集中式架構(gòu)-多集中算集中？

關(guān)于未來(lái)電子電氣架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，目前普遍認(rèn)可的方向是走向所謂的集中式架構(gòu)，也就是所有的控制都集中在一個(gè)所謂的車載計(jì)算機(jī)內(nèi)——由這個(gè)計(jì)算機(jī)控制車輛上的所有功能。我們先不對(duì)這個(gè)“美好的理想”進(jìn)行評(píng)判，先來(lái)看看所謂的“集中式架構(gòu)”究竟是什么，以及為什么。

回顧整個(gè)EEA發(fā)展的歷史，隨著車輛中電子電氣相關(guān)功能和部件的不斷增加，車上的電子電氣系統(tǒng)不斷地變得越來(lái)越復(fù)雜。（注：侯哥對(duì)于電子電氣系統(tǒng)的定義：車輛內(nèi)所有消耗、存儲(chǔ)和傳輸電能的部件的集合。包括但不限于：控制器、傳感器、執(zhí)行器、線束、蓄電池、發(fā)電機(jī)等部件）。與此同時(shí)，芯片技術(shù)、軟件技術(shù)也在不斷發(fā)展，芯片的處理能力越來(lái)越強(qiáng)、存儲(chǔ)空間也越來(lái)越大，軟件的各種工具、架構(gòu)形式、標(biāo)準(zhǔn)和流程等也不斷發(fā)展，于是，至少在理論上——在車內(nèi)放置一個(gè)控制所有功能的計(jì)算機(jī)是可能的。

然而，關(guān)于這個(gè)計(jì)算機(jī)究竟應(yīng)該承擔(dān)什么樣的功能，卻是各有各的見(jiàn)解。下面討論2種常見(jiàn)的關(guān)于什么是集中式架構(gòu)的的觀點(diǎn)。

1.?物理集中

也就是車上只有一個(gè)計(jì)算機(jī)，所有的控制器都被這個(gè)計(jì)算機(jī)合并了。

讓我們先假設(shè)這種說(shuō)法是合理的，那么問(wèn)題來(lái)了。車上的各種執(zhí)行器和傳感器就只能接到這一個(gè)計(jì)算機(jī)上了。于是，這個(gè)強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)就可能要有能力接入幾百上千根粗細(xì)不同的線纜，而且還有著巨大的發(fā)熱量。也就是把原來(lái)幾十個(gè)控制器需要接入的線束以及發(fā)熱量都集中在一處。

先不考慮發(fā)熱問(wèn)題，單單想想這上千根線束怎么從車內(nèi)的一個(gè)位置連接到全車各處就足夠讓人抓狂了。不但線束的重量和長(zhǎng)度增加了，整車的布置工程師和線束3D工程師也一定會(huì)先吐血而亡的。而且，車內(nèi)是否可以找到一個(gè)合適的地方來(lái)布置這么大的計(jì)算機(jī)還尚未可知。

另一方面，這個(gè)計(jì)算機(jī)究竟要使用什么樣的芯片呢？不但算力超強(qiáng)，而且還要有海量的I/O資源。如果我是芯片廠商，我肯定不愿意設(shè)計(jì)一個(gè)這么大的芯片，因?yàn)槊總€(gè)OEM的車上的配置都不一樣，而且差異巨大。我投入那么多的錢做這么一個(gè)芯片賣給誰(shuí)去??！另外，芯片越復(fù)雜，良品率就越低，成本也就越高。而且I/O資源與車輛的配置相關(guān)性非常高，通用性也就非常差。因此，現(xiàn)在的芯片大都是針對(duì)某一類功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

如果真的做物理的終極集中，那么，這個(gè)計(jì)算機(jī)一定是類似我們的PC機(jī)一樣，有一個(gè)通用的處理器，然后外圍要配上顯卡、聲卡等各種外設(shè)板卡才行的。處理器及每個(gè)卡里面的軟件誰(shuí)來(lái)負(fù)責(zé)？誰(shuí)有能力做全車的軟件呢？

