(yàn)的問(wèn)題。但這絕對(duì)是一種消費(fèi)化?！?/span>

供應(yīng)鏈的顛覆

Elektrobit的軟件架構(gòu)主管Moritz Neukirchner指出，向軟件定義汽車轉(zhuǎn)變的另一個(gè)方面是創(chuàng)造價(jià)值?！澳阏J(rèn)為汽車的創(chuàng)新是在哪里進(jìn)行的？我們主要關(guān)注的是創(chuàng)新，通過(guò)軟件在汽車領(lǐng)域取得進(jìn)展，無(wú)論是在功能層面（如何開(kāi)發(fā)應(yīng)用或ADAS系統(tǒng)），還是在如何實(shí)際構(gòu)建和維護(hù)軟件。車輛是如何集成的？以前，我們是把盒子放在一起，用線束連接?，F(xiàn)在我們非常關(guān)注把軟件組件結(jié)合在一起，把它們作為軟件部分進(jìn)行集成，能夠單獨(dú)更新這些組件，而不是更換車輛中的單個(gè)盒子，這樣整個(gè)開(kāi)發(fā)實(shí)踐就會(huì)發(fā)生變化。這種方式不太關(guān)注機(jī)械方面，不太注重購(gòu)買盒子或線束，而是更注重如何把功能放在一起，如何從邏輯的角度構(gòu)建功能，因?yàn)樗怯绍浖?qū)動(dòng)的?！?/span>

Neukirchner說(shuō)，所有這些都必須預(yù)先考慮到安全、信息安全、自動(dòng)駕駛、信息娛樂(lè)等問(wèn)題，同時(shí)還要考慮到維護(hù)和保持創(chuàng)新生命周期的良好控制?！癘EM現(xiàn)在在軟件方面擁有更多的所有權(quán)?；旧厦總€(gè)OEM都是這種情況。每家都在創(chuàng)建自己的、甚至有時(shí)是一個(gè)獨(dú)立法人，來(lái)開(kāi)發(fā)軟件。否則就是OEM內(nèi)部的大型部門(mén)正在掌握軟件平臺(tái)的所有權(quán)。我們還看到一個(gè)趨勢(shì)，一些OEM想增加他們的IP和軟件，他們想了解如何進(jìn)行軟件集成，而不是從Tier 1采購(gòu)盒子。我們還看到在汽車操作系統(tǒng)中，有一種趨勢(shì)是直接從中間件供應(yīng)商那里采購(gòu)，而不是去找Tier 1，所以汽車供應(yīng)鏈正在被顛覆?！?/span>

汽車OEM希望能夠預(yù)測(cè)潛在的問(wèn)題，特別是確保中央計(jì)算系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)故障或受到任何影響。這正在改變OEM的思維，反過(guò)來(lái)也改變了整個(gè)供應(yīng)鏈。

Arm的Day指出，這使系統(tǒng)中的責(zé)任發(fā)生了一些轉(zhuǎn)移?！斑@不是關(guān)于這一個(gè)硬件模塊必須如何表現(xiàn)的問(wèn)題。關(guān)鍵在于軟件在上面的行為。例如，你可以有一個(gè)硬件平臺(tái)，而這個(gè)硬件平臺(tái)有足夠的性能來(lái)運(yùn)行信息娛樂(lè)和ADAS系統(tǒng)。至于這些東西如何運(yùn)行，實(shí)際上將由軟件定義。假設(shè)我需要這些東西相互獨(dú)立，即使它們?cè)谕粋€(gè)硬件系統(tǒng)上運(yùn)行。這可能意味著我需要引入一個(gè)hypervisor來(lái)隔離這些東西，使其不受干擾。但我也需要能夠讓我的軟件工作負(fù)載輕松地在這些東西上運(yùn)行和離開(kāi)。這看起來(lái)像什么呢？這是一個(gè)軟件架構(gòu)與硬件架構(gòu)的權(quán)衡。你仍然需要為硬件系統(tǒng)提供可靠性、認(rèn)證等，但它的功能和內(nèi)容將由軟件來(lái)定義。這就是一個(gè)重大轉(zhuǎn)變。你需要確保它能夠可靠地運(yùn)行。你可能仍然想把冗余元素放入其中，無(wú)論是在SoC本身還是與多個(gè)SoC。但這里有一個(gè)有趣的潛力，即實(shí)際上可以改變應(yīng)用。”

