西部數(shù)據(jù)：敏捷工作流程在汽車行業(yè)的用例

西部數(shù)據(jù)公司中國及亞太區(qū)銷售副總裁Stefan Mandl

隨著造車新勢力的崛起及近期疫情的影響，汽車設(shè)計(jì)和制造正逐步采用更為創(chuàng)新、敏捷的開發(fā)流程。2021-2022年間，全球半導(dǎo)體行業(yè)面臨著多方挑戰(zhàn)，這也給汽車制造業(yè)的發(fā)展帶來了制約。新的敏捷流程能夠幫助汽車企業(yè)更好地應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。

近日，西部數(shù)據(jù)聯(lián)合Coughlin Associates發(fā)布了白皮書^[1]，以分析敏捷工作流程在汽車行業(yè)的應(yīng)用。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析師Tom Coughlin在白皮書中寫道，采用更快、更好、更有效的敏捷流程的汽車企業(yè)將具有明顯的、可衡量的競爭優(yōu)勢，其原因在于：1) 這些企業(yè)使用的零部件與主流半導(dǎo)體產(chǎn)品更加一致；2) 它們的工作速度更快，可實(shí)現(xiàn)多線程同步運(yùn)行；3) 及早的執(zhí)行可以降低成本，并提高盈利能力。

除此之外，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的駕駛功能、信息娛樂需要更多的汽車電子設(shè)備，同時(shí)電動(dòng)汽車產(chǎn)量持續(xù)增長，對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和內(nèi)存的需求與日俱增。事實(shí)上，現(xiàn)今汽車中所使用的軟件代碼量已經(jīng)超過了戰(zhàn)斗機(jī)、筆記本電腦和社交媒體網(wǎng)站，并預(yù)計(jì)將持續(xù)大幅增長。

軟件代碼量對比

存儲(chǔ)器和內(nèi)存對于實(shí)現(xiàn)更靈活的汽車設(shè)計(jì)與制造，當(dāng)下和未來豐富的汽車功能的實(shí)現(xiàn)也發(fā)揮著日益重要的作用。

Tom Coughlin在白皮書里探討了汽車制造商采用敏捷工作流程來優(yōu)化和推動(dòng)未來生產(chǎn)力時(shí)需要考慮的四個(gè)快速變化的因素，包括：

1.       開發(fā)和認(rèn)證流程 – 加快上市速度，快速過渡到更新的技術(shù)

2.       硬件技術(shù) – 采用最新的半導(dǎo)體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)競爭優(yōu)勢和先發(fā)優(yōu)勢，并且節(jié)約成本

3.       平臺 – 創(chuàng)建可升級、無依賴性且可以快速采用實(shí)施的硬件、軟件平臺，以實(shí)現(xiàn)持續(xù)增量改進(jìn)

4.       協(xié)作 – 利用反饋閉環(huán)，確保未來的需求可預(yù)測，盡量避免干擾實(shí)現(xiàn)需求

開發(fā)與認(rèn)證流程

多年來，傳統(tǒng)汽車公司一直在努力縮短新車型的開發(fā)周期。隨著越來越多的競爭對手在汽車開發(fā)過程中采用尖端半導(dǎo)體企業(yè)快速開發(fā)的模式，傳統(tǒng)汽車公司也愈加需要縮短開發(fā)時(shí)間，并在汽車行業(yè)采用創(chuàng)新技術(shù)。

此外，在新冠疫情期間，汽車公司在制造過程中采用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)開發(fā)自動(dòng)化，進(jìn)一步加快響應(yīng)速度。在2021年4月的一次行業(yè)活動(dòng)上，寶馬公司介紹了公司如何使用數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)時(shí)優(yōu)化汽車裝配廠的運(yùn)營，包括多項(xiàng)機(jī)器人功能^[2]。

數(shù)字孿生是實(shí)體設(shè)備或系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型，能夠精確地模擬建模實(shí)體的屬性和操作。這些計(jì)算機(jī)模型可用于優(yōu)化和測試建模實(shí)體，比在設(shè)備或系統(tǒng)上更快地進(jìn)行實(shí)際操作。數(shù)字孿生技術(shù)的不斷改善，將加快推進(jìn)汽車設(shè)計(jì)和制造創(chuàng)新。

