佐思汽研發(fā)布《2023年智能汽車E/E架構(gòu)研究報告》。
從發(fā)展趨勢看,汽車E/E架構(gòu)最終會向中央計算架構(gòu)演進,將功能邏輯集中到1個中央控制器。主機廠E/E架構(gòu)規(guī)劃愈發(fā)激進,2023-2026年將是主機廠量產(chǎn)下一代“準中央+區(qū)域架構(gòu)”的關(guān)鍵時間節(jié)點。
未來5-10年汽車E/E架構(gòu)演變趨勢
來源:佐思汽研《2023年智能汽車E/E架構(gòu)研究報告》
“準中央+區(qū)域”架構(gòu)可進一步細分為多種類型:
車身區(qū)域架構(gòu)(Body-Zonal) :車身區(qū)域控制器通過高速以太骨干網(wǎng)絡(luò)連接到中央計算單元,中央計算單元融合整車控制、車身控制、網(wǎng)關(guān)等功能,簡化網(wǎng)絡(luò)拓撲、線束布置和減輕重量;
X域區(qū)域架構(gòu)(X-Domain Zonal) :功能域與車身區(qū)域相結(jié)合,X域區(qū)域使用更強大的處理器單元,能夠獨立調(diào)用區(qū)域內(nèi)的傳感器并進行處理;
軟件定義汽車優(yōu)化架構(gòu)(SDV-Optimized):集中式、面向服務(wù)(SOA)的計算,汽車中央計算機具備強大的處理能力,將所有決策集中于中央計算機,區(qū)域控制器則負責(zé)供電以及執(zhí)行中央控制單元的指令。
NXP全新電子電氣架構(gòu)發(fā)展路徑
來源:恩智浦
區(qū)域架構(gòu)下,MCU向高性能、多核發(fā)展
在未來的中央集成EE架構(gòu)中,中央處理單元和區(qū)域控制器通過以太網(wǎng)進行通信,區(qū)域控制器則通過CAN/LIN總線和子ECU,傳感器以及執(zhí)行器通信。
在物理上,區(qū)域控制器是多個ECU的邏輯集中點,這對于區(qū)域控制器中MCU的算力有了更高的需求。在傳統(tǒng)功能單一的ECU中往往使用性能較低的單核MCU即可滿足要求,而對于區(qū)域控制器,往往需要高性能的多核MCU才能滿足要求。在多核MCU中每個核可以跑一種單獨功能,多核即可實現(xiàn)多種功能,從而實現(xiàn)多種ECU功能的融合。
廣汽埃安GA3.0星靈架構(gòu):新上市的Hyper GT(昊鉑)是全球首款采用恩智浦S32G3作為中央計算單元處理器的車型,“中央運算單元” 采用最新一代 “NXP S32G399高性能網(wǎng)關(guān)計算芯片”,“中央運算單元” ?由大陸集團負責(zé)開發(fā),前、后區(qū)域控制器的軟件架構(gòu)基礎(chǔ)中間層采用原子服務(wù)封裝和標準化接口,中間層采用增強型組合服務(wù),可獨立執(zhí)行。
廣汽埃安GA3.0星靈架構(gòu)拓撲
來源:廣汽埃安
小鵬汽車 X-EEA3.0 架構(gòu):在國內(nèi)首次實現(xiàn)了以千兆以太網(wǎng)為主干的通信架構(gòu),同時支持多通訊協(xié)議,讓車輛在數(shù)據(jù)傳輸方面更快速。X-EEA3.0的區(qū)域控制器和中央計算單元均采用了瑞薩基于第三代RXv3 CPU內(nèi)核的旗艦 MCU。在X-EEA3.0基礎(chǔ)上,小鵬G6進一步量產(chǎn)部署新的扶搖X-EEA3.5架構(gòu)。
來源:小鵬汽車
英飛凌第3代AURIX?產(chǎn)品TC4xx MCU:高性能AURIX? TC4xx系列,主要滿足中央計算+區(qū)域控制的新需求。搭載了多達六個TriCore? 1.8嵌入式內(nèi)核,每個內(nèi)核的時鐘頻率最高可達500MHz,并且集成一個PPU協(xié)處理器,可實現(xiàn)快速向量運算,基礎(chǔ)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及其它一些復(fù)雜數(shù)學(xué)算法。PPU在未來的區(qū)域控制器中可以被應(yīng)用于建模,模型預(yù)測控制以及防入侵檢測等一些信息安全算法中。
英飛凌TC4xx的應(yīng)用領(lǐng)域
來源:英飛凌
區(qū)域架構(gòu)下,汽車以太網(wǎng)PHY和交換機芯片需求猛增,價格呈現(xiàn)劇烈波動
車載以太網(wǎng)的接口電路主要由MAC控制器和物理層接口PHY芯片兩大部分構(gòu)成。集成方式上,嵌入式芯片廠商一般會將MAC集成在MCU/CPU內(nèi)部, 如英飛凌的AURIX產(chǎn)品將MAC集成到了主控芯片MCU內(nèi)部,還集成了專用的硬件通訊路由模塊CRE/DRE;而PHY芯片則由OEM或控制器供應(yīng)商提供獨立芯片。
2023年全球以太網(wǎng)交換機/物理層PHY芯片市場規(guī)模大約8億美元,2028年預(yù)計將達到25億美元。預(yù)計到2028年,平均每輛車使用2-4片以太網(wǎng)交換機芯片,2-4片物理層PHY芯片。
