電動車時代已揭開序幕：五項成功必備要素

電動車的時代已來臨，然而嚴格的安全要求、漫長的前置時間以及對效能的需求，讓電動車成為一個充滿挑戰(zhàn)的市場。本文前瞻敘述未來幾年值得關注的五大重要趨勢。
電動車（EV）的時代已正式展開！通用汽車表示該公司在 2035 年前，將把汽柴油引擎的車款及休旅車從商品選項中移除；福特汽車也將在 2030 年前，將在歐洲市場的車款全面電動化。英國原本發(fā)布預計在 2035 年前逐漸讓汽柴油車退出市場，隨后又把時程提早到 2030 年。
像優(yōu)比速（UPS）與亞馬遜（Amazon）等車隊用戶，已下訂了數(shù)千輛的零排放的物流車，并投資了電池驅動的長程卡車解決方案。同時，電池的售價從 2010 年起，已大幅下滑 89%。
對于消費者與汽車迷而言，下一個十年內前往展示中心賞車，將是高性能轎跑車世代以來，最令人興奮的時刻。據彭博社新能源財經報導指出，在 2026 年前，全美的汽車展示中心將展示約 130 款不同的零排放車款，而目前大約只有 15 個車款。

由于電動車系統(tǒng)可被比喻為裝上輪子的計算機，對于電子產業(yè)來說，這當然也是個好消息。不過，就像與汽車產業(yè)有業(yè)務來往的人士所知，嚴格的安全要求、漫長的前置時間以及對效能的需求，讓電動車成為一個充滿挑戰(zhàn)的市場。

未來趨勢焦點
以下是未來幾年值得關注的五個重要趨勢：

【1】處理能力將進行整合
不久之前，車輛的運算效能常常等于處理器的數(shù)目：一臺中階車可能搭載 30 顆，而高階車款可能配備 100 顆。

車商已開始轉戰(zhàn)至分區(qū)、更集中式的運算架構策略，以數(shù)量較少、但威力更為強大的系統(tǒng)單芯片，取代許多的微控制器。電動車將讓這個趨勢加速成形。分區(qū)與集中式運算，實踐了把更具彈性與更普遍的智能帶進汽車的承諾。
利用異質核心數(shù)組打造效能更強大的裝置，可以監(jiān)控關鍵的安全系統(tǒng)、管理更新、與終端服務互動，并為云端架構的人工智能與機器學習算法搜集與詮釋數(shù)據。有了分區(qū)的處理器，車輛可以真正成為透過軟件定義：一組效能強大、但獨立運作的行車計算機，就是辦不到這點的。這種方法也將簡化數(shù)據管理，將電力與散熱納入考慮，進一步降低重量并提升效率。
與服務器及智能手機一樣，車載系統(tǒng)單芯片將混搭 CPU、繪圖處理器（GPU）、神經網絡處理器（NPU）以及供網絡等功能使用的專屬核心。它們也會針對特定區(qū)域，例如傳動系統(tǒng)、數(shù)字座艙或管理車輛的各種駕駛輔助系統(tǒng)，進行優(yōu)化。

 
圖1 : 功能性安全確保像煞車與轉向等安全關鍵的功能獲得電子系統(tǒng)的支持，可以檢測、偵錯并減輕功能失靈與故障。 (source：kpattorney.com)

它們與標準的運算硅晶圓不同之處，在于對功能性安全的要求。功能性安全確保像煞車與轉向等安全關鍵的功能獲得電子系統(tǒng)的支持，可以檢測、偵錯并減輕功能失靈與故障。此外，可預防或降低不同功能間干擾情況的機制，能進一步支持功能性安全。例如 Arm 去年發(fā)表的 Mali-G78AE GPU，可以讓 OEM 廠商為混合關鍵性工作負載，打造四個獨立的硬件分區(qū)。透過這種方式，我們可以利用軟件的多功能性，促成硬件架構的安全。

