西部數(shù)據(jù)：敏捷工作流程在汽車行業(yè)的用例

西部數(shù)據(jù)公司中國及亞太區(qū)銷售副總裁Stefan Mandl

隨著造車新勢力的崛起及近期疫情的影響，汽車設計和制造正逐步采用更為創(chuàng)新、敏捷的開發(fā)流程。2021-2022年間，全球半導體行業(yè)面臨著多方挑戰(zhàn)，這也給汽車制造業(yè)的發(fā)展帶來了制約。新的敏捷流程能夠幫助汽車企業(yè)更好地應對這一挑戰(zhàn)。

近日，西部數(shù)據(jù)聯(lián)合Coughlin Associates發(fā)布了白皮書^[1]，以分析敏捷工作流程在汽車行業(yè)的應用。數(shù)據(jù)存儲分析師Tom Coughlin在白皮書中寫道，采用更快、更好、更有效的敏捷流程的汽車企業(yè)將具有明顯的、可衡量的競爭優(yōu)勢，其原因在于：1) 這些企業(yè)使用的零部件與主流半導體產(chǎn)品更加一致；2) 它們的工作速度更快，可實現(xiàn)多線程同步運行；3) 及早的執(zhí)行可以降低成本，并提高盈利能力。

除此之外，實現(xiàn)先進的駕駛功能、信息娛樂需要更多的汽車電子設備，同時電動汽車產(chǎn)量持續(xù)增長，對數(shù)據(jù)存儲和內(nèi)存的需求與日俱增。事實上，現(xiàn)今汽車中所使用的軟件代碼量已經(jīng)超過了戰(zhàn)斗機、筆記本電腦和社交媒體網(wǎng)站，并預計將持續(xù)大幅增長。

軟件代碼量對比

存儲器和內(nèi)存對于實現(xiàn)更靈活的汽車設計與制造，當下和未來豐富的汽車功能的實現(xiàn)也發(fā)揮著日益重要的作用。

Tom Coughlin在白皮書里探討了汽車制造商采用敏捷工作流程來優(yōu)化和推動未來生產(chǎn)力時需要考慮的四個快速變化的因素，包括：

1.       開發(fā)和認證流程 – 加快上市速度，快速過渡到更新的技術

2.       硬件技術 – 采用最新的半導體技術，實現(xiàn)競爭優(yōu)勢和先發(fā)優(yōu)勢，并且節(jié)約成本

3.       平臺 – 創(chuàng)建可升級、無依賴性且可以快速采用實施的硬件、軟件平臺，以實現(xiàn)持續(xù)增量改進

4.       協(xié)作 – 利用反饋閉環(huán)，確保未來的需求可預測，盡量避免干擾實現(xiàn)需求

開發(fā)與認證流程

多年來，傳統(tǒng)汽車公司一直在努力縮短新車型的開發(fā)周期。隨著越來越多的競爭對手在汽車開發(fā)過程中采用尖端半導體企業(yè)快速開發(fā)的模式，傳統(tǒng)汽車公司也愈加需要縮短開發(fā)時間，并在汽車行業(yè)采用創(chuàng)新技術。

此外，在新冠疫情期間，汽車公司在制造過程中采用人工智能技術實現(xiàn)開發(fā)自動化，進一步加快響應速度。在2021年4月的一次行業(yè)活動上，寶馬公司介紹了公司如何使用數(shù)字孿生技術實時優(yōu)化汽車裝配廠的運營，包括多項機器人功能^[2]。

數(shù)字孿生是實體設備或系統(tǒng)的計算機模型，能夠精確地模擬建模實體的屬性和操作。這些計算機模型可用于優(yōu)化和測試建模實體，比在設備或系統(tǒng)上更快地進行實際操作。數(shù)字孿生技術的不斷改善，將加快推進汽車設計和制造創(chuàng)新。

數(shù)字孿生技術 – 推動實物與機械設計流程，加快優(yōu)化與測試

汽車研究中心 (CAR) 的Brett Smith指出：“在很大程度上，汽車公司是由其制造流程驅動的。利用技術提高工廠質量、良品率和產(chǎn)量對于行業(yè)的革新至關重要?！?/p>

硬件技術

半導體已成為現(xiàn)代化汽車中最重要的組件之一，汽車原始設備制造商紛紛將半導體采購作為更優(yōu)先的事項。原始設備制造商正在轉向半導體供應商（包括代工廠）直接采購，而不是將半導體視為二級組件，從分包商處采購。

2021年11月，福特汽車與芯片供應商Global Foundries開展合作，增加公司短期和長期半導體芯片供應^[3]。高通等其他芯片供應商也越來越多地被半導體原始設備制造商視為一級組件供應商和關鍵合作伙伴, 賦予下一代汽車更多新功能。