數(shù)字孿生技術(shù) – 推動(dòng)實(shí)物與機(jī)械設(shè)計(jì)流程，加快優(yōu)化與測試

汽車研究中心 (CAR) 的Brett Smith指出：“在很大程度上，汽車公司是由其制造流程驅(qū)動(dòng)的。利用技術(shù)提高工廠質(zhì)量、良品率和產(chǎn)量對于行業(yè)的革新至關(guān)重要。”

硬件技術(shù)

半導(dǎo)體已成為現(xiàn)代化汽車中最重要的組件之一，汽車原始設(shè)備制造商紛紛將半導(dǎo)體采購作為更優(yōu)先的事項(xiàng)。原始設(shè)備制造商正在轉(zhuǎn)向半導(dǎo)體供應(yīng)商（包括代工廠）直接采購，而不是將半導(dǎo)體視為二級組件，從分包商處采購。

2021年11月，福特汽車與芯片供應(yīng)商Global Foundries開展合作，增加公司短期和長期半導(dǎo)體芯片供應(yīng)^[3]。高通等其他芯片供應(yīng)商也越來越多地被半導(dǎo)體原始設(shè)備制造商視為一級組件供應(yīng)商和關(guān)鍵合作伙伴, 賦予下一代汽車更多新功能。

在2022年CES大會(huì)上，高通指出，隨著行業(yè)往電動(dòng)汽車(EV)^[4]的方向發(fā)展，公司用于互聯(lián)和智能車輛的Snapdragon數(shù)字底盤的多項(xiàng)新功能將發(fā)揮越來越高的價(jià)值。數(shù)字底盤中值得特別關(guān)注的功能包括車輛數(shù)字孿生系統(tǒng)，它可以管理車輛的整個(gè)生命周期，并允許對最新的軟件進(jìn)行測試，然后將其推送到邊緣和車輛中。另外，軟件定義的車輛方法可以采用在云端托管和基于微服務(wù)的架構(gòu)，來運(yùn)行一些與底層硬件架構(gòu)無關(guān)的應(yīng)用。

這一思路為車輛的設(shè)計(jì)、開發(fā)、測試、診斷和更新提供了新的機(jī)遇。該架構(gòu)考慮了需要與硬件和嵌入式軟件嚴(yán)格匹配的功能，以確保安全性和低延遲，并提高靈活性，使各項(xiàng)功能以微服務(wù)形式更好地運(yùn)行。

電動(dòng)汽車需要達(dá)到傳統(tǒng)汽車的預(yù)期壽命，而這遠(yuǎn)超許多大眾市場消費(fèi)類設(shè)備。因此，可能需要通過采用模塊化、刀片式或盒式的新硬件架構(gòu)，從而通過升級硬件來延長車輛的整體壽命。

通過將車輛的一些功能從嚴(yán)格的硬件控制轉(zhuǎn)為由軟件控制，將是保持車輛功能的同時(shí)進(jìn)行硬件更換（包括半導(dǎo)體）的一個(gè)重要因素。它有助于更靈活地采購組件，從而避免未來汽車半導(dǎo)體的短缺。模塊化的硬件升級方法也將有助于車輛在整個(gè)生命周期內(nèi)保持最新狀態(tài)。

除了這些芯片和軟件定義的架構(gòu)之外，新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法也能有助于更低光刻節(jié)點(diǎn)（大眾市場半導(dǎo)體）產(chǎn)品通過汽車公司的認(rèn)證，包括在車輛測試中使用數(shù)字孿生技術(shù)，以減少對物理測試的依賴，并且轉(zhuǎn)向與軟件定義的架構(gòu)相關(guān)的并行汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，從而設(shè)計(jì)出科技行業(yè)常用的敏捷設(shè)計(jì)流程。

平臺

諸多因素促使車輛使用更多的半導(dǎo)體設(shè)備，包括內(nèi)存和存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體用于高級駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) （包括嵌入式AI系統(tǒng)）、車對車和車對基礎(chǔ)設(shè)施通信、信息娛樂和遠(yuǎn)程信息處理、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制，甚至用于車身和提供便利功能。此外，電動(dòng)汽車的增長將進(jìn)一步推動(dòng)對汽車電子產(chǎn)品的需求增加。

