四輪資料中心起跑　Zonal架構(gòu)/SDV正夯

汽車(chē)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(chē)的設(shè)計(jì)概念從傳統(tǒng)的架構(gòu)，轉(zhuǎn)往軟體定義汽車(chē)(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(chē)的趨勢(shì)，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(shí)，強(qiáng)化運(yùn)算資源管理，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)算效能。且整車(chē)內(nèi)的區(qū)域閘道器透過(guò)軟體更新，彈性調(diào)整功能。為了簡(jiǎn)化汽車(chē)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(chē)產(chǎn)業(yè)關(guān)注的目標(biāo)。

汽車(chē)越來(lái)越接近「四輪資料中心」，整車(chē)的運(yùn)算效能與傳輸速度需求不斷提高，用以滿(mǎn)足大量來(lái)自駕駛輔助與資訊娛樂(lè)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(shí)，由軟體驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)翻轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的汽車(chē)架構(gòu)與概念，車(chē)廠需要適應(yīng)汽車(chē)製造模式，以及供應(yīng)鏈互動(dòng)模式的轉(zhuǎn)變，車(chē)用供應(yīng)商則須克服新興的架構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，并具備相當(dāng)?shù)能涹w開(kāi)發(fā)能力，以跟上軟體定義汽車(chē)的趨勢(shì)。

汽車(chē)轉(zhuǎn)向集中式運(yùn)算

汽車(chē)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(chē)用市場(chǎng)資深總監(jiān)鄧志偉分析，隨著汽車(chē)功能複雜化，運(yùn)算資源的管理在汽車(chē)系統(tǒng)中越發(fā)重要，因此汽車(chē)的硬體架構(gòu)一定會(huì)發(fā)展為集中式運(yùn)算(Central Compute)，由一個(gè)作業(yè)系統(tǒng)統(tǒng)一管理硬體的資源(圖1)。因此很多在車(chē)子裡面的I/O，需要採(cǎi)用Zonal架構(gòu)來(lái)管理系統(tǒng)的運(yùn)算資源，集中處理顯示器、感測(cè)器等訊號(hào)的輸入/輸出。當(dāng)汽車(chē)算力提升，搭配軟體功能開(kāi)發(fā)/更新以及云端服務(wù)，才能實(shí)現(xiàn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的軟體定義汽車(chē)藍(lán)圖。

圖1　汽車(chē)的硬體架構(gòu)將發(fā)展為集中式運(yùn)算　(資料來(lái)源：Arm)

為了強(qiáng)化整車(chē)的運(yùn)算效能，車(chē)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(chē)日益複雜的功能，因此目前車(chē)廠多數(shù)採(cǎi)用Multi-die，將不同功能的晶片放在同一個(gè)PCB上，物理層的傳輸通道採(cǎi)用PCIe的Switch來(lái)連接晶片，并由單一作業(yè)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。鄧志偉進(jìn)一步解釋?zhuān)欢鳰ulti-die的晶片需要透過(guò)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(chē)廠仍投入開(kāi)發(fā)車(chē)用Chiplet。

車(chē)用Chiplet的優(yōu)勢(shì)在于Chiplet內(nèi)的Die不需要每一個(gè)都採(cǎi)用先進(jìn)製程，例如Chiplet裡面只有處理器採(cǎi)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(guò)先進(jìn)封裝完成Chiplet。車(chē)用Chiplet對(duì)車(chē)廠而言是全新的技術(shù)領(lǐng)域，同時(shí)過(guò)去車(chē)廠少有與IP/晶片廠商直接合作的經(jīng)驗(yàn)，因此車(chē)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(chē)中。全球已知有一家車(chē)廠發(fā)出RFQ并進(jìn)入執(zhí)行階段，其他車(chē)廠則還在研究，預(yù)估2027~2028年將有導(dǎo)入車(chē)用Chiplet的車(chē)款問(wèn)世。

訊號(hào)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(chē)內(nèi)傳輸?shù)男?。莫?Molex)亞太南區(qū)資料通訊與汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高級(jí)銷(xiāo)售總監(jiān)周善慶(圖2)指出，現(xiàn)階段市場(chǎng)上新推出的車(chē)款都有Level2等級(jí)的自動(dòng)駕駛與智慧座艙功能，汽車(chē)系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)這些智慧化功能，需要整合車(chē)外的感測(cè)器、雷達(dá)、LiDAR以及車(chē)內(nèi)的資訊。加上未來(lái)隨著汽車(chē)的自駕等級(jí)提升，汽車(chē)所需的算力與傳輸速度遽增。Level2等級(jí)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(chē)產(chǎn)業(yè)高級(jí)銷(xiāo)售總監(jiān)周善慶

面對(duì)汽車(chē)自駕等級(jí)提高與軟體定義汽車(chē)的趨勢(shì)，車(chē)內(nèi)數(shù)據(jù)量與傳輸量將大幅增加，車(chē)廠投入大量心力強(qiáng)化汽車(chē)的訊號(hào)傳輸能力。在此趨勢(shì)下，Zonal架構(gòu)便是時(shí)勢(shì)所趨的需求，因?yàn)閆onal架構(gòu)可大幅簡(jiǎn)化布線并集中運(yùn)算資源，有助于車(chē)內(nèi)傳輸維持良好的訊號(hào)完整性與即時(shí)性。同時(shí)未來(lái)汽車(chē)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(guò)整合低壓與高速運(yùn)算(HPC)技術(shù)，協(xié)助車(chē)廠在提升汽車(chē)運(yùn)算效能的同時(shí)，有效控制成本。

車(chē)廠成汽車(chē)製造PM

軟體定義汽車(chē)趨勢(shì)，除了衝擊既有的整車(chē)與車(chē)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)思維，同時(shí)改變了供應(yīng)鏈的樣貌。周善慶表示，近年來(lái)汽車(chē)供應(yīng)鏈變化的速度加快，傳統(tǒng)的汽車(chē)生產(chǎn)需要48~60個(gè)月，維持5~7年的產(chǎn)品生命週期。然而中國(guó)等市場(chǎng)的OEM廠快速掘起，生產(chǎn)加上測(cè)試的時(shí)間縮短至24~30個(gè)月，產(chǎn)品生命週期約為3~5年，且更樂(lè)意採(cǎi)用新興技術(shù)。在車(chē)廠與供應(yīng)商的互動(dòng)方面，鄧志偉提及，目前車(chē)廠從跟Tier1互動(dòng)的供應(yīng)模式，轉(zhuǎn)為整車(chē)生產(chǎn)的大型專(zhuān)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(kāi)發(fā)車(chē)用產(chǎn)品，以加快實(shí)現(xiàn)Zonal架構(gòu)與軟體定義汽車(chē)的目標(biāo)。

整車(chē)的設(shè)計(jì)朝向Zonal架構(gòu)與軟體定義的方向變革，透過(guò)提高算力與數(shù)據(jù)傳輸量，滿(mǎn)足日益複雜的汽車(chē)功能。車(chē)廠與車(chē)用供應(yīng)商皆需要靈活應(yīng)對(duì)以軟體與使用者為核心的設(shè)計(jì)思維，透過(guò)密集協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)軟體定義汽車(chē)的藍(lán)圖。