近幾年汽車(chē)行業(yè)關(guān)于EEA的討論一直熱度不減，各大整車(chē)企業(yè)也紛紛宣布推出域集中、區(qū)域集中乃至中央集中式的EEA。EEA是電子電氣架構(gòu)（Electrical/Electronic Architecture）的英文名稱(chēng)縮寫(xiě)，這個(gè)概念最早出現(xiàn)在汽車(chē)從完全機(jī)械化產(chǎn)品向電氣化、電子化發(fā)展之時(shí)。然而到了電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化的今天，“架構(gòu)”一詞的外延更加豐富，“電子電氣”又關(guān)聯(lián)廣泛，EEA常常與芯片、軟件、網(wǎng)絡(luò)、線束、電子電氣硬件等概念一起出現(xiàn)，實(shí)際上出現(xiàn)不少問(wèn)題，真的有必要對(duì)EEA進(jìn)行系統(tǒng)清晰的梳理?；蛟S正是因?yàn)橄嚓P(guān)話題中混雜了太多的細(xì)節(jié)，一些企業(yè)高層對(duì)于EEA的理解與認(rèn)知也缺乏戰(zhàn)略高度，導(dǎo)致企業(yè)對(duì)于集中式EEA的落地規(guī)劃陷入了誤區(qū)。為了助力行業(yè)形成共識(shí)、加快智能汽車(chē)EEA的發(fā)展演進(jìn)，蓋斯特咨詢(xún)研究團(tuán)隊(duì)圍繞大家最關(guān)注的以下8個(gè)EEA問(wèn)題，分享我們對(duì)于EEA最新發(fā)展趨勢(shì)的系統(tǒng)研究和深度思考。
? 從傳統(tǒng)汽車(chē)到智能汽車(chē)，EEA的內(nèi)涵發(fā)生了什么變化？
? EEA包含哪些關(guān)鍵要素？EEA在智能汽車(chē)技術(shù)全景圖中的定位是什么？
? EEA對(duì)于智能汽車(chē)具有什么作用和意義？
? EEA的總體發(fā)展趨勢(shì)是什么？
? EEA的評(píng)價(jià)維度有哪些？
? EEA的演進(jìn)將分成幾個(gè)階段？
? 集中式EEA演進(jìn)著面臨哪些挑戰(zhàn)？
? 整車(chē)企業(yè)如何推動(dòng)集中式EEA的落地？
一、從傳統(tǒng)汽車(chē)到智能汽車(chē)，EEA的內(nèi)涵發(fā)生了什么變化？
1.EEA的概念定義
首先從基本概念上，EEA就是電子電氣器件的架構(gòu)，體現(xiàn)了整車(chē)電子電氣器件之間的連接關(guān)系。廣義上EEA包含器件及其連接關(guān)系。我們可以進(jìn)一步把EEA分為“電子架構(gòu)”和“電氣架構(gòu)”，它們分別承載整車(chē)信息和能量的流動(dòng)。
其中，“電子器件”一般指供電電壓小于/等于48伏、基于電子電路實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的低壓/弱電設(shè)備，包括車(chē)載傳感器、芯片、顯示屏等，主要負(fù)責(zé)完成信息/數(shù)據(jù)的采集、處理與利用?！半娮蛹軜?gòu)”負(fù)責(zé)整車(chē)電子器件之間的信息交互，決定了電子器件的連接關(guān)系。這種連接關(guān)系通常用“網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹眮?lái)表示，即以連接各種電子器件的通信線束所構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)的物理空間布局，因此“電子架構(gòu)”也可以稱(chēng)為“通信架構(gòu)”和“網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)”。
“電氣器件”一般指供電電壓高于48伏的高壓/強(qiáng)電設(shè)備，包括電池、電驅(qū)等，主要負(fù)責(zé)完成能量的轉(zhuǎn)換。“電氣架構(gòu)”負(fù)責(zé)整車(chē)用電設(shè)備（包括高壓和低壓）的供電配電，并決定了電氣器件的連接關(guān)系。這種連接關(guān)系通常用“電氣拓?fù)洹眮?lái)表示，即連接各種電氣器件所用的電氣線纜的物理空間布局。
此外還需要注意以下幾點(diǎn)：第一，雖然電子器件的供電配電也是由電氣架構(gòu)負(fù)責(zé)，但是電子器件之間不涉及能量的流轉(zhuǎn)，因此電氣架構(gòu)對(duì)其連接關(guān)系不起決定性作用；第二，電子架構(gòu)和電氣架構(gòu)是兩套完全不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即使在物理空間上存在某些重合，但實(shí)際用到的線束/線纜是不同的；第三，電氣架構(gòu)中的高壓和低壓的供配電并非完全獨(dú)立，一方面，低壓供配電的能量是通過(guò)高壓電源變壓而來(lái)；另一方面，部分電子器件與電氣器件在物理空間上會(huì)集成在一起，比如電驅(qū)總成內(nèi)集成一個(gè)ECU（電子控制單元），因此高壓和低壓會(huì)同時(shí)存在于某些零部件。
