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雷鋒網(wǎng)新智駕按：本文作者李星宇，地平線(xiàn)市場(chǎng)拓展與戰(zhàn)略規(guī)劃副總裁，自動(dòng)駕駛行業(yè)專(zhuān)家，前飛思卡爾應(yīng)用處理器汽車(chē)業(yè)務(wù)高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理、原士蘭微電子安全技術(shù)專(zhuān)家，16年半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。文章主要探討智能化浪潮下，智能汽車(chē)電子構(gòu)架如何進(jìn)行變革，經(jīng)作者授權(quán)發(fā)布。
在數(shù)字化重塑的浪潮下，一場(chǎng)深刻的汽車(chē)電子電氣（E/E）構(gòu)架變革正在醞釀，汽車(chē)行業(yè)正在沿著當(dāng)年P(guān)C和手機(jī)行業(yè)走過(guò)的路邁向智能時(shí)代。這背后將折射出怎樣的技術(shù)挑戰(zhàn)、行業(yè)變局與應(yīng)對(duì)措施？
只有把視野放在在機(jī)器人時(shí)代宏大的敘事背景下，我們才能看到這場(chǎng)智能汽車(chē)電子構(gòu)架變革之于這個(gè)時(shí)代的全部意義?？吹节厔?shì)并不難，難的是自我革命，誰(shuí)能更堅(jiān)決地?fù)肀н@一趨勢(shì)，誰(shuí)就能贏得百年汽車(chē)行業(yè)百年巨變的競(jìng)爭(zhēng)。
以下是本文幾個(gè)關(guān)鍵結(jié)論：
1、智能汽車(chē)將將成為一部移動(dòng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)兼數(shù)據(jù)中心，是IT史上最復(fù)雜的單一產(chǎn)品，將誕生新的Wintel。
2、新的E/E構(gòu)架商業(yè)化落地時(shí)間大約在2025年。
3、組織變革是OEM在這場(chǎng)技術(shù)革命中面臨的最大挑戰(zhàn)。
4、智能汽車(chē)作為移動(dòng)自主機(jī)器的第一形態(tài)，將撬動(dòng)比自身市場(chǎng)大得多的商業(yè)價(jià)值。
5、E/E構(gòu)架變革四大趨勢(shì)：計(jì)算集中化、軟硬件解耦、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化以及功能定制化。
6、新的E/E構(gòu)架將基于中央計(jì)算機(jī)-層-區(qū)的概念構(gòu)建，體現(xiàn)服務(wù)導(dǎo)向構(gòu)架（SOA）的理念。
7、新的E/E構(gòu)架將使OEM在與領(lǐng)先的Tier1的博弈中重新贏得主動(dòng)權(quán)。
8、AI邊緣計(jì)算芯片是技術(shù)制高點(diǎn)，需要越過(guò)成本、功耗和性能的臨界點(diǎn)。
今天，E/E構(gòu)架設(shè)計(jì)面臨四大挑戰(zhàn)：功能安全、實(shí)時(shí)性、帶寬瓶頸、算力黑洞。為此，智能汽車(chē)E/E構(gòu)架正從分布式走向集中式；其終極形態(tài)將是超級(jí)中央計(jì)算機(jī)，這其中包括四個(gè)關(guān)鍵趨勢(shì)：計(jì)算集中化、軟硬件解耦、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化以及功能定制化。
圖 1 智能汽車(chē)電子電氣構(gòu)架發(fā)展趨勢(shì)
1、計(jì)算集中化：服務(wù)導(dǎo)向的系統(tǒng)構(gòu)架（SOA）將成為主流，為軟件提供高性能實(shí)時(shí)計(jì)算平臺(tái)，在這樣一個(gè)大的理念下，將催生真正的汽車(chē)大腦：超級(jí)中央計(jì)算機(jī)。并與MEC（多接入邊緣計(jì)算）以及云計(jì)算組成協(xié)同式解決方案，避免車(chē)端算力需求無(wú)限增長(zhǎng)。
