軟件成未來汽車最大挑戰(zhàn)，新處理器平臺(tái)保駕護(hù)航

作者 / 王瑩 《電子產(chǎn)品世界》編輯

編者按：汽車業(yè)有三大趨勢(shì)：互聯(lián)通信、自動(dòng)駕駛和電氣化，其所需要的軟件的復(fù)雜程度越來越高，這對(duì)處理器的計(jì)算能力和平臺(tái)架構(gòu)提出了挑戰(zhàn)。來自全球最大的汽車半導(dǎo)體制造商NXP公司的高管在此分析了軟件挑戰(zhàn)和處理器平臺(tái)的應(yīng)對(duì)策略。

汽車制造商眼中的軟件挑戰(zhàn)

　　由于恩智浦(NXP)公司處于市場領(lǐng)先地位，并且和全球領(lǐng)先的汽車生產(chǎn)廠商之間保持非常緊密的聯(lián)系，因此有豐富的行業(yè)知識(shí)，基于這些知識(shí)充分地認(rèn)識(shí)到目前汽車行業(yè)所面臨的最大挑戰(zhàn)是軟件方面。

　　當(dāng)前互聯(lián)性、無人駕駛以及程度越來越高的電氣化是趨勢(shì)，但是這樣的一個(gè)宏觀趨勢(shì)對(duì)于每一家汽車生產(chǎn)廠商來說意味著什么呢，對(duì)于底層的電子架構(gòu)意味著什么呢?

　　首先看看互聯(lián)性大趨勢(shì)。對(duì)絕大多數(shù)的汽車駕駛者，尤其是在像北京、上海這樣的大城市里，人們每天在汽車?yán)锘ǖ臅r(shí)間越來越多了，大城市里人們每天至少在汽車?yán)锎粋€(gè)小時(shí)。人們?cè)谲噧?nèi)待這么長時(shí)間，當(dāng)然希望在車內(nèi)的時(shí)間也能和外部世界有效連通起來，大部分駕駛員非常熟悉、習(xí)慣常規(guī)的方式，不管通信的聯(lián)系還是導(dǎo)航的聯(lián)系。這個(gè)大趨勢(shì)意味著對(duì)于汽車來說，要基于以太網(wǎng)有更大的帶寬支持互聯(lián)。

　　第二個(gè)趨勢(shì)是無人駕駛，要求汽車對(duì)于它周遭所運(yùn)營的環(huán)境認(rèn)知能力更強(qiáng)。而這種對(duì)于環(huán)境的認(rèn)知能力是基于車身所匹配的一整套傳感器。這些傳感器包含不同的用途，有雷達(dá)的，有視覺的(例如攝像頭傳感器)，有聲波抓取的傳感器。這就意味著汽車將獲取數(shù)量驚人的、比以前多得多的數(shù)據(jù)，才能使車有效地了解周圍的環(huán)境。對(duì)于一輛普通汽車，通常有6~8個(gè)攝像頭，以及同等數(shù)量的雷達(dá)傳感器。這些傳感器對(duì)于帶寬會(huì)有很高的要求，需要有數(shù)百兆的帶寬能力。

　　第三個(gè)趨勢(shì)是電氣化。電氣化也為汽車行業(yè)帶來很多新的挑戰(zhàn)，例如針對(duì)動(dòng)力總成方面的新應(yīng)用。這樣的一些新要求毫無疑問需要更加復(fù)雜的計(jì)算技術(shù)，才能夠處理那些非常復(fù)雜的算法，也才能夠非常有效地管理像內(nèi)燃機(jī)、普通發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)汽車或者混合電動(dòng)、燃料電池之間的關(guān)系。

　　所有這些趨勢(shì)都意味著在以下幾個(gè)方面提出了更高的要求：首先是應(yīng)用的復(fù)雜程度越來越高;其次對(duì)計(jì)算能力的要求越來越高;第三是軟件的復(fù)雜程度越來越高。

