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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/硬體設計。因此汽車的設計概念從傳統(tǒng)的架構，轉(zhuǎn)往軟體定義汽車(Software Defined Vehicle, SDV)與Zonal架構的方向前進。Zonal架構回應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，在減少布線與設計複雜度的同時，強化運算資源管理，優(yōu)化系統(tǒng)運算效能。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)部的纜線設計、提高軟體功能更新的彈性，以及強化系統(tǒng)內(nèi)的運算效能與傳輸速度，發(fā)展Zonal架構成為汽車產(chǎn)業(yè)關注的目標。
汽車越來越接近「四輪資料中心」，整車的運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。
同時，由軟體驅(qū)動的汽車翻轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的汽車架構與概念，車廠需要適應汽車製造模式，以及供應鏈互動模式的轉(zhuǎn)變，車用供應商則須克服新興的架構設計帶來新的挑戰(zhàn)，并具備相當?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)向集中式運算
汽車的軟體與硬體設計架構正經(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一定會發(fā)展為集中式運算(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架構來管理系統(tǒng)的運算資源，集中處理顯示器、感測器等訊號的輸入/輸出。當汽車算力提升，搭配軟體功能開發(fā)/更新以及云端服務，才能實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的軟體定義汽車藍圖。
圖1 汽車的硬體架構將發(fā)展為集中式運算 (資料來源：Arm)
為了強化整車的運算效能，車用I C從Single Die演進到Multi-die，并朝著Multi-chip，也就是小晶片(Chiplet)的方向邁進。傳統(tǒng)的Single Die已經(jīng)不足以應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製程，例如Chiplet裡面只有處理器採用先進製程，I/O介面或多媒體、人工智慧加速器則選用7nm製程，最后則透過先進封裝完成Chiplet。車用Chiplet對車廠而言是全新的技術領域，同時過去車廠少有與IP/晶片廠商直接合作的經(jīng)驗，因此車用Chiplet需要經(jīng)歷學習曲線后，才能實際導入到整車中。全球已知有一家車廠發(fā)出RFQ并進入執(zhí)行階段，其他車廠則還在研究，預估2027~2028年將有導入車用Chiplet的車款問世。
訊號傳輸須重視完整性
Zonal架構與集中式運算的目的之一，就是提高車內(nèi)傳輸?shù)男?。莫?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)為了實現(xiàn)這些智慧化功能，需要整合車外的感測器、雷達、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化汽車的訊號傳輸能力。在此趨勢下，Zonal架構便是時勢所趨的需求，因為Zonal架構可大幅簡化布線并集中運算資源，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算(HPC)技術，協(xié)助車廠在提升汽車運算效能的同時，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)品設計思維，同時改變了供應鏈的樣貌。周善慶表示，近年來汽車供應鏈變化的速度加快，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。在車廠與供應商的互動方面，鄧志偉提及，目前車廠從跟Tier1互動的供應模式，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，也需要與其他供應商共同開發(fā)車用產(chǎn)品，以加快實現(xiàn)Zonal架構與軟體定義汽車的目標。
整車的設計朝向Zonal架構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。車廠與車用供應商皆需要靈活應對以軟體與使用者為核心的設計思維，透過密集協(xié)作，共同實現(xiàn)軟體定義汽車的藍圖。