伴隨著計(jì)算集中化，產(chǎn)生了一個(gè)新的概念：區(qū)控制(zone control)，與目前流行的域控制器概念有本質(zhì)不同。拿軍事打個(gè)比方，域概念就像是按照職能劃分海陸空三軍（電源域、底盤(pán)域、娛樂(lè)域、安全域），并且有獨(dú)立的作戰(zhàn)權(quán)，但不能彼此共享資源，而區(qū)概念則是按照戰(zhàn)區(qū)進(jìn)行組織劃分，與中央計(jì)算機(jī)形成了聯(lián)合作戰(zhàn)司令部+戰(zhàn)區(qū)的概念，協(xié)同性和執(zhí)行效率將得到質(zhì)的飛躍。
2、軟硬件解耦：SOA構(gòu)架還將產(chǎn)生硬件抽象層（HAL）的概念，硬件不再被某個(gè)功能獨(dú)享，例如，一顆前視攝像頭過(guò)去可能被AEB/ACC系統(tǒng)獨(dú)占，但現(xiàn)在，任何車(chē)載功能都能調(diào)用這顆攝像頭，這意味著一個(gè)獨(dú)立的感知層會(huì)出現(xiàn)，成為一種公用資源。
今天，功能安全是智能汽車(chē)面臨的最大挑戰(zhàn)之一，如果按照分布式的構(gòu)架，為每個(gè)功能增加獨(dú)立的安全冗余硬件，簡(jiǎn)直就是一場(chǎng)成本災(zāi)難，但基于新設(shè)計(jì)構(gòu)架，可以將所有的硬件資源與應(yīng)用打通，將有更多的安全路由選擇，為功能安全以經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)開(kāi)辟一條新的道路。
在供應(yīng)鏈管理方面，因?yàn)槊糠N資源都有很多獨(dú)立供應(yīng)商，OEM將有更多的選擇，而不像選擇域控制器供應(yīng)商那樣打包購(gòu)買(mǎi)，讓OEM跟領(lǐng)先的Tier1的博弈之間重新贏得主動(dòng)權(quán)。
3、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化：在未來(lái)，OEM可能只會(huì)開(kāi)發(fā)一個(gè)電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)，覆蓋低端車(chē)型、中端和高端車(chē)型。主機(jī)廠(chǎng)將打造自己的硬件平臺(tái)，并滿(mǎn)足三個(gè)原則：通用性、標(biāo)準(zhǔn)化以及互操作性，它使得智能汽車(chē)行業(yè)的協(xié)同進(jìn)化變得更加高效。
更重要的原因來(lái)自商業(yè)考慮：錢(qián)！開(kāi)發(fā)這樣的智能平臺(tái)可能需要編寫(xiě)超過(guò)3億行代碼，比Windows操作系統(tǒng)要高一個(gè)數(shù)量級(jí)，開(kāi)發(fā)并維護(hù)多個(gè)平臺(tái)在經(jīng)濟(jì)上不可行。
大眾和福特已經(jīng)在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域共享EMB平臺(tái)，以降低開(kāi)發(fā)成本。近日，戴姆勒與寶馬宣布合作，共同開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛技術(shù)，以降低開(kāi)發(fā)成本，并建立自動(dòng)駕駛標(biāo)準(zhǔn)。
隨著這一趨勢(shì)深入發(fā)展，很可能會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似PC行業(yè)的Wintel平臺(tái)，進(jìn)而形成一個(gè)面向智能汽車(chē)的生態(tài)系統(tǒng)，這一通用平臺(tái)將被大多數(shù)OEM采用，正如我們?cè)赑C和手機(jī)行業(yè)看到的那樣。
4、功能定制化：智能化是未來(lái)品牌差異化的核心要素，主要是通過(guò)增加軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。在未來(lái)，OEM交付的汽車(chē)將不是一個(gè)功能固化的產(chǎn)品，而是一個(gè)持續(xù)進(jìn)化的機(jī)器人，Tesla最近通過(guò)OTA升級(jí)發(fā)布的“哨兵模式”和“狗狗模式”非常生動(dòng)地體現(xiàn)了這一點(diǎn)。
*未來(lái)的智能汽車(chē)將有一個(gè)開(kāi)放的應(yīng)用平臺(tái)
