電子發燒友網報道（文/程文智）近幾年來，汽車互聯網化的趨勢越來越明顯，根據Strategy Analytics統計，2019年全球售出了4400萬輛互聯網汽車，互聯網車輛的滲透率為49%，預計到2025年，滲透率會上升到73%。汽車互聯之后，必然會產生大量的數據，特別是自動駕駛汽車出現之后，車輛數據的增長是爆炸式的。據統計，自動駕駛汽車每小時會產生超過4TB的數據，其中包括了道路狀況、天氣、周圍物體、交通和街道標志等方面的實時數據，而且這些數據必須在車內各個部件之間共享，并用于在瞬間做出駕駛決定。

在汽車中，一直依賴一種相對簡單的網絡標準，即CAN(Controller Area Network，控制器區域網絡)總線，來協調所有的微處理器和電子控制單元（ECU），并通過它來傳輸數據。

隨著汽車電子化和互聯化趨勢的發展，車上的ECU數量越來越多，有的車輛上甚至有超過100個不同的ECU，它們都以扁平化的點對點架構相互連接，“從架構上來看，這種方式叫做分布式的電子信息架構。這樣的架構不但阻礙了新功能的上市步伐，而且托管在各個ECU中的數據非常難以獲取。此外，如果想要修改或更新其中一項功能，就會不可避免地影響到其他輔助設備。”恩智浦執行副總裁兼汽車電子處理器業務部總經理Henri Ardevol表示。

那有沒有什么辦法來應對這個挑戰呢？

新汽車電子架構的優勢及挑戰

隨著汽車電子的發展，車輛數據需要更高的信號傳輸效率，更方便的控制，因此，汽車的電子架構必須進行調整，從傳統的分布式電子架構向集中的域控制架構轉變，以便解鎖汽車硬件和軟件的創新周期、提升設備和數據的可獲得性、創造新的用戶體驗。

圖1：基于服務型架構的新型網關架構

在Henri Ardevol看來，新的域控制架構中，基本上都是采用MPU解決方案，讓MPU位于各個域中不同類別的ECU層級上，能夠以更加可控的方式加快功能的演進。

這樣一來，對于一些提升用戶體驗的功能來說，如信息娛樂、車身控制等，就可以針對域控制器使用一些簡單的策略實現管理，比原來的分布式網絡方便很多；從軟硬件的角度看，它對于供應商的依賴和工作量也會小很多。因此，領先OEM廠商正在將所有這些設備和功能視作服務，然后通過一個服務平臺進行統一管理，實現更快、更簡潔的部署。

Henri Ardevol拿服務型網關舉例說，基于服務型網關，涌現出了許多新的用例，比如預測性維護等。“我們可以基于車輛的基本使用數據，提供維護建議和分析結果。我們還可以基于實時視圖獲取有關車輛的健康及性能數據，進行更加先進的診斷測試。”

當然，新的域控制架構也面臨著一些挑戰Henri Ardevol將其總結為四個方面：

一是軟件方面，即軟件的復雜性和成本。所有這些不同的域，尤其是軟件架構之間存在互不兼容的問題。有些解決方案可能來自于移動電話半導體廠商；有些解決方案可能來自于服務器半導體廠商；有一些解決方案可能來自于筆記本電腦半導體廠商；還有一些解決方案來自于汽車半導體廠商。這樣一來，就需要思考讓所有這些不同來源的軟件彼此兼容、協同工作的方法，因此，如何提升軟件的可用性是一項必須解決的挑戰。

二是成本方面，即用戶對車輛物料成本的承受能力。得益于眾多創新成果的涌現，新的車型的屏幕做得非常漂亮，而且分辨率可能高達11K。有的車內可能安裝了超過20塊屏幕，而有一些車的攝像頭安裝數量非常多。一些OEM廠商正在談論制造超過20個攝像頭的車，車內還可以添加指示功能、車流量提示等等復雜的功能，或者ADAS。但是，想要將所有這些功能都添加到車內，事實上是很困難的。這時還需要考慮最終用戶的承受能力。所以，如何能夠從最經濟適用的角度提供一個優化的并且成本可承受的方案是第二項挑戰。

三是性能方面。人們對車輛性能的需求越來越高，需要從處理器的角度出發解決這一問題。

四是功耗管理方面。隨著越來越多功能和資源要求的增加，能源需求也將大幅攀升。而車輛本身的能源預算是非常有限的。在無論在線還是離線的場景下實施時，對每一個功能管理域的電源進行優化和平衡是一大挑戰，尤其未來的新能源市場，能源并不是無限的，所以這是在新的電子電氣架構當中一個不容忽視的問題。

域控制架構解決方案

針對上述挑戰，恩智浦給出了一個解決方案，那就是他們近期開發的采用了5nm工藝的處理器解決方案。

據Henri Ardevol介紹，恩智浦的5nm技術將聚焦在電子座艙、ADAS、動力傳動、底盤、網絡和車身等幾大領域。采用了臺積電5nm工藝的汽車SoC具有復雜性低、成本低的優勢。預計首個產品將是一顆針對電子座艙的SoC，預計2021年會推出樣品。

在5nm產品出來之前，恩智浦還有已經在量產的16nm產品車輛網絡處理器S32G，它可以支持服務型新網關，可實現向基于域的高性能整車架構轉變，“這一架構致力于提供10倍的算力和網絡性能。該芯片具有新一代多核架構，并輔助以硬件加速器，降低了軟件復雜度。更重要的是，它提供了更加出色的功能安全和加密安全。” Henri Ardevol表示。

據他介紹，S32G是針對服務型網關的產品，特點主要體現在兩個方面，一是高性能，具有4個1GHz的A53核和3個400MHz M7核。另一個是網絡處理加速的能力。針對服務型網關，該芯片有兩個專有的通信加速器，分別是CAN網絡加速器和以太網網絡加速器，這個設計是目前業界獨一無二的，而且是全球領先的，能夠很大程度上解決網關所涉及的快速路由和信息安全的問題，減輕處理器的算力負擔，降低對于網絡傳輸和處理性能的要求，使得系統的性能、算力得以很大程度地釋放出來。

此外，S32G除了本身的網關功能外，還具備了承擔一些其他功能的能力，從而可以替換兩到三個ECU，特別是在車身控制方面。因此S32G在設計的時候采用了隔離技術，通過Hypervisor虛擬機等來實現在一個處理器上同時運行不同的應用，這樣也進一步優化了成本。

圖2：S32G車輛網絡處理器的多種用途

他進一步指出，恩智浦針對域控制器的產品不是一顆產品，而是一個系列的產品，這一系列產品是針對不同的域控制器的一些特定的加速要求而設計的，比如說適用于通用網關的，稱為S32G，G代表Gateway；針對動力域的，是S32E、S32S、S32Z；針對ADAS域，例如雷達，則是S32R；還有針對簡單的電機控制的控制器，叫S32K等等。

圖3：S32G的應用范圍和優勢

總結

汽車電子架構的調整，也將帶來新的機遇，對于整個汽車生態系統而言，無論是汽車制造商、第三方服務商，還是半導體廠商來說都會有新的商機。對汽車制造商來說，服務型網關為他們提供了從汽車制造商向數據服務提供商轉型的機會，他們將主導把車內所有的數據及相關服務轉換成新的商業機會，而且他們有機會真正促進第三方生態系統的創建，也可以通過新的車輛服務建立自己的業務模型。這些第三方可以是租賃公司、保險公司、移動服務公司，甚至可以是用戶體驗公司。而半導體廠商則可以根據這些第三方服務和特定策略制定自己的策略。總之，新的架構，將會迎來新的商機。

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