世紀(jì)機(jī)遇！ AI和無人駕駛需求下的未來汽車電子架構(gòu)

　　這是一款中級豪華轎車的電子電器架構(gòu), 如圖1所示, 是一種平行的、由不同帶寬和信號傳輸標(biāo)準(zhǔn) (protocol) 并通過網(wǎng)關(guān)(Gateway)連接而成的網(wǎng)絡(luò)， 這里有CAN(controller area network)、FlexRay、MOST、LIN、LVDS(Low voltage differential signaling)，甚至模擬信號的直接連接。

　　車載電子網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)有上萬個信號在不同傳輸標(biāo)準(zhǔn) (protocol)下收發(fā)，不同形式的軟件在不同的上百個的電子控制模塊運(yùn)行，軟件的規(guī)模已經(jīng)超過100 Mio.行，如何把控這樣的復(fù)雜體系，有效地驗證其整體功能和安全， 還同時要把研發(fā)和整車成本控制在一定的范圍內(nèi)，這是主機(jī)廠現(xiàn)在面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。

　　讓我們回顧一下個人電腦(Personal Computer)的發(fā)展歷程，自1981年8月IBM發(fā)明PC以來， 電腦的硬件架構(gòu)是基本固定的和可擴(kuò)展的(scalable)， 有CPU、GPU， 有PCI-Bus，有端口USB、VGA、HDMI，還有工作內(nèi)存、硬盤或SSD; 軟件方面，有一個操作系統(tǒng)，有不同的應(yīng)用軟件，而連接這些PC的網(wǎng)絡(luò)，是以太網(wǎng)(Ethernet) 。

　　圖2 IBM PC5150

　　這里作者指出，汽車的電子模塊對比PC，有如下的巨大區(qū)別：

　　圖3 汽車電子模塊與PC的對比

　　面對車聯(lián)網(wǎng)(V2X) 、駕駛輔助系統(tǒng)ADAS(advanced driver assistance system) 、整車電氣化(electrification) 、以及未來無人駕駛(autonomous driving)的市場，現(xiàn)有汽車的電子電器架構(gòu)已經(jīng)不能滿足未來的需求了。大量的數(shù)據(jù) (雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭、以及其它各種傳感器的信號，還有V2X的信號)需要接收、處理、并發(fā)出相應(yīng)的指令到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　對此，筆者提出如下三個觀點(diǎn)：

　　第一：開發(fā)和制定一個標(biāo)準(zhǔn)的、可擴(kuò)展的汽車用電腦，把它稱為iPC(車載電腦)

　　iPC如同一個高性能的、可擴(kuò)展的PC，擁有標(biāo)準(zhǔn)的CPU (central processing unit)、GPU (graphic processing unit) 、SoC(system on chip)，和其它可擴(kuò)展的AI芯片，比如NPU (neuronal network processing unit) 。在2000年，我還在德國戴姆勒集團(tuán)負(fù)責(zé)動力總成電子系統(tǒng)，和同事們研討未來汽車電子時，就有了iPC想法的雛形 。

　　iPC的操作系統(tǒng)可以統(tǒng)一，比如Linux。iPC的網(wǎng)絡(luò)端口主要是以太網(wǎng)(Ethernet)，帶寬1Gbps至100Gbps，集成了未來的5G移動網(wǎng)絡(luò)， 以及I/O端口。這是屬于PC和服務(wù)器制造公司、創(chuàng)新科技公司的一次世紀(jì)機(jī)遇!也是汽車電子行業(yè)重新洗牌的時刻!

　　第二：制定和實施汽車以太網(wǎng)(automotive ethernet)

　　以太網(wǎng)在互聯(lián)網(wǎng)、個人電腦、工業(yè)自動化已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。未來的中國制造2025、或者德國工業(yè)4.0，物聯(lián)網(wǎng)(internet of things)，它們都有一個共同的載體Ethernet!汽車網(wǎng)絡(luò)之所以至今少有應(yīng)用以太網(wǎng)(少數(shù)在多媒體的應(yīng)用除外)，其中一個主要障礙就是以太網(wǎng)的實時性 (real time capability) 。

　　以太網(wǎng)一般要等待先傳輸?shù)囊粋€信號包 (package)投遞到達(dá)，才能傳輸?shù)诙€信號包，這樣，對發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)向或制動系統(tǒng)的控制信號，是不能滿足要求的。為了使以太網(wǎng)能夠?qū)崟r控制(time trigged)，IEEE802.3制定標(biāo)準(zhǔn)，可以發(fā)送快遞信號包(express package)，它可以先暫停在傳輸中的信號包，讓快遞信號包實時送達(dá)后，再傳送暫停了的信號包，以解決發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)向、制動系統(tǒng)的實時控制問題。另外，如果利用PoE(Power over Ethernet)，可實現(xiàn)不外加線束、直接驅(qū)動一些執(zhí)行器。

　　第三：開發(fā)獨(dú)立于硬件的應(yīng)用軟件

　　現(xiàn)有五花八門的車載電子控制模塊，因為它們來自不同的Tie1，有不同的硬件、不同的操作系統(tǒng)，更有不同的應(yīng)用軟件，這對于OEM來講，是一個極高成本的、大風(fēng)險的、十分復(fù)雜的集成和驗證工作。

　　如果有了車載電腦iPC，有了iPC的統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，就能給與軟件科技公司一次巨大的機(jī)遇，開發(fā)獨(dú)立于硬件的應(yīng)用軟件，如同App，可以在不同的硬件環(huán)境下正常運(yùn)行, 客戶甚至可以依據(jù)個人需求付費(fèi)下載(new business model)， 也使OEM可以簡單地集成、驗證、再用(re-use) 。我的一些德國汽車主機(jī)廠(BBAP)的同行們，同樣希望有獨(dú)立于硬件的應(yīng)用軟件，便于進(jìn)一步開發(fā)、再應(yīng)用(re-use)，甚至便于切換Tie1。

　　圖4 開發(fā)獨(dú)立于硬件的應(yīng)用軟件(汽車車載App)

　　圖 5 基于iPC的汽車電子以太網(wǎng)

　　總結(jié)

　　汽車電子的未來架構(gòu)將是車載以太網(wǎng)(automotive ethernet) 。

　　作者在這里提出三個觀點(diǎn)：

　　1) 標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展的車載電腦iPC

　　2) 統(tǒng)一的操作系統(tǒng) (比如Linux)

　　3) 獨(dú)立于硬件的應(yīng)用軟件

　　這將是未來汽車發(fā)展的趨勢，給與PC、服務(wù)器制造商和科技創(chuàng)新公司，以及獨(dú)立的軟件科技公司帶來了嶄新的商機(jī) 。打破系統(tǒng)Tie1的壟斷，正是中國零部件企業(yè)的世紀(jì)機(jī)遇!

　　預(yù)測到2025年， 以太網(wǎng)在汽車電子的滲透率將超過50%， 而它帶來的不僅是技術(shù)的跨越，也是降低成本、輕量化和汽車個性化(iPC的App， 軟件更新OTA)， 車聯(lián)網(wǎng)V2X，無人駕駛(routing & map via cloud)的新突破。