幾乎可以肯定的是，智能汽車(chē)是IT史上軟硬件開(kāi)發(fā)量最大的單一產(chǎn)品，將引領(lǐng)IT工業(yè)邁入億級(jí)代碼+千T級(jí)算力的時(shí)代。
圖2：智能汽車(chē)所需要的軟件代碼量遠(yuǎn)超IT史上任何一個(gè)產(chǎn)品
對(duì)于OEM來(lái)說(shuō)，這是一次徹底的顛覆，將帶來(lái)四個(gè)方面的巨大變化：組織、人才、供應(yīng)鏈和核心技術(shù)。
組織變革最具挑戰(zhàn)性，將所有汽車(chē)功能域進(jìn)行集成對(duì)組織機(jī)構(gòu)的沖擊空前；從根本上重塑主機(jī)廠(chǎng)的組織構(gòu)架，從面向功能的組織轉(zhuǎn)向平臺(tái)型開(kāi)發(fā)組織。
重新定義智能化時(shí)代的核心技術(shù)：計(jì)算平臺(tái)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。Tesla的核心技術(shù)布局是芯片和軟件，可謂切中要害。
從技術(shù)角度看，最大的挑戰(zhàn)來(lái)自AI邊緣計(jì)算。
在過(guò)去的數(shù)年里，我們看到自動(dòng)駕駛的等級(jí)每提高一級(jí)，AI算力差不多要提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。如果要實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛，我們需要1000TOPS量級(jí)的算力，這已經(jīng)達(dá)到人腦的算力。
這個(gè)等級(jí)的算力需要AI芯片突破成本、功耗和性能的瓶頸，就必須將處理器構(gòu)架的創(chuàng)新，與算法和工具鏈相結(jié)合，軟硬協(xié)同進(jìn)行設(shè)計(jì)。脫離算法和工具鏈，單純談芯片的絕對(duì)算力是沒(méi)有實(shí)際意義的。
當(dāng)前的業(yè)界存在一個(gè)很大的誤區(qū)，往往會(huì)把絕對(duì)算力當(dāng)作衡量AI芯片的主要指標(biāo)，但我們真正需要的是有效算力，需要從四個(gè)維度來(lái)衡量：算力的有效利用率，每瓦的有效算力，每美元的有效算力，以及算力轉(zhuǎn)化為AI結(jié)果的效能（目標(biāo)數(shù)量，幀率等）。
這樣的整體解決方案決定了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為決策/服務(wù)的效率和質(zhì)量，是時(shí)代真正呼喚的硬科技。谷歌是這個(gè)理念的實(shí)踐者，TPU的成功已經(jīng)證明了這一點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)，初創(chuàng)公司地平線(xiàn)基于這樣的理念，推出了極高效能的征程AI芯片，并即將推出第二代征程芯片。
可以說(shuō)，未來(lái)的智能汽車(chē)就是一部移動(dòng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)兼數(shù)據(jù)中心，而邊緣的人工智能處理器是智能汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)，更是技術(shù)制高點(diǎn)。
預(yù)測(cè)未來(lái)的最好方法就是去創(chuàng)造它，特斯拉、安波福、GM以及寶馬等是這場(chǎng)變革的先行者。
根據(jù)安波福的規(guī)劃，這種轉(zhuǎn)變是分階段進(jìn)行的。2022年將會(huì)推出一個(gè)混合構(gòu)架，把PDC（電源數(shù)據(jù)中心）整合到傳統(tǒng)的車(chē)載E/E構(gòu)架中。到2025年，將實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式中央計(jì)算機(jī)的構(gòu)架。
圖3 ：安波福的中央計(jì)算構(gòu)架定義
最激進(jìn)的車(chē)廠(chǎng)非特斯拉莫屬，在Model 3的E/E構(gòu)架中，域控制器的概念被區(qū)控制替代，整個(gè)構(gòu)架僅由三大模塊構(gòu)成。
博世的漸進(jìn)式路線(xiàn)從域的集中化開(kāi)始演進(jìn)，終極目標(biāo)一樣是車(chē)載中央計(jì)算機(jī)。