2.EEA的內(nèi)涵變化
具體到EEA的內(nèi)涵，從傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)展到智能汽車(chē)的變化非常大。筆者將EEA的內(nèi)涵劃分為物理連接關(guān)系、計(jì)算通信架構(gòu)和能量配給平臺(tái)三個(gè)層面，其中計(jì)算通信架構(gòu)包括計(jì)算節(jié)點(diǎn)和通信網(wǎng)絡(luò)，能量配給平臺(tái)又可以區(qū)分為低壓平臺(tái)和高壓平臺(tái)。EEA的內(nèi)涵在各個(gè)層面的變化如圖1所示。
圖1傳統(tǒng)汽車(chē)EEA與智能汽車(chē)EEA的差異
在物理連接關(guān)系層面，傳統(tǒng)汽車(chē)EEA采用分布式架構(gòu)，電子控制設(shè)備（通常是ECU）分布在各功能子系統(tǒng)/模塊中。隨著智能化帶來(lái)的功能數(shù)量激增，如果繼續(xù)沿用分布式架構(gòu)將導(dǎo)致ECU數(shù)量越來(lái)越多、布線愈發(fā)復(fù)雜，使得架構(gòu)難以持續(xù)拓展。因此，智能汽車(chē)EEA將向集中式架構(gòu)發(fā)展，即將各功能子系統(tǒng)/模塊交由集中式電子器件（比如計(jì)算平臺(tái)或域控制器）統(tǒng)一控制，從而簡(jiǎn)化硬件的物理空間布局、連接與布線。
在計(jì)算通信架構(gòu)層面，傳統(tǒng)汽車(chē)EEA采用以MCU（微控制單元）為核心、以ECU作為計(jì)算節(jié)點(diǎn)、以CAN總線（控制器局域網(wǎng)總線）作為通信網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)是面向各ECU信號(hào)的通信。隨著智能化帶來(lái)的軟件集中與復(fù)雜度提高，汽車(chē)需要更大的算力來(lái)支撐軟件運(yùn)行，因此以異構(gòu)SoC（系統(tǒng)級(jí)芯片）為核心的計(jì)算平臺(tái)將成為主要的計(jì)算節(jié)點(diǎn)。此外，智能汽車(chē)要求軟件能夠靈活調(diào)用硬件，這需要更大的通信帶寬和更靈活的通信機(jī)制，因此車(chē)載以太網(wǎng)將成為新的主干網(wǎng)，支撐上層實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)的通信。計(jì)算節(jié)點(diǎn)和通信網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)也將反過(guò)來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)EEA的集中化。
在能量配給平臺(tái)層面，傳統(tǒng)汽車(chē)由于高壓器件較少，主要采用基于蓄電池的低壓供電以及基于電磁繼電器的靜態(tài)配電。而電動(dòng)化作為智能化的有力支撐，動(dòng)力電池、電驅(qū)等三電及其附帶的高壓器件均會(huì)搭載在智能汽車(chē)上，智能汽車(chē)EEA也將新增高壓供電配電網(wǎng)絡(luò)。此外，智能化也要求低壓平臺(tái)采取更加安全、節(jié)能和靈活的電源管理策略，這需要基于芯片實(shí)現(xiàn)智能動(dòng)態(tài)配電。
二、EEA包含哪些關(guān)鍵要素？EEA在智能汽車(chē)技術(shù)全景圖中的定位是什么？
對(duì)于智能汽車(chē)而言，EEA在“能量配給平臺(tái)”層面的內(nèi)涵并非重點(diǎn)，因此在大部分語(yǔ)境中，狹義上的EEA通常指的是電子器件的連接關(guān)系，即通信網(wǎng)絡(luò)。而廣義上的EEA則包含“計(jì)算通信架構(gòu)”中的所有電子電氣器件及其連接關(guān)系，為汽車(chē)軟件提供基礎(chǔ)能力支撐與可供調(diào)用的硬件資源來(lái)源?？紤]到狹義EEA可談?wù)摰膬?nèi)容有限，本文后續(xù)內(nèi)容主要討論廣義EEA。
圖2展示了EEA在智能汽車(chē)技術(shù)架構(gòu)中所處的位置、構(gòu)成要素，以及其與其他要素之間的關(guān)系?？梢钥闯?，EEA既是軟件運(yùn)行與交互的支撐，又是硬件接入與集成的平臺(tái)。
EEA構(gòu)成要素之一是傳感器、執(zhí)行器等功能硬件，它們通過(guò)硬件接口和線束接入整車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)。這些硬件所提供的功能性能是實(shí)現(xiàn)整車(chē)體驗(yàn)的基礎(chǔ)能力。在軟硬解耦趨勢(shì)下，未來(lái)功能硬件的相關(guān)控制模型將實(shí)現(xiàn)知識(shí)化、抽象化，從而允許通過(guò)軟件將硬件功能封裝成為基礎(chǔ)服務(wù)單元，支撐構(gòu)建上層SOA（面向服務(wù)的架構(gòu)）。
