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智能汽车电子构架变革：从ECU到域控制器，再到超级计算机
2019-04-10 10:32:02· 来源：智车科技
在数字化重塑的浪潮下，一场深刻的汽车电子电气（E/E）构架变革正在酝酿，汽车行业正在沿着当年PC和手机行业走过的路迈向智能时代。这背后将折射出怎样的技术挑
在数字化重塑的浪潮下，一场深刻的汽车电子电气（E/E）构架变革正在酝酿，汽车行业正在沿着当年PC和手机行业走过的路迈向智能时代。这背后将折射出怎样的技术挑战、行业变局与应对措施？只有把视野放在在机器人时代宏大的叙事背景下，我们才能看到这场智能汽车电子构架变革之于时代的全部意义。看到趋势并不难，难的是自我革命，谁能更坚决地拥抱这一趋势，谁就能赢得汽车行业百年巨变的竞争。
本文为地平线市场拓展与战略规划副总裁李星宇在雷锋网大咖live上的演讲，智车科技整理，内容有改动。李星宇，地平线市场拓展与战略规划副总裁，自动驾驶行业专家，前飞思卡尔应用处理器汽车业务高级市场经理、原士兰微电子安全技术专家，16年半导体行业经验。
以下是本文几个关键结论：
1. 智能汽车将将成为一部移动的超级计算机兼数据中心，是IT史上最复杂的单一产品，将诞生新的Wintel。
2. 新的E/E构架商业化落地时间大约在2025年。
3. 组织变革是OEM在这场技术革命中面临的最大挑战。
4. 智能汽车作为移动自主机器的第一形态，将撬动比自身市场大得多的商业价值。
5. E/E构架变革四大趋势：计算集中化、软硬件解耦、平台标准化以及功能定制化。
6. 新的E/E构架将基于中央计算机-层-区的概念构建，体现服务导向构架（SOA）的理念。
7. 新的E/E构架将使OEM在与领先的Tier1的博弈中重新赢得主动权。
8. AI边缘计算芯片是技术制高点，需要越过成本、功耗和性能的临界点。
智能汽车E/E构架所面临的挑战与发展趋势
在整个汽车智能化浪潮下，汽车电子软件开发量增长惊人，目前先进的智能汽车的代码量达到了2亿行，已经超越了IT史上任何一件产品，预计未来L5自动驾驶软件代码量将突破10亿行。汽车电子软件爆炸式增长，对电子电气构架带来了巨大的挑战。
90年代初，一辆汽车上平均MCU个数不足10个，而现在一辆车的MCU超过了100个，高端汽车的MCU甚至达到了300个。MCU数量迅速增长下，会带来很多问题。智能汽车ADAS功能越来越复杂，ECU性能面临瓶颈。封闭式的网络成为传感器数据传输天然的障碍，ECU功能协同困难，系统互斥的情况。
博世、德尔福等领先的Tier1提出“域控制器”的概念，对ECU框架进行优化， 根据汽车电子部件功能将整车划分为动力总成，车辆安全，车身电子，智能座舱和智能驾驶等几个域，利用处理能力更强的多核CPU/GPU芯片相对集中的去控制每个域，以取代目前的分布式汽车电子电气架构（EEA）。
今天，E/E构架设计面临四大挑战：功能安全、实时性、带宽瓶颈、算力黑洞。智能汽车E/E构架正从分布式走向集中式；其终极形态将是超级中央计算机，这其中包括四个关键趋势：计算集中化、软硬件解耦、平台标准化以及功能定制化。
智能汽车电子电气构架发展趋势
1.计算集中化：服务导向的系统构架（SOA）将成为主流，为软件提供高性能实时计算平台，在这样一个大的理念下，将催生真正的汽车大脑：超级中央计算机。并与MEC（多接入边缘计算）以及云计算组成协同式解决方案，避免车端算力需求无限增长。
伴随着计算集中化，产生了一个新的概念：区控制(zonecontrol)，与目前流行的域控制器概念有本质不同。拿军事打个比方，域概念就像是按照职能划分海陆空三军（电源域、底盘域、娱乐域、安全域），并且有独立的作战权，但不能彼此共享资源，而区概念则是按照战区进行组织划分，与中央计算机形成了联合作战司令部+战区的概念，协同性和执行效率将得到质的飞跃。
丰田提出“区概念”（Central& Zone）方案，通过ECU集成降低成本，具有空间优势、轻量化、车型覆盖多、可扩展性特点，其目标是设计简单的软件插件和实现物理层变化的本地化。
2.软硬件解耦：SOA构架还将产生硬件抽象层（HAL）的概念，硬件不再被某个功能独享，例如，一颗前视摄像头过去可能被AEB/ACC系统独占，但现在，任何车载功能都能调用这颗摄像头，这意味着一个独立的感知层会出现，成为一种公用资源。