【2】電池要變得更聰明
瓦錫蘭（Wartsila）公司Greensmith 能源儲存部門創(chuàng)辦人 John Jung 表示：「電池就是計算機?！龟帢O與電解液雖然會沖擊電池組與電動車的價格、效能與長期使用年限，但例如充/放電率、電池平衡與預測性分析等因素同樣也會造成影響，而這些都由電池、模塊與電池組內的硅晶圓及軟件進行控制。
想象一下，若想把車輛的續(xù)航力額外延長 25 英里，為了因應這樣的挑戰(zhàn)恐怕會產生焦慮。你可以藉由增加電池容量達成這個目標，或是打造超級省電模式，讓電池管理系統(tǒng)在加速時調降出力。后者可能成本較低，且增加的重量也比較少。
至于效能，電子學將讓制造商利用一套共享電池，為豪華轎車、經濟型車輛、休旅車與雙門敞篷車，打造出差別化的電池組。你可能也會看到制造商使用這些系統(tǒng)來強調加速性（也就是峰值電力輸出），而其它車款則是強調續(xù)航性。
未來十年，電池管理與控制系統(tǒng)將是創(chuàng)新的熱點。電池管理將獲得云端分析的輔助，而后者則可分析個別駕駛的習慣，并與電池管理系統(tǒng)一起運作。博世（Bosch）預測他們的云端電池系統(tǒng)可以減少 20% 的電池損耗。

【3】車輛的效率必須更高

 
圖2 : 在電動車里，煞車、動力系統(tǒng)與其它關鍵的系統(tǒng)，必須靠電池來運作。(source：Benzinga)

對于內燃機車輛，電力是次要的考慮。但是對于電動車，座艙內消耗的電力會直接影響續(xù)航哩程：暖氣最多可能讓續(xù)航哩程減少三成。同時，原本在高階轎車中控臺的高級娛樂系統(tǒng)，也將逐漸導入到較經濟的車款。汽車制造商未來必須進行肉眼看不到的車輛耗能減重，并密切關注處理能力與算法效率。打造智能手機與物聯(lián)網裝置學到的提升效率的心得，這里可以派上用場。
在電動車里，煞車、動力系統(tǒng)與其它關鍵的系統(tǒng)，也必須靠電池來運作。我們需要透過先進的處理器與軟件達到更高的效率，不過效率絕對不能干擾效能。
座艙或分區(qū)處理器取得的效率提升，也會帶來其他的正面效益。散熱設計與機械設計都會變得更簡單。汽車制造商、開發(fā)人員以及他們的硅晶圓伙伴，都必須持續(xù)延展每瓦效能的最大極致。
另一個好處是：與其讓更輕的車體材料商業(yè)化，或擠出額外的空氣動力效果，效率的提升可以更快地達成，成本也更低。

【4】不只跟車輛本身有關
車主不是唯一的觀眾。電動車將需要更多的充電站、更多電力容量與電網的升級。以電動車行駛 100 英哩所消耗的電量，相當于美國一個家庭一整天的耗電量。德州大學于 2018 年進行的思考實驗曾估計，倘若整個德州的汽車全面電動化，電力生產必須提升三成。

太陽能則會增添另一個難題。太陽能在六點左右開始下降，而這時候許多駕駛正準備為愛車徹夜充電。
所幸電網的優(yōu)化是另一個典型的優(yōu)化問題。未來當我們在充電站充電時，你的愛車也將連上網絡，這個網絡會鏈接到訂定電力生產預測的智慧電網進行分析、主控實時電力市場的云端應用、區(qū)域性的能源儲存，當然還有公共充電站內部、以及你的愛車內復雜的處理器。

【5】開始思考自動駕駛
自駕車最后都會是電動車。與內燃機引擎相關的可靠性與維修等問題，對于想要利用它打造自駕車隊的人，負擔實在是太大。此外，電動車（目前）的成本溢價，車隊也比較容易攤掉。
今日車隊從電池管理與分區(qū)控制所學到的心得，將有效地成為汽車自動化推出的發(fā)展平臺。效率的重要性也會越來越高，完全（第五級；Level 5）自駕系統(tǒng)每秒運算力將達到 4,000 TOPS。
我們也會看到其它與電動車相關的改變。加油站已經開始轉型成電動車充電咖啡廳。電動車預計會讓車隊/共乘-共享模式更受歡迎；果真如此，長期下來，將可以釋放出相當數(shù)量的停車位與私人停車場、及其使用的土地空間（此類用地占洛杉磯市 13% 的土地）。
但有一件事是不變的：車輛將繼續(xù)存在。對于我們的生活，它扮演著中心的角色。我們今日完成的創(chuàng)新，將會讓我們口中的「汽車」、以及對于行動力的認知持續(xù)演化，并讓此產業(yè)繼續(xù)朝下一個世紀邁進。
(本文作者Chet Babla為Arm 車用事業(yè)部副總裁)