EEA構(gòu)成要素之二是計(jì)算平臺(tái)/控制器，它們是所有車(chē)載軟件最終部署的地方，通過(guò)提供計(jì)算與存儲(chǔ)資源來(lái)支撐軟件的運(yùn)行。計(jì)算平臺(tái)/控制器的數(shù)量可以是一個(gè)或多個(gè)，這既與車(chē)載軟件的集中程度有關(guān)，又與芯片技術(shù)的發(fā)展有關(guān)，具體將在后文詳細(xì)介紹。
EEA構(gòu)成要素之三是通信網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)硬件的連接與信號(hào)的傳輸。首先，通信網(wǎng)絡(luò)需要建立不同計(jì)算平臺(tái)之間的連接，從而支持跨域/跨平臺(tái)的軟件交互；其次，通信網(wǎng)絡(luò)需要建立功能硬件與計(jì)算平臺(tái)之間的連接，從而支持部署在計(jì)算平臺(tái)上的軟件能夠靈活調(diào)用底層功能硬件；最后，通信網(wǎng)絡(luò)需要提供以太網(wǎng)等硬件層通信協(xié)議，從而支撐上層復(fù)雜的軟件層協(xié)議，比如實(shí)現(xiàn)SOA所必需的面向服務(wù)的通信。
圖2智能汽車(chē)技術(shù)架構(gòu)
三、EEA在智能汽車(chē)具有什么作用和意義？
筆者此前的微信文章《“新汽車(chē)”SOA發(fā)展趨勢(shì)與實(shí)施策略研究》中曾經(jīng)提到，智能汽車(chē)中軟硬解耦趨勢(shì)本質(zhì)上就是邏輯與物理分離的過(guò)程，而軟件架構(gòu)決定邏輯連接關(guān)系，EEA決定物理連接，兩者是靈魂和軀體的協(xié)同共生關(guān)系。
如果把整車(chē)架構(gòu)設(shè)計(jì)類(lèi)比為城市規(guī)劃，那么以SOA為代表的軟件架構(gòu)對(duì)應(yīng)一種特殊的城市運(yùn)行機(jī)制，EEA則對(duì)應(yīng)城市總體布局。下面根據(jù)“軟件先行”的SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)流程，說(shuō)明SOA與EEA之間的緊密聯(lián)系，以及EEA對(duì)于智能汽車(chē)的重要意義：
第一，EEA決定了整車(chē)軟件在硬件上的部署。設(shè)計(jì)SOA的第一步是進(jìn)行服務(wù)的劃分與定義，即確定服務(wù)集合、服務(wù)顆粒度、服務(wù)功能性能，類(lèi)似于城市規(guī)劃中明確城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要具備哪些功能；而設(shè)計(jì)EEA時(shí)就需要考慮為每種服務(wù)提供必要的底層硬件支撐，包括傳感器、執(zhí)行器、計(jì)算、存儲(chǔ)、通信帶寬等資源，類(lèi)比城市規(guī)劃就是明確承擔(dān)城市各功能的建筑物以及配套設(shè)施。
第二，EEA不僅影響整車(chē)功能的橫向打通，還影響企業(yè)內(nèi)部研發(fā)組織的橫向劃分。設(shè)計(jì)SOA的第二步是明確服務(wù)之間的打通交互關(guān)系，類(lèi)比城市規(guī)劃就是使城市功能實(shí)現(xiàn)充分協(xié)同；理想情況下SOA的服務(wù)之間能夠彼此相互打通、靈活訪問(wèn)，但這受限于EEA的集中程度，比如部署在同一域控制器上的軟件往往比跨硬件的軟件更容易打通，類(lèi)比城市規(guī)劃就是只有城市形成集群才能實(shí)現(xiàn)更充分的協(xié)同，而不同的城市集群又需要不同的管理組織。
第三，EEA為軟件的靈活交互提供了通信的硬件支撐。設(shè)計(jì)SOA的第三步是定義服務(wù)之間的通信規(guī)則，不同服務(wù)之間的通信規(guī)則是不同的，就好比城市中的物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)和醫(yī)療急救轉(zhuǎn)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)需要不同的運(yùn)營(yíng)調(diào)度機(jī)制；但軟件層面不論設(shè)計(jì)規(guī)則如何，服務(wù)交互最終都要轉(zhuǎn)化為EEA中通信線束上的物理信號(hào)，就好比無(wú)論是物流車(chē)還是救護(hù)車(chē)都必須跑在交通道路上。
