E/E架構(gòu)研究：從供應(yīng)鏈部署，來看區(qū)域EEA如何演進(jìn)和落地

佐思汽研發(fā)布《2023年智能汽車E/E架構(gòu)研究報(bào)告》。 從發(fā)展趨勢看，汽車E/E架構(gòu)最終會向中央計(jì)算架構(gòu)演進(jìn)，將功能邏輯集中到1個(gè)中央控制器。主機(jī)廠E/E架構(gòu)規(guī)劃愈發(fā)激進(jìn)，2023-2026年將是主機(jī)廠量產(chǎn)下一代“準(zhǔn)中央+區(qū)域架構(gòu)”的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

未來5-10年汽車E/E架構(gòu)演變趨勢

來源：佐思汽研《2023年智能汽車E/E架構(gòu)研究報(bào)告》

“準(zhǔn)中央+區(qū)域”架構(gòu)可進(jìn)一步細(xì)分為多種類型：

車身區(qū)域架構(gòu)（Body-Zonal）：車身區(qū)域控制器通過高速以太骨干網(wǎng)絡(luò)連接到中央計(jì)算單元，中央計(jì)算單元融合整車控制、車身控制、網(wǎng)關(guān)等功能，簡化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、線束布置和減輕重量；

X域區(qū)域架構(gòu)（X-Domain Zonal） ：功能域與車身區(qū)域相結(jié)合，X域區(qū)域使用更強(qiáng)大的處理器單元，能夠獨(dú)立調(diào)用區(qū)域內(nèi)的傳感器并進(jìn)行處理；

軟件定義汽車優(yōu)化架構(gòu)（SDV-Optimized）：集中式、面向服務(wù)（SOA）的計(jì)算，汽車中央計(jì)算機(jī)具備強(qiáng)大的處理能力，將所有決策集中于中央計(jì)算機(jī)，區(qū)域控制器則負(fù)責(zé)供電以及執(zhí)行中央控制單元的指令。

NXP全新電子電氣架構(gòu)發(fā)展路徑

來源：恩智浦

區(qū)域架構(gòu)下，MCU向高性能、多核發(fā)展

在未來的中央集成EE架構(gòu)中，中央處理單元和區(qū)域控制器通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信，區(qū)域控制器則通過CAN/LIN總線和子ECU，傳感器以及執(zhí)行器通信。 在物理上，區(qū)域控制器是多個(gè)ECU的邏輯集中點(diǎn)，這對于區(qū)域控制器中MCU的算力有了更高的需求。在傳統(tǒng)功能單一的ECU中往往使用性能較低的單核MCU即可滿足要求，而對于區(qū)域控制器，往往需要高性能的多核MCU才能滿足要求。在多核MCU中每個(gè)核可以跑一種單獨(dú)功能，多核即可實(shí)現(xiàn)多種功能，從而實(shí)現(xiàn)多種ECU功能的融合。

廣汽埃安GA3.0星靈架構(gòu)：新上市的Hyper GT（昊鉑）是全球首款采用恩智浦S32G3作為中央計(jì)算單元處理器的車型，“中央運(yùn)算單元” 采用最新一代 “NXP S32G399高性能網(wǎng)關(guān)計(jì)算芯片”，“中央運(yùn)算單元” 由大陸集團(tuán)負(fù)責(zé)開發(fā)，前、后區(qū)域控制器的軟件架構(gòu)基礎(chǔ)中間層采用原子服務(wù)封裝和標(biāo)準(zhǔn)化接口，中間層采用增強(qiáng)型組合服務(wù)，可獨(dú)立執(zhí)行。

廣汽埃安GA3.0星靈架構(gòu)拓?fù)?/p>

來源：廣汽埃安

小鵬汽車 X-EEA3.0 架構(gòu)：在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了以千兆以太網(wǎng)為主干的通信架構(gòu)，同時(shí)支持多通訊協(xié)議，讓車輛在數(shù)據(jù)傳輸方面更快速。X-EEA3.0的區(qū)域控制器和中央計(jì)算單元均采用了瑞薩基于第三代RXv3 CPU內(nèi)核的旗艦 MCU。在X-EEA3.0基礎(chǔ)上，小鵬G6進(jìn)一步量產(chǎn)部署新的扶搖X-EEA3.5架構(gòu)。

來源：小鵬汽車

英飛凌第3代AURIX產(chǎn)品TC4xx MCU：高性能AURIX TC4xx系列，主要滿足中央計(jì)算+區(qū)域控制的新需求。搭載了多達(dá)六個(gè)TriCore 1.8嵌入式內(nèi)核，每個(gè)內(nèi)核的時(shí)鐘頻率最高可達(dá)500MHz，并且集成一個(gè)PPU協(xié)處理器，可實(shí)現(xiàn)快速向量運(yùn)算，基礎(chǔ)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及其它一些復(fù)雜數(shù)學(xué)算法。PPU在未來的區(qū)域控制器中可以被應(yīng)用于建模，模型預(yù)測控制以及防入侵檢測等一些信息安全算法中。