在2022年CES大會上，高通指出，隨著行業(yè)往電動汽車(EV)^[4]的方向發(fā)展，公司用于互聯(lián)和智能車輛的Snapdragon數(shù)字底盤的多項新功能將發(fā)揮越來越高的價值。數(shù)字底盤中值得特別關注的功能包括車輛數(shù)字孿生系統(tǒng)，它可以管理車輛的整個生命周期，并允許對最新的軟件進行測試，然后將其推送到邊緣和車輛中。另外，軟件定義的車輛方法可以采用在云端托管和基于微服務的架構，來運行一些與底層硬件架構無關的應用。

這一思路為車輛的設計、開發(fā)、測試、診斷和更新提供了新的機遇。該架構考慮了需要與硬件和嵌入式軟件嚴格匹配的功能，以確保安全性和低延遲，并提高靈活性，使各項功能以微服務形式更好地運行。

電動汽車需要達到傳統(tǒng)汽車的預期壽命，而這遠超許多大眾市場消費類設備。因此，可能需要通過采用模塊化、刀片式或盒式的新硬件架構，從而通過升級硬件來延長車輛的整體壽命。

通過將車輛的一些功能從嚴格的硬件控制轉為由軟件控制，將是保持車輛功能的同時進行硬件更換（包括半導體）的一個重要因素。它有助于更靈活地采購組件，從而避免未來汽車半導體的短缺。模塊化的硬件升級方法也將有助于車輛在整個生命周期內(nèi)保持最新狀態(tài)。

除了這些芯片和軟件定義的架構之外，新的產(chǎn)品設計方法也能有助于更低光刻節(jié)點（大眾市場半導體）產(chǎn)品通過汽車公司的認證，包括在車輛測試中使用數(shù)字孿生技術，以減少對物理測試的依賴，并且轉向與軟件定義的架構相關的并行汽車系統(tǒng)設計方法，從而設計出科技行業(yè)常用的敏捷設計流程。

平臺

諸多因素促使車輛使用更多的半導體設備，包括內(nèi)存和存儲器。半導體用于高級駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) （包括嵌入式AI系統(tǒng)）、車對車和車對基礎設施通信、信息娛樂和遠程信息處理、動力傳動系統(tǒng)控制，甚至用于車身和提供便利功能。此外，電動汽車的增長將進一步推動對汽車電子產(chǎn)品的需求增加。

根據(jù)S&P Global Mobility（前身為IHS Markit的汽車團隊^[5]）的數(shù)據(jù)，在美國輕型汽車生產(chǎn)領域，存儲器集成電路 (IC) 和傳感器將成為銷量最高的七大類汽車半導體產(chǎn)品之一，到2030年，年使用量預計將超過10億件。據(jù)估計在2020年，內(nèi)存和存儲器在汽車半導體設備中占到了7%^[6]。

S&P Global Mobility估計，由于業(yè)界對各種擁有照明和生物識別功能的傳感器需求巨大，到2031年，45-110納米半導體產(chǎn)量的累計年增長率 (CAGR) 將達到42.9%。

據(jù)S&P Global Mobility預測，為了存儲來自這些傳感器和其他電子功能的信息，以用于人工智能分析等用途，10-18納米內(nèi)存IC（LPDDR、DRAM和NAND閃存）的復合年增長率將達到28.4%，到2031年，美國輕型汽車生產(chǎn)需要的內(nèi)存IC將達到12億塊⁵。

電動（包括混合動力）汽車的銷量占比持續(xù)增長。例如在美國，電動汽車的市場份額從2019年的約4.3%上升到2021年的9.5%^[7]。未來，政策的支持將推動這一需求持續(xù)增高。例如，拜登總統(tǒng)呼吁到2030年^[8]實現(xiàn)無排放汽車銷量達到50%，且諸多汽車制造商已宣布在電動汽車領域投入大量資金——福特宣布在五年內(nèi)投入300億美元^[9]；通用汽車表示，到2025年^[10]，公司將投入350億美元；梅賽德斯-奔馳表示，到2026^[11]年，公司將投入600億歐元；大眾將在五年內(nèi)投入1,000億美元^[12]。多家汽車公司已宣布到2030年及以后，它們銷售的大部分汽車都將是電動汽車。

電動汽車將需要更多的電子產(chǎn)品，加上ADAS（包括AI）、信息娛樂、云通信、動力總成控制和便捷功能，都將推動汽車半導體需求激增，包括汽車中與功能無關的固態(tài)存儲和內(nèi)存數(shù)量的增長。

協(xié)作

隨著汽車開發(fā)出更多的自主功能，產(chǎn)生出多樣化的海量數(shù)據(jù)，而管理所有這些應用則需要進行戰(zhàn)略規(guī)劃、精心協(xié)調(diào)和智慧執(zhí)行能力。半導體供應商、一級供應商和原始設備制造商必須采用并遵守與軟件定義的架構相關且基于并行設計方法的敏捷工作流程。這是整個行業(yè)成功的核心。