第四，EEA的設(shè)計(jì)決定軟件復(fù)雜度的上限，也影響外部功能生態(tài)的接入。設(shè)計(jì)SOA的第四步需要從可拓展性的角度對(duì)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，類(lèi)似在城市規(guī)劃中經(jīng)常強(qiáng)調(diào)城市功能的多元化與轉(zhuǎn)型升級(jí)；但就像城市的土地空間資源都是有限的，EEA提供的算力、通信帶寬、硬件接口等硬件資源也是有限的，只有做好相應(yīng)的預(yù)留才能支持軟件的靈活拓展和升級(jí)，因此EEA的設(shè)計(jì)對(duì)于外部功能生態(tài)的接入以及車(chē)載軟件復(fù)雜度的上限都有決定性影響。
第五，EEA支持硬件的平臺(tái)化設(shè)計(jì)、硬件的靈活替換與升級(jí)。設(shè)計(jì)SOA的第五步是對(duì)架構(gòu)進(jìn)行跨車(chē)型、跨平臺(tái)、跨硬件適配，即強(qiáng)調(diào)架構(gòu)的復(fù)用性，就好比北京和上海雖然是不同的城市，但在整體的城市運(yùn)行機(jī)制上有很大一部分的機(jī)制相似；但這種相似是建立在城市建設(shè)中存在很多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，對(duì)于EEA來(lái)說(shuō)就是要實(shí)現(xiàn)硬件接口的標(biāo)準(zhǔn)化，因此可以說(shuō)EEA支持著硬件的平臺(tái)化設(shè)計(jì)以及可插拔式替換與升級(jí)。
綜上所述，EEA為整車(chē)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了物理層面的“總體布局”，同時(shí)影響著硬件、軟件以及企業(yè)組織，所以EEA和SOA都是智能汽車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中首要考慮的關(guān)鍵要素。
四、EEA的總體發(fā)展趨勢(shì)是什么？
汽車(chē)智能化發(fā)展驅(qū)動(dòng)汽車(chē)軟硬解耦，解耦后的軟件和硬件分別在邏輯維度和物理維度上集中，因此需要更高性能、更低成本、更加靈活的EEA。所以在討論EEA的發(fā)展方向之前，首先要了解智能汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)與需求，筆者將其歸納為三點(diǎn)：一是，智能化時(shí)代技術(shù)發(fā)展快，用戶(hù)需求變化也快，導(dǎo)致汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)迭代的周期也必須加快；二是，智能化功能需求呈現(xiàn)多樣化，導(dǎo)致汽車(chē)上硬件的種類(lèi)與數(shù)量增多；三是，用戶(hù)更加追求整體體驗(yàn)，要求汽車(chē)上功能之間的協(xié)同要增加，導(dǎo)致功能邏輯的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜。以上每一個(gè)趨勢(shì)都對(duì)整車(chē)EEA提出全新的需求。
第一，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)迭代加速，意味著傳統(tǒng)的軟硬件綁定的開(kāi)發(fā)模式必然走向沒(méi)落，取而代之的是軟硬解耦，讓軟件能夠脫離硬件實(shí)現(xiàn)更快的迭代，這對(duì)應(yīng)到EEA層面即前文所述的邏輯與物理分離。
第二，分布在物理空間中的硬件越多，意味著車(chē)上的線束連接越多、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越復(fù)雜，而要避免車(chē)內(nèi)空間的限制，就需要將原本由多個(gè)ECU承擔(dān)的功能集中至一個(gè)或幾個(gè)具備大算力的域控制器或計(jì)算平臺(tái)上，并使得傳感器和執(zhí)行器盡可能就近接入，即所謂的物理集中。
第三，功能邏輯設(shè)計(jì)越復(fù)雜，意味著負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)這些邏輯策略對(duì)硬件進(jìn)行控制和調(diào)用的軟件需要更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、更多的組件，而要降低軟件的開(kāi)發(fā)難度，就要將原本針對(duì)特定硬件、采用不同軟件系統(tǒng)的多個(gè)邏輯策略集中至一個(gè)軟件系統(tǒng)內(nèi)重新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)（比如SOA），即所謂的邏輯集中。
因此，汽車(chē)EEA的演進(jìn)趨勢(shì)可以歸納為“集中化”，并且是分別從邏輯和物理兩個(gè)維度實(shí)現(xiàn)集中。
五、智能汽車(chē)EEA的評(píng)價(jià)維度有哪些？