這種計(jì)算機(jī)就如同下面的軍刀一樣，看似啥功能都有，但無(wú)法攜帶，也無(wú)法使用了。

2. 邏輯集中

也可以稱為算力集中或控制集中。也即將整車的各種控制功能都放到一個(gè)控制器或計(jì)算機(jī)中，統(tǒng)一控制各個(gè)功能和系統(tǒng)的計(jì)算和存儲(chǔ)資源。同時(shí)，很多傳統(tǒng)的控制器仍然存在，只不過(guò)這些控制器變成了提線木偶——也就是無(wú)腦狀態(tài)——僅承擔(dān)簡(jiǎn)單的硬件接入和驅(qū)動(dòng)功能，不再有自己的控制邏輯了。于是，軟件的開(kāi)發(fā)就只集中在計(jì)算機(jī)上，其他ECU的軟件將變得非常簡(jiǎn)單

舉個(gè)例子：用戶按了一個(gè)關(guān)窗的按鍵，這個(gè)按鍵的信號(hào)被一個(gè)ECU處理后輾轉(zhuǎn)送到了中央計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)手段后進(jìn)行邏輯處理，然后發(fā)送指令給相關(guān)的ECU，讓它們驅(qū)動(dòng)相關(guān)的電機(jī)，從而完成了關(guān)窗的動(dòng)作。但這個(gè)鏈路很長(zhǎng)，有可能有時(shí)延問(wèn)題，如果過(guò)程中發(fā)生了電機(jī)堵轉(zhuǎn)或者需要啟動(dòng)防夾功能，則這種冗長(zhǎng)的鏈路就會(huì)顯得力不從心了。因?yàn)榉缞A功能的實(shí)現(xiàn)需要實(shí)時(shí)采集大量的數(shù)據(jù)并通過(guò)一定的算法處理后才能實(shí)現(xiàn)，即使是十毫秒級(jí)別的延遲也可能會(huì)讓防夾出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此，這類功能一定要就近執(zhí)行——也就是在直接控制電機(jī)的ECU上執(zhí)行。類似的例子還有ESP、發(fā)動(dòng)機(jī)的電噴和三電系統(tǒng)中的很多控制等。因此，上述的集中控制也沒(méi)有辦法真正實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際的架構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)會(huì)是怎樣的呢？

盡管理想中的物理集中和邏輯集中都是不可實(shí)現(xiàn)的，但這不等于這兩個(gè)方向就是絕對(duì)錯(cuò)誤的。

首先，兩種集中方向都有一定的可取之處，比如減少控制器和線束的數(shù)量、降低硬件成本、協(xié)同控制、計(jì)算資源共享，多域之間的通信實(shí)時(shí)性增加等。其次，如果OEM有能力自己承擔(dān)大量的軟件開(kāi)發(fā)，就能夠簡(jiǎn)化供應(yīng)鏈，減少對(duì)供應(yīng)商的依賴，從而形成一定的差異化等。

目前實(shí)際的架構(gòu)也是在朝著這兩個(gè)方向發(fā)展的，只不過(guò)距離某些人描繪的烏托邦式的架構(gòu)有點(diǎn)遠(yuǎn)。正如柏拉圖在《理想國(guó)》中描述的場(chǎng)景只可能存在于想象之中一樣，絕對(duì)的集中式架構(gòu)現(xiàn)在是不存在的，未來(lái)也一定不會(huì)出現(xiàn)。

EEA架構(gòu)當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)可以總結(jié)為以下的四化：

控制集中化：在一定程度上將一些離散的功能集中到某幾個(gè)域控制器中

接入?yún)^(qū)域化：區(qū)域控制器的出現(xiàn)簡(jiǎn)化了線束的布置，并且實(shí)實(shí)在在的減少了線束和控制器的數(shù)量，從而降低了成本。

體驗(yàn)智能化：新增的功能大都是為了實(shí)現(xiàn)某些智能化的體驗(yàn)，無(wú)論是座艙、智能駕駛還是其他的傳統(tǒng)功能的提升。

開(kāi)發(fā)數(shù)字化：因?yàn)檐浖可仙?，而且系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的基于文本的設(shè)計(jì)方式已經(jīng)完全無(wú)法應(yīng)對(duì)當(dāng)前的復(fù)雜性和快速迭代的要求，基于模型的數(shù)字化開(kāi)發(fā)已經(jīng)刻不容緩。

那，現(xiàn)實(shí)版集中式的解決方案是什么？

根據(jù)當(dāng)前業(yè)內(nèi)的實(shí)踐來(lái)看，絕對(duì)的集中式解決方案是不存在的。但部分功能領(lǐng)域的集中，以及區(qū)域的集中一直都在進(jìn)行著。

