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80年代有一部名為《霹靂游俠》的科幻電視劇，男主Michael Knight擁有一輛無與倫比的智能汽車——KITT，這款車擁有自我意識(shí)，能夠像人類一樣交流互動(dòng)。
顯然，當(dāng)時(shí)的創(chuàng)作者對(duì)算力發(fā)展的預(yù)測(cè)還是過于保守了，如今的汽車計(jì)算平臺(tái)運(yùn)算速度遠(yuǎn)超于KITT，但還不能實(shí)現(xiàn)類似其的智能化體驗(yàn)。飽含巧思的人們，將對(duì)未來智能汽車的暢想付諸于文字或熒屏，對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)，似乎也在一定程度上指明了方向。
現(xiàn)實(shí)與科幻正在同一時(shí)空里交織，現(xiàn)實(shí)的智能汽車正朝KITT發(fā)展，最為類似的一點(diǎn)是汽車E/E架構(gòu)，正向中央集中式架構(gòu)演進(jìn)。
走向中央計(jì)算
汽車智能化的發(fā)展伴隨著汽車功能的大幅增加，智能座艙、智能駕駛重塑汽車體驗(yàn)，軟件定義汽車成為行業(yè)共識(shí)，成為打造智能汽車的標(biāo)尺所在。但這也意味著汽車對(duì)算力和控制等方面的要求會(huì)越來越高，整車E/E架構(gòu)的升級(jí)迫在眉睫。
在傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)中，功能系統(tǒng)的核心是ECU，汽車智能功能的升級(jí)主要依賴于ECU和傳感器數(shù)量的累加。隨著ECU的增加，車內(nèi)的線束也會(huì)增多，對(duì)于控制整車成本和設(shè)計(jì)裝配都是挑戰(zhàn)。并且，各個(gè)ECU之間的計(jì)算能力無法協(xié)同，還會(huì)帶來算力浪費(fèi)的弊端。
更明顯的弊端來自于供應(yīng)鏈，因每個(gè)系統(tǒng)由不同的供應(yīng)商提供，不同的ECU運(yùn)行著不同的操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件，難以統(tǒng)一維護(hù)升級(jí)，對(duì)汽車開發(fā)測(cè)試、制造成本及售后維護(hù)也帶來巨大壓力。
在此境況下，域集中式電子電氣架構(gòu)以及更高階的中央計(jì)算+區(qū)域控制架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。這是一個(gè)在發(fā)展中融合的過程，多個(gè)ECU逐漸合并成域控制器，域控制器繼續(xù)融合，最終實(shí)現(xiàn)1個(gè)中央計(jì)算平臺(tái)+N個(gè)區(qū)域控制器的終極布局。
談及E/E架構(gòu)的演變，繞不開特斯拉。2012年的Model S已出現(xiàn)功能域劃分的概念，到2017年，特斯拉又在Model 3上進(jìn)一步嘗試了中央計(jì)算+區(qū)域控制器框架，出現(xiàn)中央計(jì)算雛形。
伴隨國(guó)內(nèi)智能電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，自主品牌車企不甘人后，域控制器架構(gòu)時(shí)代已加速到來，基于中央計(jì)算+區(qū)域控制的硬件架構(gòu)也逐漸成為主流趨勢(shì)，此趨勢(shì)在本屆上海車展上得到印證。小鵬、理想等新勢(shì)力車企以及上汽、廣汽等老牌車企均展示了自家的架構(gòu)方案。
以上汽零束銀河全棧3.0架構(gòu)為例，其由2個(gè)HPC高性能計(jì)算單元和4個(gè)區(qū)域控制器構(gòu)成。兩個(gè)HPC作為整車的計(jì)算中心，用于實(shí)現(xiàn)智能座艙、智能駕駛以及智能駕駛?cè)哂鄠浞莸裙δ埽?個(gè)區(qū)域控制器用于實(shí)現(xiàn)各自不同區(qū)域的相關(guān)功能。