優(yōu)秀的智能汽車(chē)EEA應(yīng)具備三個(gè)屬性：高性能（支撐更復(fù)雜的軟件更好更快地運(yùn)行）、靈活可拓展（支持產(chǎn)品在更長(zhǎng)的周期中持續(xù)進(jìn)化）、合適的成本（有利于整體研發(fā)和制造的成本控制）。EEA的集中化恰好能夠在這三個(gè)維度都實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。
從性能維度看，邏輯集中通過(guò)讓軟件在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)充分共享數(shù)據(jù)，甚至部分軟件可以進(jìn)行合并融合，使得軟件的運(yùn)行與交互效率都更高；物理集中通過(guò)提高算力，能夠處理更多的數(shù)據(jù)、支撐更復(fù)雜的功能。
從靈活性維度看，邏輯集中后通過(guò)對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行SOA設(shè)計(jì)，使得軟件高內(nèi)聚、低耦合、靈活訪問(wèn)，允許對(duì)軟件組件（服務(wù)）進(jìn)行靈活升級(jí)以及往架構(gòu)中靈活增加新組件；物理集中則留出了更多的布置空間，支持更多傳感器和執(zhí)行器的靈活接入。
從成本維度看，邏輯集中后通過(guò)對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行SOA設(shè)計(jì)，使得軟件組件的復(fù)用性增強(qiáng)，避免了重復(fù)性開(kāi)發(fā)，降低了研發(fā)成本；物理集中通過(guò)減少硬件數(shù)量與算力冗余降低了控制器的物料成本，另外通過(guò)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得線束的成本與重量都得到了降低。
六、EEA的演進(jìn)將分成幾個(gè)階段？
前面談到集中化是EEA的總體演進(jìn)趨勢(shì)，具體來(lái)看，實(shí)現(xiàn)智能汽車(chē)EEA的整體進(jìn)化，不僅需要邏輯集中和物理集中雙管齊下，還需要實(shí)現(xiàn)邏輯集中與物理集中的協(xié)同。實(shí)際上涉及到的內(nèi)容很多，所以不可能一蹴而就，需要分步實(shí)現(xiàn)。
1.邏輯集中
邏輯集中意味著軟件系統(tǒng)規(guī)模更大、更復(fù)雜，因此需要更先進(jìn)的軟件資源管理和交互技術(shù)。在傳統(tǒng)的嵌入式軟件系統(tǒng)中，“I/O控制軟件”與“邏輯處理軟件”被混雜封裝在一起，沒(méi)有明確的邊界，這個(gè)階段也稱(chēng)為“軟軟耦合”。
在談?wù)撨壿嫾兄埃覀兪紫纫獏^(qū)分“邏輯處理類(lèi)軟件”和“I/O控制類(lèi)軟件”?！斑壿嬏幚眍?lèi)軟件”主要指融合決策、人機(jī)交互、功能組合等包含復(fù)雜邏輯策略的應(yīng)用和算法，“I/O控制類(lèi)軟件”主要指信號(hào)路由、數(shù)據(jù)預(yù)處理、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)等與硬件高度相關(guān)的驅(qū)動(dòng)類(lèi)軟件。強(qiáng)調(diào)二類(lèi)軟件區(qū)別，是因?yàn)椤斑壿嫾小敝械摹斑壿嫛逼鋵?shí)指的就是“邏輯處理類(lèi)軟件”，此類(lèi)軟件直接面向用戶(hù)需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)，具有更多的數(shù)據(jù)橫向打通和組件復(fù)用的需求，天然就傾向于實(shí)現(xiàn)集中，而“I/O控制類(lèi)軟件”與硬件高度相關(guān)，其集中與否由硬件決定而非用戶(hù)需求。
邏輯集中的第一步就是要實(shí)現(xiàn)“軟軟解耦”，需要把“邏輯處理軟件”與“I/O控制軟件”通過(guò)分類(lèi)分層的封裝方式來(lái)解除綁定，進(jìn)而允許不同“邏輯處理類(lèi)軟件”之間能夠?qū)崿F(xiàn)打通和融合。
第二步是“功能集聚整合”，即把原本負(fù)責(zé)不同功能的多套軟件系統(tǒng)集聚整合為一個(gè)系統(tǒng)。軟軟解耦后，理論上“邏輯處理類(lèi)軟件”與“I/O控制類(lèi)軟件”已經(jīng)可以部署在不同的硬件上，但在實(shí)際工程開(kāi)發(fā)中，考慮到對(duì)既有軟件的繼承，一般不會(huì)直接徹底打散重構(gòu)整個(gè)軟件體系。此階段一般先繼續(xù)保持“邏輯處理類(lèi)軟件”與“I/O控制類(lèi)軟件”在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，只對(duì)“邏輯處理”部分進(jìn)行繼承、融合與再開(kāi)發(fā)，比如將AEB（緊急制動(dòng)系統(tǒng)）、ACC（自適應(yīng)巡航系統(tǒng)）、LKA（車(chē)道保持系統(tǒng)）等多個(gè)駕駛輔助功能整合升級(jí)為NOA(自動(dòng)導(dǎo)航輔助駕駛)功能。