未來(lái)前景

軟件定義的方法也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，并使工程團(tuán)隊(duì)的工作更加困難。

Synopsys的Serughetti說(shuō)：“復(fù)雜性在增加，而與此同時(shí)，設(shè)計(jì)工程師的開(kāi)發(fā)效率并沒(méi)有真正提高。工程師看著這個(gè)艱巨的任務(wù)，現(xiàn)在還得考慮所有的東西是如何協(xié)同工作的，包括進(jìn)行800萬(wàn)英里的實(shí)車測(cè)試。從這個(gè)角度來(lái)看，對(duì)開(kāi)發(fā)方法有影響，不僅是軟件和集成，而且在SoC架構(gòu)方面，從定義SoC的角度來(lái)看。工程團(tuán)隊(duì)必須在非常早期的時(shí)候?qū)軜?gòu)進(jìn)行性能和功耗方面的探索。正因?yàn)槿绱?，芯片開(kāi)發(fā)商、Tier 1和OEM之間的合作變得越來(lái)越重要。每個(gè)人都在研究需要什么類型的SoC。OEM需要自己造芯片嗎？他們要與芯片供應(yīng)商合作來(lái)定制芯片嗎？”

在這里，挑戰(zhàn)是用例，驅(qū)動(dòng)SoC性能的工作或工作負(fù)載。Serughetti解釋說(shuō)：“我如何盡早驗(yàn)證或探索，以便在我的SoC中實(shí)現(xiàn)合適的性能？這是架構(gòu)發(fā)揮作用的另一個(gè)方面，從SoC架構(gòu)一直到不同計(jì)算元素之間的整車級(jí)的架構(gòu)。合作元素不能被低估。以前，很多開(kāi)發(fā)可以獨(dú)立完成?，F(xiàn)在至關(guān)重要的是，開(kāi)發(fā)是在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)協(xié)作完成的，而這種協(xié)作需要有基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)支持。你如何交換數(shù)據(jù)？你如何將你正在做的事更多地轉(zhuǎn)移到一個(gè)可執(zhí)行的規(guī)范？今天的系統(tǒng)更加復(fù)雜。你不能通過(guò)一個(gè)電子表格來(lái)做這件事。你真的必須有一個(gè)協(xié)作平臺(tái)來(lái)開(kāi)展。這是消費(fèi)類電子行業(yè)的人們的日?；顒?dòng)，他們將受到這種向軟件定義方法轉(zhuǎn)變的影響?！?/span>

Arteris IP的CMO Michal Siwinski同意，從根本上說(shuō)，汽車開(kāi)發(fā)將是軟件定義的。但他指出，軟件和硬件的比例仍在界定之中?！霸贑hiplet的背景下，芯片可能會(huì)改變一些軟件定義的汽車中發(fā)生的情況。記住，電源管理曾是芯片的一部分。然后它脫離成為一個(gè)獨(dú)立的芯片?，F(xiàn)在，隨著我們進(jìn)入chiplet，內(nèi)存可能在5nm，數(shù)字內(nèi)容可能在4nm，模擬可能在28nm，MEMS在130nm，誰(shuí)知道天線會(huì)在哪個(gè)工藝中節(jié)點(diǎn)？突然間，它又回到了SoC的異構(gòu)計(jì)算。一些離開(kāi)芯片的部件可能會(huì)回到這個(gè)更大的芯片中，因?yàn)槟闳匀幌Ｍ咏蛢?yōu)化。同樣，一些純軟件的東西，或更多的軟件驅(qū)動(dòng)的東西，實(shí)際上可能會(huì)在硬件中找到他們的方式，因?yàn)槟阌懈玫目刂?，同時(shí)仍然是軟件控制的。時(shí)間會(huì)證明一切?！?/span>

[參考文章]

Software-Defined Cars — Ann Steffora Mutschler