“敏捷意味著要保持一個積極的反饋閉環(huán)。反饋閉環(huán)對電子元件制造商、一級供應商和汽車制造商都非常重要，這能夠讓他們協(xié)調(diào)未來產(chǎn)品新功能的設計，因為新功能的實現(xiàn)要求元件供應商改進其產(chǎn)品。同樣，處理器、傳感器和數(shù)據(jù)存儲技術的進步需要及時傳達給汽車制造商和一級供應商，讓他們利用最新的功能。這種強大的反饋機制就像一種結締組織，可以更有效地讓整個行業(yè)和電子元件供應商保持協(xié)調(diào)一致?！?西部數(shù)據(jù)公司中國及亞太區(qū)銷售副總裁Stefan Mandl 談道。

作為全球存儲架構提供商，西部數(shù)據(jù)的一個重要反饋閉環(huán)是與汽車系統(tǒng)設計師合作——幫助他們準確計算汽車的潛在數(shù)據(jù)工作負載。如果在設計車輛系統(tǒng)時沒有提前計劃，在汽車使用壽命結束之前，ADAS、eCockpit或信息娛樂系統(tǒng)中的存儲空間就有可能耗盡。

Stefan Mandl提到，因為已經(jīng)知道存儲設備的耐久性取決于寫入的數(shù)據(jù)量（以TB為單位），而且這會根據(jù)存儲容量而變化。每件設備都有一個限額，因此，根據(jù)車輛生命周期內(nèi)的實際系統(tǒng)工作負載確定數(shù)據(jù)寫入要求非常重要。

對于硬件工程師，了解基于軟件的車輛的未來工作負載正成為一項更棘手的挑戰(zhàn)。他們要根據(jù)大容量軟件更新的潛在意外場景，以及更新后的軟件如何讀取和寫入存儲設備而提前做出規(guī)劃。

西部數(shù)據(jù)還認為，企業(yè)可以通過組建更多跨職能團隊而實現(xiàn)更高的敏捷性，這些團隊會為實現(xiàn)共同的目標而持續(xù)協(xié)作。對于傳統(tǒng)的工作結構，獨立的團隊會爭搶資源，并且可能會經(jīng)常出現(xiàn)交接、溝通錯誤、重復工作和延遲等問題。

Stefan Mandl表示：“新一代汽車系統(tǒng)需要管理大量傳感器、攝像頭數(shù)據(jù)以及豐富、復雜的車載應用，這對車載存儲系統(tǒng)提出了更高的挑戰(zhàn)。西部數(shù)據(jù)擁有閃存和HDD兩大核心技術優(yōu)勢，能夠提供具備高性能、大容量、高可靠性的存儲解決方案，以支持車-邊-云新型數(shù)據(jù)架構在汽車領域的應用。同時，西部數(shù)據(jù)公司在全球跨職能項目、制造和營銷團隊中實施嚴格的管理制度，以更高效的方式將新車推向市場，并利用創(chuàng)新成果，幫助行業(yè)取得更大的成功。”

[1]敏捷工作流在汽車行業(yè)的用例https://tomcoughlin.com/wp-content/uploads/2022/04/The-Case-for-Agile-Workflows-in-the-Auto-Industry-0422pdf.pdf

[2] 寶馬集團和NVIDIA將虛擬工廠計劃提升到新的高度，寶馬新聞稿，2021年4月13日。

[3] GlobalFoundries與福特聯(lián)手應對汽車芯片供應短缺并滿足日益增多的需求，福特新聞稿，2021年11月18日。

[4] CES 2022: Snapdragon數(shù)字底盤如何推動汽車行業(yè)轉型，高通博客，2022年1月4日。

[5] IHS Markit定制美國輕型車輛半導體需求預測，2021年6月

[6] 美國國際貿(mào)易委員會貿(mào)易行政簡報，2019年5月。

[7] 半導體和汽車—有何利害關系？CAR Bernard Swiecki在SEMICON West 2021上的演講

[8] 拜登推動逐步淘汰汽油車，推出更嚴格的污染法規(guī)，《紐約時報》，2021年8月5日。

[9] 福特宣布向電動汽車投入300億美元的增長計劃，令投資者驚嘆《底特律新聞》，2021年5月26日

[10] 通用汽車宣布在電動汽車和自動駕駛汽車的投資到2025年增加到350億美元，通用汽車新聞稿，2021年6月16日

[11] 監(jiān)事會確認商業(yè)計劃：梅賽德斯-奔馳未來將投資600億歐元，梅賽德斯-奔馳新聞稿，2021年12月2日

[12] 大眾汽車將電動汽車投入增加到1,000億美元，CNN，2021年12月9日。