根據(jù)S&P Global Mobility（前身為IHS Markit的汽車團(tuán)隊(duì)^[5]）的數(shù)據(jù)，在美國輕型汽車生產(chǎn)領(lǐng)域，存儲(chǔ)器集成電路 (IC) 和傳感器將成為銷量最高的七大類汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品之一，到2030年，年使用量預(yù)計(jì)將超過10億件。據(jù)估計(jì)在2020年，內(nèi)存和存儲(chǔ)器在汽車半導(dǎo)體設(shè)備中占到了7%^[6]。

S&P Global Mobility估計(jì)，由于業(yè)界對各種擁有照明和生物識別功能的傳感器需求巨大，到2031年，45-110納米半導(dǎo)體產(chǎn)量的累計(jì)年增長率 (CAGR) 將達(dá)到42.9%。

據(jù)S&P Global Mobility預(yù)測，為了存儲(chǔ)來自這些傳感器和其他電子功能的信息，以用于人工智能分析等用途，10-18納米內(nèi)存IC（LPDDR、DRAM和NAND閃存）的復(fù)合年增長率將達(dá)到28.4%，到2031年，美國輕型汽車生產(chǎn)需要的內(nèi)存IC將達(dá)到12億塊⁵。

電動(dòng)（包括混合動(dòng)力）汽車的銷量占比持續(xù)增長。例如在美國，電動(dòng)汽車的市場份額從2019年的約4.3%上升到2021年的9.5%^[7]。未來，政策的支持將推動(dòng)這一需求持續(xù)增高。例如，拜登總統(tǒng)呼吁到2030年^[8]實(shí)現(xiàn)無排放汽車銷量達(dá)到50%，且諸多汽車制造商已宣布在電動(dòng)汽車領(lǐng)域投入大量資金——福特宣布在五年內(nèi)投入300億美元^[9]；通用汽車表示，到2025年^[10]，公司將投入350億美元；梅賽德斯-奔馳表示，到2026^[11]年，公司將投入600億歐元；大眾將在五年內(nèi)投入1,000億美元^[12]。多家汽車公司已宣布到2030年及以后，它們銷售的大部分汽車都將是電動(dòng)汽車。

電動(dòng)汽車將需要更多的電子產(chǎn)品，加上ADAS（包括AI）、信息娛樂、云通信、動(dòng)力總成控制和便捷功能，都將推動(dòng)汽車半導(dǎo)體需求激增，包括汽車中與功能無關(guān)的固態(tài)存儲(chǔ)和內(nèi)存數(shù)量的增長。

協(xié)作

隨著汽車開發(fā)出更多的自主功能，產(chǎn)生出多樣化的海量數(shù)據(jù)，而管理所有這些應(yīng)用則需要進(jìn)行戰(zhàn)略規(guī)劃、精心協(xié)調(diào)和智慧執(zhí)行能力。半導(dǎo)體供應(yīng)商、一級供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商必須采用并遵守與軟件定義的架構(gòu)相關(guān)且基于并行設(shè)計(jì)方法的敏捷工作流程。這是整個(gè)行業(yè)成功的核心。

“敏捷意味著要保持一個(gè)積極的反饋閉環(huán)。反饋閉環(huán)對電子元件制造商、一級供應(yīng)商和汽車制造商都非常重要，這能夠讓他們協(xié)調(diào)未來產(chǎn)品新功能的設(shè)計(jì)，因?yàn)樾鹿δ艿膶?shí)現(xiàn)要求元件供應(yīng)商改進(jìn)其產(chǎn)品。同樣，處理器、傳感器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步需要及時(shí)傳達(dá)給汽車制造商和一級供應(yīng)商，讓他們利用最新的功能。這種強(qiáng)大的反饋機(jī)制就像一種結(jié)締組織，可以更有效地讓整個(gè)行業(yè)和電子元件供應(yīng)商保持協(xié)調(diào)一致?！?西部數(shù)據(jù)公司中國及亞太區(qū)銷售副總裁Stefan Mandl 談道。

作為全球存儲(chǔ)架構(gòu)提供商，西部數(shù)據(jù)的一個(gè)重要反饋閉環(huán)是與汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)師合作——幫助他們準(zhǔn)確計(jì)算汽車的潛在數(shù)據(jù)工作負(fù)載。如果在設(shè)計(jì)車輛系統(tǒng)時(shí)沒有提前計(jì)劃，在汽車使用壽命結(jié)束之前，ADAS、eCockpit或信息娛樂系統(tǒng)中的存儲(chǔ)空間就有可能耗盡。