今天，功能安全是智能汽车面临的最大挑战之一，如果按照分布式的构架，为每个功能增加独立的安全冗余硬件，简直就是一场成本灾难，但基于新设计构架，可以将所有的硬件资源与应用打通，将有更多的安全路由选择，为功能安全以经济成本实现开辟一条新的道路。
在供应链管理方面，因为每种资源都有很多独立供应商，OEM将有更多的选择，而不像选择域控制器供应商那样打包购买,让OEM跟领先的Tier1的博弈之间重新赢得主动权。
3.平台标准化：在未来，OEM可能只会开发一个电动汽车平台，覆盖低端车型、中端和高端车型。主机厂将打造自己的硬件平台，并满足三个原则：通用性、标准化以及互操作性，它使得智能汽车行业的协同进化变得更加高效。
更重要的原因来自商业考虑：钱！开发这样的智能平台可能需要编写超过3亿行代码，比Windows操作系统要高一个数量级，开发并维护多个平台在经济上不可行。
大众和福特已经在电动汽车领域共享MEB平台，以降低开发成本。近日，戴姆勒与宝马宣布合作，共同开发自动驾驶技术，以降低开发成本，并建立自动驾驶标准。
随着这一趋势深入发展，很可能会出现类似PC行业的Wintel平台，进而形成一个面向智能汽车的生态系统，这一通用平台将被大多数OEM采用，正如我们在PC和手机行业看到的那样。
4.功能定制化：智能化是未来品牌差异化的核心要素，主要是通过增加软件功能来实现。在未来，OEM交付的汽车将不是一个功能固化的产品，而是一个持续进化的机器人，Tesla最近通过OTA升级发布的“哨兵模式”和“狗狗模式”非常生动地体现了这一点。
未来的智能汽车将有一个开放的应用平台
几乎可以肯定的是，智能汽车是IT史上软硬件开发量最大的单一产品，将引领IT工业迈入亿级代码+千T级算力的时代。
智能汽车所需要的软件代码量远超IT史上任何一个产品
领先者的实践案例：特斯拉、安波福、通用等
预测未来的最好方法就是去创造它，特斯拉、安波福、GM以及宝马等是这场变革的先行者。
根据安波福的规划，这种转变是分阶段进行的。2022年将会推出一个混合构架，把PDC（电源数据中心）整合到传统的车载E/E构架中。到2025年，将实现开放式中央计算机的构架。
安波福的中央计算构架定义
最激进的车厂非特斯拉莫属，在Model 3的E/E构架中，域控制器的概念被区控制替代，整个构架仅由三大模块构成。
博世的渐进式路线从域的集中化开始演进，终极目标一样是车载中央计算机。
博世的渐进式路线
宝马在E/E构架方面的变化清晰地折射出计算集中化的趋势。
宝马规划的下一代E/E构架
根据麦肯锡的预测，未来汽车品牌差异化要素主要体现在信息娱乐功能、自动驾驶能力以及功能安全方面。而宝马也同样认为下一代E/E架构越往上层，差异化潜力越大。因此，未来软件将是差异化竞争的核心。车厂可以通过软件提供差异化体验，而这些软件应用可以来自第三方开发，比如智能交互、语音等。汽车电子软件的开发与发布模式，与现在的移动设备APP有高度类同，渐渐地从封闭开发走向生态协同进化。
智能化重塑挑战
对于OEM来说，这是一次彻底的颠覆，将带来四个方面的巨大变化：组织、人才、供应链和核心技术。
组织变革最具挑战性，将所有汽车功能域进行集成对组织机构的冲击空前；从根本上重塑主机厂的组织构架，从面向功能的组织转向平台型开发组织。
重新定义智能化时代的核心技术：计算平台、操作系统和应用软件。Tesla的核心技术布局是芯片和软件，可谓切中要害。
从技术角度看，最大的挑战来自AI边缘计算。
在过去的数年里，我们看到自动驾驶的等级每提高一级，AI算力差不多要提升一个数量级。如果要实现全自动驾驶，我们需要1000TOPS量级的算力，这已经达到人脑的算力。
结语
目标往往是清晰的，但通往目标的路径却大相径庭，无论是IT新贵，还是汽车行业老兵，大家都是基于自己的优势积累，从不同的坡，爬同一座山。在这个过程中，对于产品路线图、性能、安全性和成本的拿捏，各家都不尽相同，很难讲哪条路更好，所以无论是大陆和博世的渐进式域融合（domain fusion）路径，还是特斯拉和安波福更激进的实践，都是面向未来的探索，都值得尊重。
从PC到手机，再到机器人，每一代智能设备相比前代，都是十倍体量的增长。智能汽车作为移动自主机器的第一形态，是机器人时代当之无愧的杀手级应用，更是技术旗舰，将催生无数种的移动机器人。正如蒸汽机开启了工业革命时代，手机行业引领了整个移动设备时代一样，智能汽车最终将撬动比自身市场大得多的商业价值。
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