廣汽埃安的星靈架構(gòu)則是由3個(gè)核心計(jì)算單元和4個(gè)區(qū)域控制器構(gòu)成，并采用了高速車載以太網(wǎng)為主干，結(jié)合5G通信技術(shù)，形成車內(nèi)外高速互聯(lián)的架構(gòu)。其中，3個(gè)核心計(jì)算單元包括中央運(yùn)算單元、自動(dòng)駕駛控制單元、信息娛樂控制單元。
此外，還有東風(fēng)嵐圖ESSA架構(gòu)、長(zhǎng)城汽車- GEEP4.0架構(gòu)、小鵬X-EEA3.0等，各家的架構(gòu)設(shè)計(jì)并不一致，名稱也各不相同，但總體趨勢(shì)還是朝著中央計(jì)算+區(qū)域控制架構(gòu)前進(jìn)。
盡管當(dāng)前的各家方案還稱不上完全的中央集中式，但“準(zhǔn)中央集中式”架構(gòu)方案的量產(chǎn)車型已開始上市，為實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)進(jìn)行先期嘗試。
中央集中架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車的前提，這意味著，誰先玩轉(zhuǎn)E/E架構(gòu)，誰就有可能掌握軟件的主導(dǎo)權(quán)，從這點(diǎn)上來看，國(guó)內(nèi)外車企花費(fèi)大量資金和人力投資研發(fā)軟硬件架構(gòu)，并不是無的放矢。
芯片提供支撐
想要中央集中式架構(gòu)下的軟硬件發(fā)揮功用，離不開高算力芯片的支撐。在邁向中央計(jì)算的過程中，除了車身架構(gòu)等方面的設(shè)計(jì)外，尋求更合適的芯片成為最大的難題。
以廣汽埃安的星靈架構(gòu)為例，其中央運(yùn)算單元搭載NXP S32G399網(wǎng)關(guān)計(jì)算芯片，座艙域控制可搭載高通8155或8295芯片，智駕域控制模塊則搭載華為昇騰610高性能芯片。
上汽零束則早在2021年就與芯馳科技達(dá)成戰(zhàn)略合作，就零束銀河全棧3.0體系，共同制定芯片和車輛電子體系結(jié)構(gòu)的路線圖，尋找國(guó)產(chǎn)芯片的替代方案。
不甘寂寞的芯片廠商們，也在基于自家芯片產(chǎn)品進(jìn)行提前規(guī)劃，發(fā)布跨域或中央計(jì)算架構(gòu)，以及相應(yīng)的芯片組合。
在2022年9月的英偉達(dá)2022年秋季GTC大會(huì)上，英偉達(dá)發(fā)布中央計(jì)算芯片DRIVE Thor，預(yù)計(jì)于2025年量產(chǎn)裝車。這款芯片最明顯的特征是其單顆芯片的AI算力達(dá)2000TOPS，主要為汽車的中央計(jì)算架構(gòu)而打造。
另一國(guó)外芯片巨頭高通，也推出了多合一的智能汽車計(jì)算芯片Snapdragon Ride Flex SoC，旨在以單顆SoC同時(shí)支持?jǐn)?shù)字座艙、ADAS和AD功能。
除英偉達(dá)、高通等國(guó)外廠商，國(guó)產(chǎn)芯片廠商近年來愈發(fā)活躍。
在本次上海車展上，芯馳科技正式發(fā)布第二代中央計(jì)算架構(gòu)SCCA2.0，其包含6個(gè)核心單元——1個(gè)高性能中央計(jì)算單元、1個(gè)智能車控單元、4個(gè)區(qū)域控制器。
其中，高性能中央計(jì)算單元采用X9、V9處理器作為開放式計(jì)算核心，智能車控單元?jiǎng)t采用G9處理器和E3 MCU作為底盤域+動(dòng)力域的集成控制器，4個(gè)區(qū)域控制器以E3多核MCU為核心，實(shí)現(xiàn)在車內(nèi)四個(gè)物理區(qū)域的數(shù)據(jù)交互和各項(xiàng)控制功能。