英飛凌TC4xx的應(yīng)用領(lǐng)域

來源：英飛凌

區(qū)域架構(gòu)下，汽車以太網(wǎng)PHY和交換機(jī)芯片需求猛增，價(jià)格呈現(xiàn)劇烈波動

車載以太網(wǎng)的接口電路主要由MAC控制器和物理層接口PHY芯片兩大部分構(gòu)成。集成方式上，嵌入式芯片廠商一般會將MAC集成在MCU/CPU內(nèi)部， 如英飛凌的AURIX產(chǎn)品將MAC集成到了主控芯片MCU內(nèi)部，還集成了專用的硬件通訊路由模塊CRE/DRE；而PHY芯片則由OEM或控制器供應(yīng)商提供獨(dú)立芯片。 2023年全球以太網(wǎng)交換機(jī)/物理層PHY芯片市場規(guī)模大約8億美元，2028年預(yù)計(jì)將達(dá)到25億美元。預(yù)計(jì)到2028年，平均每輛車使用2-4片以太網(wǎng)交換機(jī)芯片，2-4片物理層PHY芯片。 2023年以來，博通BCM89系列部分以太網(wǎng)PHY和交換機(jī)芯片短期價(jià)格暴漲數(shù)倍，單顆芯片高達(dá)30-40美金；BCM8955X系列是博通第三代車載以太網(wǎng)交換機(jī)，主要應(yīng)用于汽車ADAS、信息娛樂系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān)；目前，博通主推BCM8957X系列，BCM8957X是全球唯一支持802.3ch標(biāo)準(zhǔn)的車載以太網(wǎng)交換機(jī)。 典型的中央計(jì)算Zonal架構(gòu)，每個(gè)Zonal網(wǎng)關(guān)內(nèi)部都包含一個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)，每輛車至少需要6-7片以太網(wǎng)交換機(jī)芯片。目前，Marvell、博通、恩智浦等車載網(wǎng)絡(luò)通信芯片廠商紛紛提出下一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

來源：Marvell

按照主機(jī)廠的預(yù)測，想要在2025年實(shí)現(xiàn)中央計(jì)算Zonal架構(gòu)，10G的帶寬是必不可少的需求。2023年6月，Marvell推出了Brightlane Q622x系列中央汽車以太網(wǎng)交換機(jī)，是專門為汽車Zonal架構(gòu)而設(shè)計(jì)。其中區(qū)域交換機(jī)將來自汽車物理區(qū)域內(nèi)的設(shè)備（如處理器、傳感器、執(zhí)行器和存儲系統(tǒng)等）的流量聚合到一起，通過高速以太網(wǎng)連接至中央計(jì)算交換機(jī)實(shí)現(xiàn)信息交互。

來源：佐思汽研《2023年智能汽車E/E架構(gòu)研究報(bào)告》

區(qū)域架構(gòu)下，中央計(jì)算機(jī)片內(nèi)高速通信需要PCIe交換機(jī)支撐

受到Chat GPT推動，AI服務(wù)器需求暴漲，以博通SS26為代表的PCIe Switch芯片一芯難求，價(jià)格暴漲；在下一代汽車E/E架構(gòu)中，多SoC級聯(lián)、 基于PCIe的SSD存儲與中央SoC之間，同樣必須用到昂貴的PCIe交換機(jī)。

E/E架構(gòu)演進(jìn)下，車載通信架構(gòu)的發(fā)展

來源：小鵬汽車

汽車跨域通信將以PCIe為主，相比過去的以太網(wǎng)通信效率可提升到幾十個(gè)G，PCIe Switch串聯(lián)起整個(gè)片內(nèi)通信。中央計(jì)算單元中的不同SoC，Ethernet Switch等均掛載其上面。外部傳感器通過Zonal ECU的Ethernet Switch串聯(lián)在一起。

高通第一代自動駕駛系統(tǒng)即Ride3.0首次在汽車行業(yè)使用了PCIe交換機(jī)，即Microchip的PM43028B1-F3EI，售價(jià)約100美元，比SA8155P的價(jià)格還高，幾乎是以太網(wǎng)交換機(jī)價(jià)格的4-5倍；

偉世通雙高通8155座艙域控制器內(nèi)部通過PCIe總線連接，兩顆8155通過PCIe總線進(jìn)行連接，傳輸速率可達(dá)16Gbps，可高效傳輸ADAS駕駛輔助系統(tǒng)攝像頭輸入視頻的實(shí)時(shí)傳輸需求；

芯擎為億咖通定制的高速互聯(lián)總線SE-LINK實(shí)現(xiàn)兩顆龍鷹一號同時(shí)工作，連接兩個(gè)Antora 1000，得到Antora 1000 Pro?？商峁╇p倍算力同時(shí)保持傳輸速度，其中PCIe 3.0 Lane傳輸速度實(shí)測達(dá)到了7.28GT/s。

整車EE架構(gòu)演進(jìn)，驅(qū)動汽車底層OS變革

Adaptive AUTOSAR引入了面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA），以及對POSIX系統(tǒng)的支持，主要應(yīng)用于高算力SoC。SOA或者基于服務(wù)的中間件平臺，也稱為整車操作系統(tǒng)OS。

廣汽星靈架構(gòu)的SOA軟件架構(gòu)，通過分層解耦的基礎(chǔ)軟件架構(gòu)平臺，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化分層接口、軟件模塊化、功能原子化、功能遠(yuǎn)程配置等。廣汽星靈架構(gòu)是國內(nèi)首款基于ASF（AUTOSEMO Service Framework）技術(shù)規(guī)范開發(fā)的產(chǎn)品，基于SOA軟件架構(gòu)，廣汽埃安Hyper GT首發(fā)量產(chǎn)了廣汽魔方場景共創(chuàng)平臺。

ASF致力于構(gòu)建多域融合架構(gòu)下的應(yīng)用框架

來源：AUTOSEMO

2023年4月，華為發(fā)布了iDVP智能數(shù)字底座，這是一套可以滿足區(qū)域接入+中央計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的SOA架構(gòu)。iDVP包含硬件平臺和軟件平臺兩部分，其中，硬件平臺是指計(jì)算與通信架構(gòu)基礎(chǔ)硬件平臺，軟件平臺又分為操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)管理框架以及SOA軟件框架。為方便用戶在iDVP上開發(fā)軟件，華為還開發(fā)了配套的工具鏈。

華為iDVP智能數(shù)字底座

來源：華為