在域控制器還沒(méi)有流行前，車身電子的集中就在不斷地展開(kāi)了。從BCM出現(xiàn)開(kāi)始，BCM中集中的功能越來(lái)越多。燈光、雨刮、門鎖、射頻接收、胎壓監(jiān)測(cè)、防盜、網(wǎng)關(guān)……等等一系列功能不斷地被集成，從某種意義上而言，BCM就是早期的車身域控制器。對(duì)于豪華車而言，由于車內(nèi)的配置高，一個(gè)BCM可能無(wú)法覆蓋所有的功能，于是很多車開(kāi)始配置兩個(gè)BCM，外加多個(gè)特定的控制器，如：PEPS、空調(diào)控制器、門控制器、尾門控制器、燈光控制器、座椅控制器等。當(dāng)控制器的數(shù)量多了起來(lái)之后，有些OEM和供應(yīng)商一起就開(kāi)始了集成的工作，比如將上述控制器集成一個(gè)BDC（Body Domain Controller），但是這樣的BDC的PIN腳數(shù)量可能達(dá)到400個(gè)以上，而且軟件開(kāi)發(fā)工作量巨大，于是，很多新的解決方案又出來(lái)了。比如IBCM（集成式BCM）將BCM與PEPS合在一起，配合門控制器就可以滿足大部分的普通車輛的需求，而且可以靈活拓展。

近些年，Model 3的架構(gòu)提出了區(qū)域控制器的概念?；贛odel 3的車輛電子配置低的特點(diǎn)，將一些小的控制器集中在了幾個(gè)區(qū)域控制器中，并將多媒體功能和智駕功能放到了一個(gè)盒子中。從此以后，集中式控制、區(qū)域控制的概念被炒得火熱，引來(lái)了一眾信徒瘋狂炒作，再加之互聯(lián)網(wǎng)造車新勢(shì)力的“崛起”，為了銷量通過(guò)各種渠道炒作電子電氣架構(gòu)的概念，仿佛不集中不區(qū)域就是落后。由于無(wú)論是集中還是區(qū)域都沒(méi)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，所以就出現(xiàn)了現(xiàn)在這種集中式架構(gòu)泛濫成災(zāi)的現(xiàn)狀。

集中式的方案從芯片的角度看，有3種主要的風(fēng)格 ↓

一是單芯片（One chip）方案，也就是用一個(gè)強(qiáng)大的芯片來(lái)集成多個(gè)域的功能。比如現(xiàn)在很火的高通8295，現(xiàn)在有一些廠家在用它來(lái)實(shí)現(xiàn)艙駕融合的方案。將座艙和L2的智駕功能做到一個(gè)芯片上，通過(guò)Hypervisor來(lái)實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的分區(qū)。又或者有人在討論使用英偉達(dá)的Thor來(lái)實(shí)現(xiàn)所謂的全域融合。

二是同一個(gè)PCB板上（One Board）使用多個(gè)芯片。

三是將多個(gè)PCB被放到一個(gè)盒子中（One Box），每個(gè)PCB上都有自己的主芯片

如果從集中的功能角度來(lái)看，則還有艙駕一體、行泊一體、艙泊一體等。

一不小心又寫(xiě)了三千多字，為了不給各位看官增添過(guò)多的壓力，還是先總結(jié)一下：

無(wú)論如何，架構(gòu)是為了車服務(wù)的，是車輛實(shí)現(xiàn)功能和性能的重要組成部分。而車畢竟是一種商品，架構(gòu)的先進(jìn)不等于車賣的好，大家看看銷量遙遙領(lǐng)先的那些品牌就知道了。為了集中而集中，就如同為了吃飯而活著一樣，都是舍本逐末。但無(wú)論是企業(yè)還是個(gè)人，都應(yīng)該保持對(duì)新事物的好奇心，要適當(dāng)持續(xù)關(guān)注。只不過(guò)，不是所有的新事物都是有生命力的。

最后，送給大家一句莎士比亞在《亨利四世》中的名言“Uneasy lies the head that wears a crown.” 欲戴其冠必承其重。

侯哥工作感悟：侯哥?@Roy 專注汽車電子電氣架構(gòu)開(kāi)發(fā)