黑芝麻智能也于車展前夕發(fā)布武當(dāng)系列的首款芯片產(chǎn)品——C1200智能汽車跨域計(jì)算芯片平臺(tái)，預(yù)計(jì)在2023年內(nèi)提供樣片。
就具體性能來看，C1200基于7nm制程，使用支持鎖步的車規(guī)級(jí)高性能CPU核A78AE和車規(guī)級(jí)高性能GPU核G78AE，內(nèi)置Audio DSP模塊和每秒在線處理1.5G像素的自研NeuralIQ ISP模塊，可提供32KDIPMS的MCU算力，能同時(shí)處理大于12路高清攝像頭的輸入，支持高速率的MIPI。
黑芝麻智能CEO單記章表示，C1200的發(fā)布，標(biāo)志著黑芝麻智能的戰(zhàn)略定位已從自動(dòng)駕駛計(jì)算芯片轉(zhuǎn)為智能汽車計(jì)算芯片。這契合黑芝麻智能的三步走戰(zhàn)略規(guī)劃：
第一步，聚焦自動(dòng)駕駛計(jì)算芯片及解決方案，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的商業(yè)化落地，形成完整的技術(shù)閉環(huán)；第二步，根據(jù)汽車電子電氣架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，拓展產(chǎn)品線覆蓋到車內(nèi)更多的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，形成多產(chǎn)品線的組合；第三步，不斷擴(kuò)充產(chǎn)品線覆蓋更多汽車的需求，提供基于黑芝麻智能芯片的多種汽車軟硬件解決方案及服務(wù)。
其實(shí)，從黑芝麻三步走戰(zhàn)略中，可以一窺汽車E/E架構(gòu)與芯片發(fā)展的趨勢(shì)，芯片廠商騰挪的空間進(jìn)一步增大。
汽車E/E架構(gòu)變化帶來的是整個(gè)智能汽車供應(yīng)鏈體系的重構(gòu)，車規(guī)芯片是其中至關(guān)重要的一環(huán)。要想在中央計(jì)算時(shí)代不落人后，對(duì)芯片廠商的產(chǎn)品能力和輔助車企進(jìn)行軟硬件迭代升級(jí)的能力提出了更高的要求。
目前來看，基于單芯片打造中央計(jì)算平臺(tái)還比較困難，基于不同芯片打造運(yùn)行良好的完備整車系統(tǒng)，要求芯片廠商對(duì)智能駕駛、智能座艙、車身、底盤等功能域具備一定的軟硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)能力。
影響不止于此
汽車E/E架構(gòu)的改變，觸動(dòng)的不止是車企和芯片廠商的神經(jīng)，而是對(duì)整個(gè)汽車供應(yīng)鏈變革都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
硬件架構(gòu)的變化、軟件技術(shù)的變革以及通信方式的變更都有所體現(xiàn)，給各領(lǐng)域的前沿玩家?guī)戆l(fā)展的新機(jī)遇，也促使產(chǎn)業(yè)合作模式發(fā)生改變。
在傳統(tǒng)分布式架構(gòu)之下，軟硬件高度耦合，在此基礎(chǔ)上，供應(yīng)商往往以軟硬件打包出售的方式，供給主機(jī)廠。汽車一旦出廠，用戶體驗(yàn)基本固化，非常不利于之后的維護(hù)和軟硬件升級(jí)，這與智能車常用常新的本質(zhì)需求是相悖的。
當(dāng)硬件趨向標(biāo)準(zhǔn)化，軟硬件實(shí)現(xiàn)解耦，讓軟件定義汽車逐漸成為現(xiàn)實(shí)。軟件的價(jià)值增大，以特斯拉為代表的智能電動(dòng)車企已開始收獲軟件紅利。
車企組建軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì)屢見不鮮，軟件架構(gòu)的創(chuàng)新已被提上日程。
