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汽車在電氣化與智慧化的發(fā)展下，功能的複雜性持續(xù)增加，需要算力更高且更有彈性的軟/硬體設(shè)計(jì)。因此汽車的設(shè)計(jì)概念從傳統(tǒng)的架構(gòu)，轉(zhuǎn)往軟體定義汽車(Software Defined Vehicle, SDV)與Zonal架構(gòu)的方向前進(jìn)。Zonal架構(gòu)回應(yīng)軟體定義汽車的趨勢，不同的功能區(qū)域由不同的閘道器就近控制，在減少布線與設(shè)計(jì)複雜度的同時，強(qiáng)化運(yùn)算資源管理，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)算效能。且整車內(nèi)的區(qū)域閘道器透過軟體更新，彈性調(diào)整功能。為了簡化汽車內(nèi)部的纜線設(shè)計(jì)、提高軟體功能更新的彈性，以及強(qiáng)化系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)算效能與傳輸速度，發(fā)展Zonal架構(gòu)成為汽車產(chǎn)業(yè)關(guān)注的目標(biāo)。
汽車越來越接近「四輪資料中心」，整車的運(yùn)算效能與傳輸速度需求不斷提高，用以滿足大量來自駕駛輔助與資訊娛樂系統(tǒng)的資料處理需求，以提高安全性及使用者體驗(yàn)。
同時，由軟體驅(qū)動的汽車翻轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的汽車架構(gòu)與概念，車廠需要適應(yīng)汽車製造模式，以及供應(yīng)鏈互動模式的轉(zhuǎn)變，車用供應(yīng)商則須克服新興的架構(gòu)設(shè)計(jì)帶來新的挑戰(zhàn)，并具備相當(dāng)?shù)能涹w開發(fā)能力，以跟上軟體定義汽車的趨勢。
汽車轉(zhuǎn)向集中式運(yùn)算
汽車的軟體與硬體設(shè)計(jì)架構(gòu)正經(jīng)歷劇變，Arm亞太區(qū)車用市場資深總監(jiān)鄧志偉分析，隨著汽車功能複雜化，運(yùn)算資源的管理在汽車系統(tǒng)中越發(fā)重要，因此汽車的硬體架構(gòu)一定會發(fā)展為集中式運(yùn)算(Central Compute)，由一個作業(yè)系統(tǒng)統(tǒng)一管理硬體的資源(圖1)。因此很多在車子裡面的I/O，需要採用Zonal架構(gòu)來管理系統(tǒng)的運(yùn)算資源，集中處理顯示器、感測器等訊號的輸入/輸出。當(dāng)汽車算力提升，搭配軟體功能開發(fā)/更新以及云端服務(wù)，才能實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的軟體定義汽車藍(lán)圖。
圖1 汽車的硬體架構(gòu)將發(fā)展為集中式運(yùn)算 (資料來源：Arm)
為了強(qiáng)化整車的運(yùn)算效能，車用I C從Single Die演進(jìn)到Multi-die，并朝著Multi-chip，也就是小晶片(Chiplet)的方向邁進(jìn)。傳統(tǒng)的Single Die已經(jīng)不足以應(yīng)付汽車日益複雜的功能，因此目前車廠多數(shù)採用Multi-die，將不同功能的晶片放在同一個PCB上，物理層的傳輸通道採用PCIe的Switch來連接晶片，并由單一作業(yè)系統(tǒng)驅(qū)動。鄧志偉進(jìn)一步解釋，然而Multi-die的晶片需要透過CXL或是CCIX(Communication Protocol Transporting)協(xié)調(diào)跟溝通，導(dǎo)致15~25%的效能耗損。因此即便Multi-die成本較低，車廠仍投入開發(fā)車用Chiplet。
車用Chiplet的優(yōu)勢在于Chiplet內(nèi)的Die不需要每一個都採用先進(jìn)製程，例如Chiplet裡面只有處理器採用先進(jìn)製程，I/O介面或多媒體、人工智慧加速器則選用7nm製程，最后則透過先進(jìn)封裝完成Chiplet。車用Chiplet對車廠而言是全新的技術(shù)領(lǐng)域，同時過去車廠少有與IP/晶片廠商直接合作的經(jīng)驗(yàn)，因此車用Chiplet需要經(jīng)歷學(xué)習(xí)曲線后，才能實(shí)際導(dǎo)入到整車中。全球已知有一家車廠發(fā)出RFQ并進(jìn)入執(zhí)行階段，其他車廠則還在研究，預(yù)估2027~2028年將有導(dǎo)入車用Chiplet的車款問世。
訊號傳輸須重視完整性
Zonal架構(gòu)與集中式運(yùn)算的目的之一，就是提高車內(nèi)傳輸?shù)男省Ｄ?Molex)亞太南區(qū)資料通訊與汽車產(chǎn)業(yè)高級銷售總監(jiān)周善慶(圖2)指出，現(xiàn)階段市場上新推出的車款都有Level2等級的自動駕駛與智慧座艙功能，汽車系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)這些智慧化功能，需要整合車外的感測器、雷達(dá)、LiDAR以及車內(nèi)的資訊。加上未來隨著汽車的自駕等級提升，汽車所需的算力與傳輸速度遽增。Level2等級的自駕僅需10 TOPS的算力，而Level3所需的算力則增加10倍，達(dá)到100 TOPS。
圖2 莫仕(Molex)亞太南區(qū)資料通訊與汽車產(chǎn)業(yè)高級銷售總監(jiān)周善慶
面對汽車自駕等級提高與軟體定義汽車的趨勢，車內(nèi)數(shù)據(jù)量與傳輸量將大幅增加，車廠投入大量心力強(qiáng)化汽車的訊號傳輸能力。在此趨勢下，Zonal架構(gòu)便是時勢所趨的需求，因?yàn)閆onal架構(gòu)可大幅簡化布線并集中運(yùn)算資源，有助于車內(nèi)傳輸維持良好的訊號完整性與即時性。同時未來汽車也需要載用小型化且高速化的混合型連接器，連接器產(chǎn)品可透過整合低壓與高速運(yùn)算(HPC)技術(shù)，協(xié)助車廠在提升汽車運(yùn)算效能的同時，有效控制成本。
車廠成汽車製造PM
軟體定義汽車趨勢，除了衝擊既有的整車與車用產(chǎn)品設(shè)計(jì)思維，同時改變了供應(yīng)鏈的樣貌。周善慶表示，近年來汽車供應(yīng)鏈變化的速度加快，傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)需要48~60個月，維持5~7年的產(chǎn)品生命週期。然而中國等市場的OEM廠快速掘起，生產(chǎn)加上測試的時間縮短至24~30個月，產(chǎn)品生命週期約為3~5年，且更樂意採用新興技術(shù)。在車廠與供應(yīng)商的互動方面，鄧志偉提及，目前車廠從跟Tier1互動的供應(yīng)模式，轉(zhuǎn)為整車生產(chǎn)的大型專案管理者，除了與Tier1業(yè)者合作，也需要與其他供應(yīng)商共同開發(fā)車用產(chǎn)品，以加快實(shí)現(xiàn)Zonal架構(gòu)與軟體定義汽車的目標(biāo)。
整車的設(shè)計(jì)朝向Zonal架構(gòu)與軟體定義的方向變革，透過提高算力與數(shù)據(jù)傳輸量，滿足日益複雜的汽車功能。車廠與車用供應(yīng)商皆需要靈活應(yīng)對以軟體與使用者為核心的設(shè)計(jì)思維，透過密集協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)軟體定義汽車的藍(lán)圖。