　　基于前面提到的全球宏觀的大背景，以及產(chǎn)生的新的應(yīng)用要求，例如在電氣化、互聯(lián)以及無人駕駛這些新的趨勢(shì)和應(yīng)用的要求，使得我們有理由相信未來五年汽車行業(yè)軟件的復(fù)雜程度將進(jìn)一步激增。對(duì)于汽車生產(chǎn)廠商最主要的一個(gè)挑戰(zhàn)就是用了這么多的軟件是來自不同的軟件公司，而來自多個(gè)不同的供應(yīng)商的多個(gè)不同的軟件系統(tǒng)需要有效地在一輛汽車?yán)锩娴玫郊?。這就對(duì)汽車整車生產(chǎn)廠商提出了更大的挑戰(zhàn)，他們不得不耗費(fèi)更多的軟件開發(fā)方面的資源，新車上市的時(shí)間也被延長了。

汽車底層電子架構(gòu)的挑戰(zhàn)

　　汽車內(nèi)部的車載網(wǎng)絡(luò)也變得越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)汽車廠商主要是依靠自身的能力和資源來不斷發(fā)展，試圖來包容進(jìn)去前面提到的新要求，實(shí)現(xiàn)一些新功能，以滿足市場的需求。這種做法可以奏效，前提是每一項(xiàng)功能是彼此相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行的。當(dāng)然，如果汽車內(nèi)部的各個(gè)子系統(tǒng)之間都是彼此獨(dú)立來工作的，例如車輪不會(huì)受到傳感器的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)受到車內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)的影響等，前面提到的這種不斷增加新功能的方法是可以的。當(dāng)車身內(nèi)部不同的應(yīng)用之間通信不斷的加強(qiáng)，這尤其對(duì)于無人駕駛來說是非常重要的，很顯然我們就需要一種更加復(fù)雜、更加結(jié)構(gòu)化的平臺(tái)。

　　所以展望未來，未來的汽車會(huì)需要一個(gè)更加結(jié)構(gòu)化的架構(gòu)，這可使汽車內(nèi)部不同的高性能的計(jì)算資源之間實(shí)現(xiàn)互相比較簡便的溝通。而這就要提到傳統(tǒng)架構(gòu)的限制和問題了，因?yàn)閭鹘y(tǒng)架構(gòu)中硅片硬件方面和軟件的系統(tǒng)之間往往存在著不匹配性，這樣就使得更新變得比較困難，而且不同的應(yīng)用之間也很難實(shí)現(xiàn)有效的擴(kuò)展。而現(xiàn)在的新架構(gòu)將具備更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)能力，更加安全、有保障，尤其在無線更新/OTA方面更加會(huì)有保障。

　　舉個(gè)例子來解釋一下不同模式之間的差別：在十年前，那些最領(lǐng)先、最尖端的汽車，諸如寶馬7系、奔馳X系或者更高端的車，儀表盤上的按鍵超過百個(gè)，而每一個(gè)按鍵都對(duì)應(yīng)控制著汽車內(nèi)部的一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)或者應(yīng)用。但你現(xiàn)在再來看奔馳X系列或者寶馬7系，包括特斯拉等，車內(nèi)儀表盤體驗(yàn)完全不一樣，所有原來的按鈕都消失不見了，取而代之的是軟件界面。在軟件界面上，用戶根據(jù)自己的需要添加一些新的功能都是非常便捷的。

　　如果我們還是延用原來那種每個(gè)按鈕控制每一個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用的方式，我們不可能為現(xiàn)在的消費(fèi)者提供他們所需要的互聯(lián)體驗(yàn)。但是如果我們現(xiàn)在采用軟件控制的方式，普通的用戶就可以非常容易地根據(jù)自己的需要來添加一些新功能，而且只要在汽車壽命期內(nèi)還能跑，就可以不斷地加一些新的功能，而無需將汽車開到經(jīng)銷商那里，再去人工裝一些新按鈕。所以現(xiàn)在我們可以看到重要轉(zhuǎn)型：從原來傳統(tǒng)的架構(gòu)轉(zhuǎn)向新的現(xiàn)代化的架構(gòu)。

