智能汽车进入HPC时代

整车电子架构的升级,也带来了域控制器这个新兴细分市场的快速增长。
高工智能汽车研究院监测数据显示,今年1-10月国内新车搭载智能驾驶、智能座舱域控制器上险量分别为33.35万台、72.56万台,考虑到目前基数仍较小,未来几年同比增速有望超过100%。
在这背后,还有一个细分市场值得关注,就是车身控制及网关域,也被称为车载高性能计算单元,也是迈向基于服务器架构的跨域高性能计算单元的重要一步。
本周,继去年率先在大众ID系列纯电动车量产之后,大陆集团宣布,已于中国一家大型汽车生产商处获得第一个车载高性能计算单元的量产订单,这是国内自主品牌首个官宣的首发量产搭载。
按照计划,该解决方案将于2023年在该生产商的电动汽车平台上率先投产,并计划陆续搭载在随后的5款包括电动汽车、混合动力汽车以及燃油车车型中。
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“这标志着大陆集团朝着未来智能网联车辆的中央跨域计算解决方案迈出了重要的一步,”大陆集团车联网事业部亚洲区副总裁经明表示,这套方案集成了不同汽车域的功能,为跨域高性能计算单元奠定了基础。
一、
2020年7月,大陆集团在其第一代车身高性能计算机 (HPC) 中采用了瑞萨电子的高性能瑞萨 R-Car M3 片上系统 (SoC),并量产搭载于大众ID系列车型。
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HPC是一个汽车计算平台,可提供对车辆系统的集中控制,并配备安全网关功能以实现云服务连接,也宣告传统独立网关、车身控制器、无线连接终端等分布式ECU正在向域集中式中央网关以及中央集中式服务器方向快速演进。
和ADAS、信息娱乐属于增量市场相比,智能车身高性能计算机,首先是一个存量替代市场。在多ECU集成的背景下,HPC通过MCU+SoC的计算平台,开始承担更多复杂功能和整车内外大数据的中枢大脑。
同时,HPC还需要支持高带宽的汽车应用程序,包括关键的安全功能(比如,ADAS的冗余备份,为高阶智能驾驶域控制器提供后备)和整车OTA管理。
而作为传统网关MCU芯片的垄断供应商(NXP、ST、瑞萨、TI、英飞凌等),几家公司都已经陆续推出各自的解决方案。比如,大众ID搭载的,是基于瑞萨电子的高性能R-Car M3系统芯片(SoC),提供车辆系统的集中控制,并配备了安全网关功能,以实现云服务连接。
今年,瑞萨电子还发布了全新的汽车网关解决方案,基于SoC和电源管理IC的R-Car S4系统方案,用于下一代汽车计算机、通信网关、域服务器和应用服务器。
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按照公开信息,瑞萨R-Car S4是瑞萨第四代R-Car家族的首款量产产品之一,包括多个ArmCortexA55、Cortex R52,是第一个实现基于RH850 MCU的控制域管理。
这套新方案,满足汽车行业未来对高性能、高速网络、高安全性和高功能安全级别的高要求,这是E/E架构向域和区域架构演进的要求。
“随着汽车架构的发展,与云服务的安全连接以及车内控制系统的安全管理都是主要挑战。”瑞萨汽车解决方案事业部高级副总裁Takeshi Kataoka表示,“R-Car S4解决方案解决了这些挑战,OEM已经开始使用这个解决方案设计下一代系统。”
而作为传统网关MCU的市场份额领头企业,NXP在今年宣布基于16nm工艺的S32G2汽车网络处理器正式投产。此次,大陆集团与广汽的HPC量产案例(第二代平台),就是NXP、大陆集团与广汽研究院的“强绑定”的联合开发模式。
S32G系列的性能是NXP传统网关芯片的15倍,同时降低了功耗。S32G将被用于所有新网关不仅在汽车传输数据,而且利用数据支持的高级驾驶员辅助系统以及服务在线诊断到更新软件的云。
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S32G基于Cortex-M7微控制器和Cortex-A53微处理器的锁步集群,可以支持ASIL-D标准,还配备了专用的网络加速器和加密核心,可以在车内通过CAN、以太网和其他网络发送和保护数据。
芯片集成了20个CAN接口,而当前这一代汽车网络芯片只有8个。该芯片还具有4个千兆以太网接口,在当前的网关处理器范围内从100兆以太网增加到千兆以太网。
此外,S32G同时负责整合来自摄像头、雷达和汽车周围其他传感器的所有数据,并将所有数据提供给ADAS安全控制器。这为后续跨域数据及功能融合提供了可行的量产支持。