第三步是邏輯集中的理想階段——“邏輯-控制分離”，即“邏輯處理類(lèi)軟件”與“I/O控制類(lèi)軟件”分別集中成兩個(gè)軟件系統(tǒng)并分別部署?！斑壿嬏幚怼边@類(lèi)需要大算力的軟件可以部署至中央計(jì)算平臺(tái)，而“I/O控制類(lèi)軟件”則可以部署至更靠近相關(guān)硬件的位置，這樣可以最大程度實(shí)現(xiàn)同類(lèi)型算力需求的集中，減少硬件異構(gòu)集成帶來(lái)的額外成本。
例如，如果需要在一顆智能駕駛SoC上同時(shí)運(yùn)行“環(huán)境感知”和“底盤(pán)控制”兩類(lèi)軟件，前者更需要AI算力，而后者只需要CPU算力，那么SoC的設(shè)計(jì)必須兼顧兩者；如果將“底盤(pán)控制”軟件部署在一顆單獨(dú)的MCU上，那么SoC的研發(fā)和資源冗余就能得以簡(jiǎn)化。
2.物理集中
相較“邏輯集中”的三個(gè)階段，“物理集中”整體可以分為“分布式”、“域融合”、“跨域融合”、“中央計(jì)算+區(qū)域控制”以及“車(chē)云一體”五個(gè)階段?！拔锢砑小钡难葸M(jìn)過(guò)程對(duì)計(jì)算和通信等硬件性能的要求不斷提升，具體參見(jiàn)圖3。
從“分布式”到“域融合”再到“跨域融合”，目標(biāo)是先用5-7個(gè)DCU（功能域控制器）取代掉各自域內(nèi)的ECU，再進(jìn)行跨域的計(jì)算整合將控制器數(shù)量縮減至3-4個(gè)。對(duì)于跨域的計(jì)算整合有不同的方式，有的車(chē)企按照功能域與功能域進(jìn)行整合開(kāi)發(fā)MDCU（多域控制器），有的車(chē)企則按照功能硬件的物理空間距離進(jìn)行整合開(kāi)發(fā)ZCU（區(qū)域控制器）。
“中央計(jì)算+區(qū)域控制”階段是一個(gè)分水嶺。在此之前控制器使用SoC芯片或MCU芯片，主要考慮物理集中的繼承關(guān)系，假如原控制器就使用了MCU芯片，那么集中后的新控制器往往繼續(xù)使用MCU芯片。但到了“中央計(jì)算+區(qū)域控制”階段，車(chē)載計(jì)算架構(gòu)已經(jīng)重構(gòu)，讓SoC芯片居中用于中央計(jì)算集群/平臺(tái)，負(fù)責(zé)大算力任務(wù)；MCU芯片則用于VIU（區(qū)域信息單元），負(fù)責(zé)與硬件控制相關(guān)的任務(wù)，這樣的計(jì)算明確分工能有效簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)并提高計(jì)算效率。同時(shí)，VIU由于運(yùn)算任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，這樣允許車(chē)企針對(duì)不同車(chē)型來(lái)靈活配置所需的數(shù)量，大大提高了架構(gòu)的靈活性和通用性。
“中央計(jì)算+區(qū)域控制”階段還可以根據(jù)“中央計(jì)算”的集中程度進(jìn)一步細(xì)分為“多盒（Multi-Box）”、“單盒多板（One-Box）”、“單板多芯（One-Board）”和“單芯（One-SoC）”四個(gè)小階段，這一集中過(guò)程除了依賴(lài)芯片硬件層面集成設(shè)計(jì)技術(shù)的突破之外，板間互連、片間互連、片上互連等通信技術(shù)的進(jìn)步也是關(guān)鍵。
最終，根據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)“摩爾定律”的發(fā)展情況，可以預(yù)見(jiàn)在“單芯”階段將出現(xiàn)的瓶頸，因?yàn)檐?chē)端算力不可能無(wú)限增長(zhǎng)來(lái)滿(mǎn)足所有應(yīng)用場(chǎng)景需求，智能汽車(chē)終將迎來(lái)“車(chē)云一體”式架構(gòu)。到了“車(chē)云一體”式架構(gòu)階段，部分車(chē)端算力將轉(zhuǎn)移至路端或云端，車(chē)路云多端算力通過(guò)V2X（車(chē)聯(lián)網(wǎng)）打通并實(shí)現(xiàn)協(xié)同計(jì)算，由此將EEA的物理空間范疇從車(chē)內(nèi)拓展至車(chē)外。
3.邏輯集中與物理集中協(xié)同
綜合上述邏輯集中與物理集中的演進(jìn)路徑不難發(fā)現(xiàn)，物理集中實(shí)際是邏輯集中的支撐，邏輯集中是發(fā)揮物理集中價(jià)值的關(guān)鍵，兩者相互協(xié)同才能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的EEA。雖然其中涉及到很多的軟件和硬件，但是軟件最終要部署在硬件上，部署的過(guò)程就是成本和效率的優(yōu)化過(guò)程。