　　但是在這樣的轉(zhuǎn)型歷程當(dāng)中，并不是所有的車廠齊頭并進(jìn)的。有一些車廠是漸進(jìn)式地不斷加入一些新功能。還有一類廠商是比較新的汽車生產(chǎn)企業(yè)，它們因?yàn)闆]有歷史包袱，完全就是一張白紙可以畫出美好的圖案，完全現(xiàn)代化地實(shí)現(xiàn)新架構(gòu)。但不管哪一類廠商，他們的要求都是一樣的，那就是更高的安全性和更高的移動(dòng)性。

　　由此可見，電子元件和軟件現(xiàn)在是主導(dǎo)一輛汽車的最主要的力量，為了滿足普通消費(fèi)者對(duì)于新功能越來越多的期望，車身內(nèi)部的軟件系統(tǒng)也變得愈加復(fù)雜。而汽車廠商則需要有更高性能的軟件系統(tǒng)來支持用戶所期望獲得的更強(qiáng)的可擴(kuò)展性和更高性能的要求。同時(shí)還要滿足他們的期許，保證駕駛的安全。

全新的處理器平臺(tái)

　　既然整個(gè)行業(yè)面臨很多軟件挑戰(zhàn)，那么NXP能夠?yàn)槭袌鎏峁┦裁磥斫鉀Q這些挑戰(zhàn)呢?

　　為了有效應(yīng)對(duì)以上這些挑戰(zhàn)， NXP推出了S32處理器平臺(tái)，對(duì)硬件做了完全新的再工程化的工作，包括MCU(微控制器)和MPU(微處理器)。也就是NXP對(duì)于硬件IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)，以支持軟件上的要求。同樣在軟件方面也做了完全嶄新的再工程化，使得汽車內(nèi)部各個(gè)不同的域之間保持一貫的使用體驗(yàn)和性能，不管是空調(diào)系統(tǒng)還是汽車去感知捕捉行人經(jīng)過的這些信息。NXP需要通過這種方式，來作為一個(gè)軟件的供應(yīng)商，服務(wù)于各個(gè)不同的汽車生產(chǎn)廠商。

　　我們現(xiàn)在可以為我們的客戶所提供平臺(tái)性能比目前表現(xiàn)最好的汽車安全平臺(tái)高十倍1 。應(yīng)用程序內(nèi)的軟件開發(fā)工作減少90%，跨應(yīng)用程序的開發(fā)減少40%以上2。令汽車安全、防護(hù)和空中(OTA)能力邁上新臺(tái)階。

　　特別指出的是，通?，F(xiàn)代架構(gòu)上，一輛汽車有5個(gè)大域：中央互聯(lián)網(wǎng)，車內(nèi)駕駛體驗(yàn)域，除此之外還有其它重要的動(dòng)力總成控制域，車身和舒適度域，駕駛者輔助或駕駛者替代域。

　　NXPS32架構(gòu)帶給客戶最強(qiáng)大的功能就是給他們提供了在所有五個(gè)不同域之間共同的通用軟件開發(fā)環(huán)境。那么，NXP如何將處理器性能提高十倍呢?實(shí)際上，主要的做法是讓微控制器進(jìn)入千兆赫茲的領(lǐng)域，通常來說以前業(yè)界用的微控制器主要是在300~350MHz，NXP現(xiàn)在用的是業(yè)內(nèi)第一款微處理器，采用的是16nm FinFET。

　　另外，NXP主要面向的是Tier one(汽車一級(jí)供應(yīng)商)還是整車制造商(OEM)?其實(shí)架構(gòu)的變化背后驅(qū)動(dòng)力來自于OEM廠商，最高級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，OEM會(huì)有強(qiáng)烈的需求。但是針對(duì)每一個(gè)具體的應(yīng)用，NXP也和領(lǐng)先的Tier one合作，以針對(duì)他們對(duì)性能的具體要求。(備注：1.基于競爭對(duì)手公開發(fā)布的路線圖性能聲明;2.根據(jù)對(duì)現(xiàn)有客戶應(yīng)用程序中恩智浦軟件代碼的分析，恩智浦預(yù)計(jì)軟件重復(fù)利用率在域內(nèi)和不同汽車域之間將分別高達(dá)90%和40%以上。)

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第11期第1頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。