同时,今年4月,芯驰科技与一汽集团研发总院宣布基于前者的G9X中央网关芯片开发“龙驰”中央网关平台,未来也将覆盖红旗SUV、智能小巴等车型。
这是国内首款搭载“中国芯”的自主网关量产平台,也打破了传统网关主芯片外资垄断市场的历史,也是继车载4G通讯、信息娱乐以及ADAS芯片国产化突围之后的又一新里程碑。
此外,已经在今年实现座舱域控制器前装量产的诺博科技,也将在2025年基于中央+区域的电子电气架构推出车载计算平台One Brain。在此之前,诺博科技还将量产自动驾驶域控制器。
在该公司看来,“未来两年内,整个汽车电子电气架构将只剩下中央计算和智能驾驶域、座舱域三个域,剩下的子系统则完全被集成。”
此前,高工智能汽车研究院发布报告称,从中央智能网关(车身与网关融合域)到HPC,国内外供应商及产业链首次站在了同一起跑线上,也有机会打破传统车身控制、网关等ECU的市场格局。
二、
高性能计算单元的第一步,就是融合网关与车身控制。
按照大陆集团的说法,即将量产的第二代平台,集成了车辆控制功能,能够执行诸如车辆进入、门窗控制等车身功能,同时具有第一代平台的数据管理、无线更新管理以及诊断的网关功能。
在车身控制方面,该平台提供了电动汽车的热管理和扭矩管理以及基于机器学习和边缘计算的内燃机油耗算法。通过将这些不同域的功能结合在一起,核心要素是一个安全的应用程序框架。
按照介绍,该框架符合实时计算环境中的高功能安全标准,并能严格遵守网络安全的要求。有了基于服务器的架构和软硬件分离,大陆集团能够助力汽车生产商在车辆交付以后,通过无线服务为车主提供新的功能、软件更新和软件升级。
这背后是,是新一轮跨域融合的机会。
一方面,整车电子电气架构正在由分布式架构往集中式架构演进,最终将向中央计算架构迈进。在这一变革当中,传统控制器、线束的数量将相应减少,如果不能把握这一机遇,未来将会失去竞争优势。
另一方面,在软件定义汽车的时代,软件和硬件开始充分解耦,软件的数量呈几何级的增加,并且需要基于面向服务的软件架构进行开发设计。
比如,联合电子开发的车载计算平台VCP,主要集成了动力域、车身域的相关功能,比如整车控制、BCM、网关等,同时可作为车内数据中心使用,适用于多种电子电气架构、面向服务的软件架构的开发需求。
今年11月,联合电子与上汽零束软件分公司达成战略合作,双方将携手打造全新一代车载计算平台+区域控制器(HPC+Zone)平台方案,并共同制定产品的发展路线图。
此次合作,双方将在中央集中式电子架构、SOA软件平台、全栈OTA、信息安全、跨域融合软件、软件架构、核心中间件开发等领域进行全面合作,打通底层硬件、操作系统、中间件、SOA、应用软件整条链路。
而按照此前披露的计划,特斯拉也将在2022年首发量产搭载自主研发设计的HPC芯片。此外,包括小鹏汽车在内的新势力也在积极布局高度集成域控制器(千兆以太通信),从而实现新一代的电子电器架构的落地(中央控制器+域控制器)。
按照高工智能汽车研究院监测数据显示,目前包括传统T-Box、网关、车身控制器及域控制器厂商都在切入HPC市场。而主机厂积极寻求高效解决数据驱动软件开发和迭代升级的战略布局,也在催生市场的热度。
比如,今年8月,东软睿驰领率先发布了面向整车的通用域控制器,提供具备丰富的接口协议、高算力硬件平台,可支持网关、车身域、动力域等独立控制器或融合控制器的应用。
该产品基于面向SOA的架构,大大增强了平台的可拓展性,可移植性,同时预置基础软件和标准中间件,提供丰富的开发工具,可帮助整车企业快速实现整车开发,降低研发成本投入,提高功能开发效率。
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同时,未来车载中央计算服务器还将作为自动驾驶域控制器的数据处理冗余,“独特的网络、性能和安全特性结合在一起,非常适合用于下一代ADAS域控制器。”奥迪自动驾驶ECU开发总监Bernhard Augustin表示。
此外,以华为代表的IT企业,提出了分布式网关概念。与现在的集中网关架构相比,后续传感器和执行器可以就近接入到几个分布式网关(VIU)上,形成一个环网。
同时,几个网关互为冗余,这样可以实现更高的功能安全,另外还可以节省线束。“这是一种典型的IT架构,计算和通信的架构。”华为相关负责人表示。
可以看到的是,整个汽车中央高性能计算单元市场,无论是上游芯片供应商,中游软硬件供应商,还有传统IT行业新进参与者,都在争夺这个新机会。
而未来市场的演进,还将出现集中式高性能计算单元向区域架构分布式高性能计算单元的演进,同时实现中央计算+区域计算的混合模式。高可靠性、功能安全、网络安全和零缺陷设计将成为核心的竞争要素。