上汽等傳統(tǒng)車企動(dòng)作頻頻，比如上汽零束銀河全棧3.0架構(gòu)的云管端SOA一體化軟件平臺(tái)，還有上汽重組設(shè)立創(chuàng)新研究開發(fā)總院，在軟件、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等多個(gè)方面加強(qiáng)研發(fā)，這是傳統(tǒng)車企變革轉(zhuǎn)型的一角縮影。
而對(duì)于沒有包袱的新勢(shì)力而言，互聯(lián)網(wǎng)基因的加持、對(duì)于新事物的激進(jìn)追求，讓其在軟件領(lǐng)域擁有先天優(yōu)勢(shì)。但底蘊(yùn)雄厚的傳統(tǒng)主機(jī)廠們正在縮小彼此的差距。主機(jī)廠智能電動(dòng)汽車產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)，最終歸于與時(shí)俱進(jìn)的創(chuàng)新能力的競(jìng)爭(zhēng)。
傳統(tǒng)供應(yīng)商也在打造軟硬件全棧的研發(fā)能力，由零部件供應(yīng)商向系統(tǒng)方案解決商轉(zhuǎn)型。安波福、博世、德賽西威等中外老牌供應(yīng)商面對(duì)中央計(jì)算-區(qū)域控制架構(gòu)的發(fā)展均做出規(guī)劃。
顯然，這不單是主機(jī)廠或者零部件供應(yīng)商的游戲。
整車電子電氣架構(gòu)的開發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜，哪怕一些標(biāo)榜“全棧自研”的主機(jī)廠也無法實(shí)現(xiàn)所有環(huán)節(jié)的自研自控，但這并不妨礙其加強(qiáng)自研的投入，畢竟，主導(dǎo)權(quán)這種東西，終是此消彼長(zhǎng)。
從另一個(gè)角度來看，這又促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)協(xié)作的新趨勢(shì)，特別在軟硬件解耦的大趨勢(shì)下，對(duì)于一些能力稍弱的主機(jī)廠而言，在產(chǎn)業(yè)鏈中搜尋適合自家發(fā)展的組合方案，是性價(jià)比更高的方式，而這也是產(chǎn)業(yè)更常態(tài)的一面。
E/E架構(gòu)的升級(jí)，很大程度上是為了迎合智能化競(jìng)爭(zhēng)的白熱化趨勢(shì)。芯片廠商、基礎(chǔ)軟件供應(yīng)商等均迎來新一輪的發(fā)展機(jī)遇。
接下來一段時(shí)間里，主機(jī)廠可能在域控制器、中央計(jì)算平臺(tái)以及部分軟件領(lǐng)域力求發(fā)揮主要作用，具備集成能力的老牌供應(yīng)商和先進(jìn)技術(shù)開發(fā)能力的科技公司，將尋求更穩(wěn)固的合作模式，產(chǎn)業(yè)分工將從混亂走向明晰。
結(jié)語
兵馬未動(dòng)，糧草先行，產(chǎn)業(yè)鏈已開始為迎接終極架構(gòu)進(jìn)行預(yù)演。域控方案的爆發(fā)、跨域融合的發(fā)展，正在為E/E架構(gòu)的突破進(jìn)化添磚加瓦。
用芯馳科技CEO程泰毅的一句話來總結(jié)：“我們正處于汽車智能化的飛躍時(shí)期，車廠、Tier1 和芯片企業(yè)正從單純的供應(yīng)關(guān)系走向共同規(guī)劃、共同定義、共同開發(fā)的共贏合作方式。”
當(dāng)然，只有行業(yè)形成合力，避免盲目?jī)?nèi)卷，才能共同促進(jìn)產(chǎn)業(yè)繁榮，以實(shí)現(xiàn)中央集中式架構(gòu)早日普惠廣大消費(fèi)者。
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