筆者認(rèn)為，邏輯集中與物理集中存在一個(gè)最優(yōu)匹配關(guān)系，如圖4所示。筆者還標(biāo)注了各大車(chē)企在EEA方面的相關(guān)進(jìn)展信息?？梢钥吹?，傳統(tǒng)燃油汽車(chē)采用的EEA是分布式物理布局，邏輯層面也是很典型的軟軟耦合的嵌入式軟件。當(dāng)?shù)搅宋锢砑械摹坝蛉诤稀焙汀翱缬蛉诤稀彪A段，實(shí)際上車(chē)企都是使用相應(yīng)的集中式控制器來(lái)支撐相應(yīng)“功能集聚整合”后的軟件運(yùn)行。特斯拉早在2021年實(shí)現(xiàn)了區(qū)域集中EEA量產(chǎn)，即使今天其比較先進(jìn)的EEA仍被視為行業(yè)標(biāo)桿。隨著物理維度的進(jìn)一步集中，“中央計(jì)算+區(qū)域控制”正好與邏輯維度的“邏輯-控制分離”相匹配，由“中央計(jì)算”承擔(dān)復(fù)雜的“邏輯處理類(lèi)軟件”，“區(qū)域控制”承擔(dān)與硬件高度相關(guān)的“I/O控制類(lèi)軟件”。
然而，理想與現(xiàn)實(shí)之間總有差距，實(shí)現(xiàn)邏輯集中和物理集中的最優(yōu)匹配并不容易，常常處于不匹配的狀態(tài)。這種不匹配現(xiàn)象在“域/跨域集中式架構(gòu)”階段，常見(jiàn)于某域/跨域控制器硬件已經(jīng)完成了開(kāi)發(fā)，而軟件層面無(wú)法將部分功能整合進(jìn)來(lái)，導(dǎo)致車(chē)內(nèi)ECU數(shù)量并未減少甚至還有所增多。但是，后果更為嚴(yán)重的不匹配則體現(xiàn)在“中央集中式架構(gòu)”階段，這往往反映出企業(yè)的研發(fā)目標(biāo)與現(xiàn)有實(shí)力的不匹配。
圖4中列舉了兩個(gè)例子。第一個(gè)是某科技巨頭的概念架構(gòu)，該企業(yè)早在2020年就提出了“邏輯-控制分離”的目標(biāo)，當(dāng)時(shí)控制器的硬件水平不足以支撐實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。也就是說(shuō)，物理集中落后于邏輯集中，這導(dǎo)致部分傳感器、執(zhí)行器仍然需要直接接入中央計(jì)算集群，使“中央計(jì)算”的硬件設(shè)計(jì)成本明顯增加，最終該企業(yè)的相關(guān)量產(chǎn)產(chǎn)品并未按照其概念架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)；第二個(gè)例子是某企業(yè)于2023年宣布實(shí)現(xiàn)了“中央計(jì)算+區(qū)域控制”的EEA 3.0量產(chǎn)，從其公開(kāi)的技術(shù)資料了解到，其尚未實(shí)現(xiàn)I/O控制與邏輯處理的完全分離，仍然有很多“邏輯處理類(lèi)軟件”部署在VIU上，這就是邏輯集中落后于物理集中的典型案例。
圖5展示了不同EEA集中化階段的軟件在不同硬件上的部署方式。筆者將“分布式EEA”定義為1.0階段，“域集中式EEA”定義為2.0階段，“中央集中式EEA”定義為3.0階段。從圖5中可以看出，從“域集中”到“多域/區(qū)域集中”，軟件的部署方式?jīng)]有本質(zhì)性變化，企業(yè)要做的是開(kāi)發(fā)更強(qiáng)大的控制器以及整合更多的功能，因此即使物理和邏輯暫時(shí)不匹配也是走在正確的方向上。
需要注意的是，“部分區(qū)域化”（所謂2.9階段）的兩個(gè)軟件部署例子，可以說(shuō)是既不承上、也不啟下。“物理落后于邏輯”導(dǎo)致“中央計(jì)算”的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)必須額外為硬件控制考慮很多安全性要求，不利于軟件的靈活迭代；“邏輯落后于物理”導(dǎo)致“區(qū)域控制”的硬件設(shè)計(jì)無(wú)法標(biāo)準(zhǔn)化復(fù)用，面向不同車(chē)型需要費(fèi)時(shí)耗力重新適配，成本投入產(chǎn)生極大浪費(fèi)。這種“總有一方拖累另一方”不僅體現(xiàn)在技術(shù)層面，還體現(xiàn)在技術(shù)背后的組織團(tuán)隊(duì)，而團(tuán)隊(duì)之間的沖突與拉扯有可能讓企業(yè)在很長(zhǎng)一段時(shí)間都處于“3.0階段就在眼前，但一直在2.9階段打轉(zhuǎn)”的狀態(tài)。
七、集中式EEA演進(jìn)面臨著哪些挑戰(zhàn)？
如前所述，推動(dòng)EEA向集中化演進(jìn)必須做三件事：邏輯集中、物理集中、軟硬協(xié)同。這三件事分別對(duì)應(yīng)了企業(yè)的三項(xiàng)能力：軟件整合與打通能力、集中化硬件開(kāi)發(fā)能力和軟硬件垂直集成能力。但是其中每一項(xiàng)能力都面臨著技術(shù)和整供企業(yè)分工合作模式的雙重挑戰(zhàn)。
1.軟件整合與打通能力