圖6：博世的漸進(jìn)式路線(xiàn)
寶馬在E/E構(gòu)架方面的變化清晰地折射出計(jì)算集中化的趨勢(shì)。
*寶馬規(guī)劃的下一代E/E構(gòu)架
從技術(shù)上總結(jié)，中央計(jì)算機(jī)-層-區(qū)的概念將建立起智能汽車(chē)的新構(gòu)架。區(qū)是局部控制、感知與執(zhí)行單元，層是按照職能劃分的資源池，中央計(jì)算機(jī)是真正的決策大腦，面向應(yīng)用/服務(wù)，調(diào)用各層資源，執(zhí)行高級(jí)決策，由區(qū)控制單元執(zhí)行決策或完成態(tài)勢(shì)感知任務(wù)。
對(duì)于車(chē)載E/E構(gòu)架來(lái)說(shuō)，中央計(jì)算機(jī)概念是全新的，但對(duì)于PC和手機(jī)行業(yè)，都已經(jīng)是非常成熟的概念。當(dāng)智能化浪潮從IT行業(yè)延伸到汽車(chē)的時(shí)候，我們看到了相同的故事正在上演，汽車(chē)行業(yè)的基因正在發(fā)生改變。
從這個(gè)意義上講，無(wú)論是蘋(píng)果、英特爾、高通、三星還是華為，他們大舉進(jìn)軍汽車(chē)行業(yè)的邏輯，絕非簡(jiǎn)單地復(fù)制，而是將自身的IT基因與汽車(chē)固有的基因進(jìn)行新的編輯，進(jìn)化出新物種，并引領(lǐng)計(jì)算行業(yè)從手機(jī)的TOPS時(shí)代走向POPS（1000TOPS）時(shí)代，在這一過(guò)程中，他們有先天的基因優(yōu)勢(shì)。
目標(biāo)往往是清晰的，但通往目標(biāo)的路徑卻大相徑庭，無(wú)論是IT新貴，還是汽車(chē)行業(yè)老兵，大家都是基于自己的優(yōu)勢(shì)積累，從不同的坡，爬同一座山。在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)于產(chǎn)品路線(xiàn)圖、性能、安全性和成本的拿捏，各家都不盡相同，很難講哪條路更好，所以無(wú)論是大陸和博世的漸進(jìn)式域融合（domain fusion）路徑，還是特斯拉和安波福更激進(jìn)的實(shí)踐，都是面向未來(lái)的探索，都值得尊重。
從PC到手機(jī)，再到機(jī)器人，每一代智能設(shè)備相比前代，都是十倍體量的增長(zhǎng)。智能汽車(chē)作為移動(dòng)自主機(jī)器的第一形態(tài)，是機(jī)器人時(shí)代當(dāng)之無(wú)愧的殺手級(jí)應(yīng)用，更是技術(shù)旗艦，將催生無(wú)數(shù)種的移動(dòng)機(jī)器人。正如蒸汽機(jī)開(kāi)啟了工業(yè)革命時(shí)代，手機(jī)行業(yè)引領(lǐng)了整個(gè)移動(dòng)設(shè)備時(shí)代一樣，智能汽車(chē)最終將撬動(dòng)比自身市場(chǎng)大得多的商業(yè)價(jià)值。
「大咖Live」第41講，2019年4月9日（下周二）20:00，地平線(xiàn)市場(chǎng)拓展與戰(zhàn)略規(guī)劃副總裁李星宇將帶來(lái)關(guān)于《向超級(jí)中央計(jì)算機(jī)邁進(jìn)--智能汽車(chē)電子構(gòu)架變革迎接數(shù)字化重塑》的主題分享，詳解智能汽車(chē)電子架構(gòu)變革的行業(yè)趨勢(shì)，分享地平線(xiàn)在自動(dòng)駕駛處理器方面的研發(fā)和落地應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)
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李星宇，地平線(xiàn)市場(chǎng)拓展與戰(zhàn)略規(guī)劃副總裁；
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地平線(xiàn) (Horizon Robotics)致力于成為邊緣人工智能芯片的全球領(lǐng)導(dǎo)者，賦能萬(wàn)物，讓每個(gè)人的生活更安全、更美好。
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