Stefan Mandl提到，因?yàn)橐呀?jīng)知道存儲(chǔ)設(shè)備的耐久性取決于寫入的數(shù)據(jù)量（以TB為單位），而且這會(huì)根據(jù)存儲(chǔ)容量而變化。每件設(shè)備都有一個(gè)限額，因此，根據(jù)車輛生命周期內(nèi)的實(shí)際系統(tǒng)工作負(fù)載確定數(shù)據(jù)寫入要求非常重要。

對于硬件工程師，了解基于軟件的車輛的未來工作負(fù)載正成為一項(xiàng)更棘手的挑戰(zhàn)。他們要根據(jù)大容量軟件更新的潛在意外場景，以及更新后的軟件如何讀取和寫入存儲(chǔ)設(shè)備而提前做出規(guī)劃。

西部數(shù)據(jù)還認(rèn)為，企業(yè)可以通過組建更多跨職能團(tuán)隊(duì)而實(shí)現(xiàn)更高的敏捷性，這些團(tuán)隊(duì)會(huì)為實(shí)現(xiàn)共同的目標(biāo)而持續(xù)協(xié)作。對于傳統(tǒng)的工作結(jié)構(gòu)，獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)會(huì)爭搶資源，并且可能會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)交接、溝通錯(cuò)誤、重復(fù)工作和延遲等問題。

Stefan Mandl表示：“新一代汽車系統(tǒng)需要管理大量傳感器、攝像頭數(shù)據(jù)以及豐富、復(fù)雜的車載應(yīng)用，這對車載存儲(chǔ)系統(tǒng)提出了更高的挑戰(zhàn)。西部數(shù)據(jù)擁有閃存和HDD兩大核心技術(shù)優(yōu)勢，能夠提供具備高性能、大容量、高可靠性的存儲(chǔ)解決方案，以支持車-邊-云新型數(shù)據(jù)架構(gòu)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，西部數(shù)據(jù)公司在全球跨職能項(xiàng)目、制造和營銷團(tuán)隊(duì)中實(shí)施嚴(yán)格的管理制度，以更高效的方式將新車推向市場，并利用創(chuàng)新成果，幫助行業(yè)取得更大的成功。”

[1]敏捷工作流在汽車行業(yè)的用例https://tomcoughlin.com/wp-content/uploads/2022/04/The-Case-for-Agile-Workflows-in-the-Auto-Industry-0422pdf.pdf

[2] 寶馬集團(tuán)和NVIDIA將虛擬工廠計(jì)劃提升到新的高度，寶馬新聞稿，2021年4月13日。

[3] GlobalFoundries與福特聯(lián)手應(yīng)對汽車芯片供應(yīng)短缺并滿足日益增多的需求，福特新聞稿，2021年11月18日。

[4] CES 2022: Snapdragon數(shù)字底盤如何推動(dòng)汽車行業(yè)轉(zhuǎn)型，高通博客，2022年1月4日。

[5] IHS Markit定制美國輕型車輛半導(dǎo)體需求預(yù)測，2021年6月

[6] 美國國際貿(mào)易委員會(huì)貿(mào)易行政簡報(bào)，2019年5月。

[7] 半導(dǎo)體和汽車—有何利害關(guān)系？CAR Bernard Swiecki在SEMICON West 2021上的演講

[8] 拜登推動(dòng)逐步淘汰汽油車，推出更嚴(yán)格的污染法規(guī)，《紐約時(shí)報(bào)》，2021年8月5日。

[9] 福特宣布向電動(dòng)汽車投入300億美元的增長計(jì)劃，令投資者驚嘆《底特律新聞》，2021年5月26日

[10] 通用汽車宣布在電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛汽車的投資到2025年增加到350億美元，通用汽車新聞稿，2021年6月16日

[11] 監(jiān)事會(huì)確認(rèn)商業(yè)計(jì)劃：梅賽德斯-奔馳未來將投資600億歐元，梅賽德斯-奔馳新聞稿，2021年12月2日

[12] 大眾汽車將電動(dòng)汽車投入增加到1,000億美元，CNN，2021年12月9日。