2023年以來,博通BCM89系列部分以太網(wǎng)PHY和交換機芯片短期價格暴漲數(shù)倍,單顆芯片高達30-40美金;BCM8955X系列是博通第三代車載以太網(wǎng)交換機,主要應(yīng)用于汽車ADAS、信息娛樂系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān);目前,博通主推BCM8957X系列,BCM8957X是全球唯一支持802.3ch標準的車載以太網(wǎng)交換機。
典型的中央計算Zonal架構(gòu),每個Zonal網(wǎng)關(guān)內(nèi)部都包含一個以太網(wǎng)交換機,每輛車至少需要6-7片以太網(wǎng)交換機芯片。目前,Marvell、博通、恩智浦等車載網(wǎng)絡(luò)通信芯片廠商紛紛提出下一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
來源:Marvell
按照主機廠的預(yù)測,想要在2025年實現(xiàn)中央計算Zonal架構(gòu),10G的帶寬是必不可少的需求。2023年6月,Marvell推出了Brightlane Q622x系列中央汽車以太網(wǎng)交換機,是專門為汽車Zonal架構(gòu)而設(shè)計。其中區(qū)域交換機將來自汽車物理區(qū)域內(nèi)的設(shè)備(如處理器、傳感器、執(zhí)行器和存儲系統(tǒng)等)的流量聚合到一起,通過高速以太網(wǎng)連接至中央計算交換機實現(xiàn)信息交互。
來源:佐思汽研《2023年智能汽車E/E架構(gòu)研究報告》
區(qū)域架構(gòu)下,中央計算機片內(nèi)高速通信需要PCIe交換機支撐
受到Chat GPT推動,AI服務(wù)器需求暴漲,以博通SS26為代表的PCIe Switch芯片一芯難求,價格暴漲;在下一代汽車E/E架構(gòu)中,多SoC級聯(lián)、 基于PCIe的SSD存儲與中央SoC之間,同樣必須用到昂貴的PCIe交換機。
E/E架構(gòu)演進下,車載通信架構(gòu)的發(fā)展
來源:小鵬汽車
汽車跨域通信將以PCIe為主,相比過去的以太網(wǎng)通信效率可提升到幾十個G,PCIe Switch串聯(lián)起整個片內(nèi)通信。中央計算單元中的不同SoC,Ethernet Switch等均掛載其上面。外部傳感器通過Zonal ECU的Ethernet Switch串聯(lián)在一起。
高通第一代自動駕駛系統(tǒng)即Ride3.0首次在汽車行業(yè)使用了PCIe交換機,即Microchip的PM43028B1-F3EI,售價約100美元,比SA8155P的價格還高,幾乎是以太網(wǎng)交換機價格的4-5倍;
偉世通雙高通8155座艙域控制器內(nèi)部通過PCIe總線連接,兩顆8155通過PCIe總線進行連接,傳輸速率可達16Gbps,可高效傳輸ADAS駕駛輔助系統(tǒng)攝像頭輸入視頻的實時傳輸需求;
芯擎為億咖通定制的高速互聯(lián)總線SE-LINK實現(xiàn)兩顆龍鷹一號同時工作,連接兩個Antora 1000,得到Antora 1000 Pro??商峁╇p倍算力同時保持傳輸速度,其中PCIe 3.0 Lane傳輸速度實測達到了7.28GT/s。
整車EE架構(gòu)演進,驅(qū)動汽車底層OS變革
Adaptive AUTOSAR引入了面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA),以及對POSIX系統(tǒng)的支持,主要應(yīng)用于高算力SoC。SOA或者基于服務(wù)的中間件平臺,也稱為整車操作系統(tǒng)OS。
廣汽星靈架構(gòu)的SOA軟件架構(gòu),通過分層解耦的基礎(chǔ)軟件架構(gòu)平臺,實現(xiàn)了標準化分層接口、軟件模塊化、功能原子化、功能遠程配置等。廣汽星靈架構(gòu)是國內(nèi)首款基于ASF(AUTOSEMO Service Framework)技術(shù)規(guī)范開發(fā)的產(chǎn)品,基于SOA軟件架構(gòu),廣汽埃安Hyper GT首發(fā)量產(chǎn)了廣汽魔方場景共創(chuàng)平臺。
ASF致力于構(gòu)建多域融合架構(gòu)下的應(yīng)用框架
來源:AUTOSEMO
2023年4月,華為發(fā)布了iDVP智能數(shù)字底座,這是一套可以滿足區(qū)域接入+中央計算標準的SOA架構(gòu)。iDVP包含硬件平臺和軟件平臺兩部分,其中,硬件平臺是指計算與通信架構(gòu)基礎(chǔ)硬件平臺,軟件平臺又分為操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)管理框架以及SOA軟件框架。為方便用戶在iDVP上開發(fā)軟件,華為還開發(fā)了配套的工具鏈。
華為iDVP智能數(shù)字底座
來源:華為