軟件成未來汽車最大挑戰(zhàn)，新處理器平臺保駕護航

作者 / 王瑩 《電子產(chǎn)品世界》編輯

編者按：汽車業(yè)有三大趨勢：互聯(lián)通信、自動駕駛和電氣化，其所需要的軟件的復(fù)雜程度越來越高，這對處理器的計算能力和平臺架構(gòu)提出了挑戰(zhàn)。來自全球最大的汽車半導(dǎo)體制造商NXP公司的高管在此分析了軟件挑戰(zhàn)和處理器平臺的應(yīng)對策略。

汽車制造商眼中的軟件挑戰(zhàn)

　　由于恩智浦(NXP)公司處于市場領(lǐng)先地位，并且和全球領(lǐng)先的汽車生產(chǎn)廠商之間保持非常緊密的聯(lián)系，因此有豐富的行業(yè)知識，基于這些知識充分地認識到目前汽車行業(yè)所面臨的最大挑戰(zhàn)是軟件方面。

　　當前互聯(lián)性、無人駕駛以及程度越來越高的電氣化是趨勢，但是這樣的一個宏觀趨勢對于每一家汽車生產(chǎn)廠商來說意味著什么呢，對于底層的電子架構(gòu)意味著什么呢?

　　首先看看互聯(lián)性大趨勢。對絕大多數(shù)的汽車駕駛者，尤其是在像北京、上海這樣的大城市里，人們每天在汽車里花的時間越來越多了，大城市里人們每天至少在汽車里待一個小時。人們在車內(nèi)待這么長時間，當然希望在車內(nèi)的時間也能和外部世界有效連通起來，大部分駕駛員非常熟悉、習(xí)慣常規(guī)的方式，不管通信的聯(lián)系還是導(dǎo)航的聯(lián)系。這個大趨勢意味著對于汽車來說，要基于以太網(wǎng)有更大的帶寬支持互聯(lián)。

　　第二個趨勢是無人駕駛，要求汽車對于它周遭所運營的環(huán)境認知能力更強。而這種對于環(huán)境的認知能力是基于車身所匹配的一整套傳感器。這些傳感器包含不同的用途，有雷達的，有視覺的(例如攝像頭傳感器)，有聲波抓取的傳感器。這就意味著汽車將獲取數(shù)量驚人的、比以前多得多的數(shù)據(jù)，才能使車有效地了解周圍的環(huán)境。對于一輛普通汽車，通常有6~8個攝像頭，以及同等數(shù)量的雷達傳感器。這些傳感器對于帶寬會有很高的要求，需要有數(shù)百兆的帶寬能力。

　　第三個趨勢是電氣化。電氣化也為汽車行業(yè)帶來很多新的挑戰(zhàn)，例如針對動力總成方面的新應(yīng)用。這樣的一些新要求毫無疑問需要更加復(fù)雜的計算技術(shù)，才能夠處理那些非常復(fù)雜的算法，也才能夠非常有效地管理像內(nèi)燃機、普通發(fā)動機、電動汽車或者混合電動、燃料電池之間的關(guān)系。

　　所有這些趨勢都意味著在以下幾個方面提出了更高的要求：首先是應(yīng)用的復(fù)雜程度越來越高;其次對計算能力的要求越來越高;第三是軟件的復(fù)雜程度越來越高。

　　基于前面提到的全球宏觀的大背景，以及產(chǎn)生的新的應(yīng)用要求，例如在電氣化、互聯(lián)以及無人駕駛這些新的趨勢和應(yīng)用的要求，使得我們有理由相信未來五年汽車行業(yè)軟件的復(fù)雜程度將進一步激增。對于汽車生產(chǎn)廠商最主要的一個挑戰(zhàn)就是用了這么多的軟件是來自不同的軟件公司，而來自多個不同的供應(yīng)商的多個不同的軟件系統(tǒng)需要有效地在一輛汽車里面得到集成。這就對汽車整車生產(chǎn)廠商提出了更大的挑戰(zhàn)，他們不得不耗費更多的軟件開發(fā)方面的資源，新車上市的時間也被延長了。

汽車底層電子架構(gòu)的挑戰(zhàn)

　　汽車內(nèi)部的車載網(wǎng)絡(luò)也變得越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)汽車廠商主要是依靠自身的能力和資源來不斷發(fā)展，試圖來包容進去前面提到的新要求，實現(xiàn)一些新功能，以滿足市場的需求。這種做法可以奏效，前提是每一項功能是彼此相對獨立運行的。當然，如果汽車內(nèi)部的各個子系統(tǒng)之間都是彼此獨立來工作的，例如車輪不會受到傳感器的影響，發(fā)動機不會受到車內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)的影響等，前面提到的這種不斷增加新功能的方法是可以的。當車身內(nèi)部不同的應(yīng)用之間通信不斷的加強，這尤其對于無人駕駛來說是非常重要的，很顯然我們就需要一種更加復(fù)雜、更加結(jié)構(gòu)化的平臺。

　　所以展望未來，未來的汽車會需要一個更加結(jié)構(gòu)化的架構(gòu)，這可使汽車內(nèi)部不同的高性能的計算資源之間實現(xiàn)互相比較簡便的溝通。而這就要提到傳統(tǒng)架構(gòu)的限制和問題了，因為傳統(tǒng)架構(gòu)中硅片硬件方面和軟件的系統(tǒng)之間往往存在著不匹配性，這樣就使得更新變得比較困難，而且不同的應(yīng)用之間也很難實現(xiàn)有效的擴展。而現(xiàn)在的新架構(gòu)將具備更強大的網(wǎng)絡(luò)能力，更加安全、有保障，尤其在無線更新/OTA方面更加會有保障。

　　舉個例子來解釋一下不同模式之間的差別：在十年前，那些最領(lǐng)先、最尖端的汽車，諸如寶馬7系、奔馳X系或者更高端的車，儀表盤上的按鍵超過百個，而每一個按鍵都對應(yīng)控制著汽車內(nèi)部的一個單獨的系統(tǒng)或者應(yīng)用。但你現(xiàn)在再來看奔馳X系列或者寶馬7系，包括特斯拉等，車內(nèi)儀表盤體驗完全不一樣，所有原來的按鈕都消失不見了，取而代之的是軟件界面。在軟件界面上，用戶根據(jù)自己的需要添加一些新的功能都是非常便捷的。

　　如果我們還是延用原來那種每個按鈕控制每一個單獨的應(yīng)用的方式，我們不可能為現(xiàn)在的消費者提供他們所需要的互聯(lián)體驗。但是如果我們現(xiàn)在采用軟件控制的方式，普通的用戶就可以非常容易地根據(jù)自己的需要來添加一些新功能，而且只要在汽車壽命期內(nèi)還能跑，就可以不斷地加一些新的功能，而無需將汽車開到經(jīng)銷商那里，再去人工裝一些新按鈕。所以現(xiàn)在我們可以看到重要轉(zhuǎn)型：從原來傳統(tǒng)的架構(gòu)轉(zhuǎn)向新的現(xiàn)代化的架構(gòu)。

　　但是在這樣的轉(zhuǎn)型歷程當中，并不是所有的車廠齊頭并進的。有一些車廠是漸進式地不斷加入一些新功能。還有一類廠商是比較新的汽車生產(chǎn)企業(yè)，它們因為沒有歷史包袱，完全就是一張白紙可以畫出美好的圖案，完全現(xiàn)代化地實現(xiàn)新架構(gòu)。但不管哪一類廠商，他們的要求都是一樣的，那就是更高的安全性和更高的移動性。

　　由此可見，電子元件和軟件現(xiàn)在是主導(dǎo)一輛汽車的最主要的力量，為了滿足普通消費者對于新功能越來越多的期望，車身內(nèi)部的軟件系統(tǒng)也變得愈加復(fù)雜。而汽車廠商則需要有更高性能的軟件系統(tǒng)來支持用戶所期望獲得的更強的可擴展性和更高性能的要求。同時還要滿足他們的期許，保證駕駛的安全。

全新的處理器平臺

　　既然整個行業(yè)面臨很多軟件挑戰(zhàn)，那么NXP能夠為市場提供什么來解決這些挑戰(zhàn)呢?

　　為了有效應(yīng)對以上這些挑戰(zhàn)， NXP推出了S32處理器平臺，對硬件做了完全新的再工程化的工作，包括MCU(微控制器)和MPU(微處理器)。也就是NXP對于硬件IP(知識產(chǎn)權(quán))進行了全新的設(shè)計，以支持軟件上的要求。同樣在軟件方面也做了完全嶄新的再工程化，使得汽車內(nèi)部各個不同的域之間保持一貫的使用體驗和性能，不管是空調(diào)系統(tǒng)還是汽車去感知捕捉行人經(jīng)過的這些信息。NXP需要通過這種方式，來作為一個軟件的供應(yīng)商，服務(wù)于各個不同的汽車生產(chǎn)廠商。

　　我們現(xiàn)在可以為我們的客戶所提供平臺性能比目前表現(xiàn)最好的汽車安全平臺高十倍1 。應(yīng)用程序內(nèi)的軟件開發(fā)工作減少90%，跨應(yīng)用程序的開發(fā)減少40%以上2。令汽車安全、防護和空中(OTA)能力邁上新臺階。

　　特別指出的是，通?，F(xiàn)代架構(gòu)上，一輛汽車有5個大域：中央互聯(lián)網(wǎng)，車內(nèi)駕駛體驗域，除此之外還有其它重要的動力總成控制域，車身和舒適度域，駕駛者輔助或駕駛者替代域。

　　NXPS32架構(gòu)帶給客戶最強大的功能就是給他們提供了在所有五個不同域之間共同的通用軟件開發(fā)環(huán)境。那么，NXP如何將處理器性能提高十倍呢?實際上，主要的做法是讓微控制器進入千兆赫茲的領(lǐng)域，通常來說以前業(yè)界用的微控制器主要是在300~350MHz，NXP現(xiàn)在用的是業(yè)內(nèi)第一款微處理器，采用的是16nm FinFET。

　　另外，NXP主要面向的是Tier one(汽車一級供應(yīng)商)還是整車制造商(OEM)?其實架構(gòu)的變化背后驅(qū)動力來自于OEM廠商，最高級別的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，OEM會有強烈的需求。但是針對每一個具體的應(yīng)用，NXP也和領(lǐng)先的Tier one合作，以針對他們對性能的具體要求。(備注：1.基于競爭對手公開發(fā)布的路線圖性能聲明;2.根據(jù)對現(xiàn)有客戶應(yīng)用程序中恩智浦軟件代碼的分析，恩智浦預(yù)計軟件重復(fù)利用率在域內(nèi)和不同汽車域之間將分別高達90%和40%以上。)

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第11期第1頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。