邏輯集中必然使軟件系統(tǒng)更加復(fù)雜，這需要管理調(diào)度能力更強(qiáng)的OS內(nèi)核，負(fù)責(zé)管理軟件資源，以及更靈活高效的中間件來(lái)幫助軟件打通。目前OS內(nèi)核在技術(shù)上主要有兩方面挑戰(zhàn)，一方面是汽車(chē)上硬件種類(lèi)多樣，現(xiàn)有的OS尚無(wú)法兼容全部的驅(qū)動(dòng)；另一方面是不同軟件對(duì)OS內(nèi)核的性能需求不同，現(xiàn)有的OS產(chǎn)品難以同時(shí)兼顧。目前阿里、華為等科技公司以及極少數(shù)整車(chē)企業(yè)正在嘗試研發(fā)或改造車(chē)載OS內(nèi)核，但這種研發(fā)投入巨大，資源分散反而容易拖累整體技術(shù)進(jìn)展。
對(duì)于中間件，雖然目前尚未打造出足夠安全、高效、靈活的量產(chǎn)產(chǎn)品，但不存在明顯的技術(shù)瓶頸。正是因此，軟件供應(yīng)商和車(chē)企都在相關(guān)研發(fā)上大量投入，且各有優(yōu)劣。軟件供應(yīng)商雖然專(zhuān)業(yè)性更強(qiáng)，在中間件方面的技術(shù)積累更多更快，但短時(shí)間內(nèi)很難將產(chǎn)品平臺(tái)化、通用化，難以同時(shí)服務(wù)好多家車(chē)企；相反，車(chē)企自研的中間件能夠更好地滿(mǎn)足自身需求。因此，圍繞中間件的整供博弈仍將持續(xù)。
2.集中化硬件開(kāi)發(fā)能力
物理集中的核心能力是開(kāi)發(fā)高集中度的域控制器或計(jì)算平臺(tái)，而這又可進(jìn)一步分為核心SoC芯片層面的開(kāi)發(fā)和計(jì)算平臺(tái)層面的開(kāi)發(fā)。對(duì)于SoC，芯片企業(yè)無(wú)疑具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但也有極少數(shù)車(chē)企能夠自研SoC，并與自研算法更好地協(xié)同。相較而言，車(chē)企更擅長(zhǎng)在計(jì)算平臺(tái)層面的開(kāi)發(fā)，而應(yīng)將供應(yīng)商具有更成熟的量產(chǎn)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。
綜合來(lái)看，車(chē)企自研集中化硬件是期待能夠?qū)崿F(xiàn)更好地軟硬協(xié)同，從而降低對(duì)硬件資源的需求，從這個(gè)角度看，車(chē)企自研芯片是具有合理性的，但是研發(fā)周期長(zhǎng)，不確定性較大；即使最終研發(fā)成功，量產(chǎn)規(guī)模能否攤平高昂的研發(fā)成本仍然是一個(gè)問(wèn)題。因此，車(chē)企很可能仍需要借助專(zhuān)業(yè)芯片企業(yè)的能力，并探索新的整供合作模式。
3.軟硬件垂直集成能力
想要將高度復(fù)雜的軟件集成在高度集中的硬件上，是一個(gè)難度極大的工程問(wèn)題。從任務(wù)內(nèi)容上看，車(chē)企是最適合負(fù)責(zé)軟硬件垂直集成的主體，但是其在傳統(tǒng)燃油車(chē)時(shí)代缺少經(jīng)驗(yàn)積累而高度依賴(lài)供應(yīng)商，導(dǎo)致車(chē)企的實(shí)際能力與需求存在較大的差距。
從供應(yīng)商的能力現(xiàn)狀上看，目前主流一級(jí)供應(yīng)商一般只能提供單個(gè)功能域的軟硬集成方案，少數(shù)零部件巨頭具備跨域的軟硬件集成能力，而對(duì)于未來(lái)的中央集中式架構(gòu)下的整車(chē)級(jí)集成，幾乎不可能由供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)。
從車(chē)企的能力現(xiàn)狀上看，大部分車(chē)企停留在單功能域垂直集成的水平，極少數(shù)車(chē)企能夠?qū)崿F(xiàn)跨域的軟硬件集成，因此整車(chē)企業(yè)在這方面還有很多功課需要補(bǔ)上。如果繼續(xù)依賴(lài)供應(yīng)商，那么路將越走越窄。
八、整車(chē)企業(yè)如何推動(dòng)集中式EEA的落地？
車(chē)企在研發(fā)和量產(chǎn)集中式EEA時(shí)，需要綜合行業(yè)整體水平與自身能力制定適合自身的EEA演進(jìn)路徑。筆者建議車(chē)企注意以下三方面問(wèn)題：
1.根據(jù)實(shí)際情況選擇EEA集中化程度
在制定EEA集中化戰(zhàn)略時(shí)，過(guò)于落后于行業(yè)就容易被市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)淘汰；而過(guò)于先進(jìn)，容易超出自身能力可以控制的范疇。車(chē)企需要牢記：沒(méi)有最好的架構(gòu)，只有最適合自己的架構(gòu)。所以車(chē)企需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選定適合的EEA架構(gòu)發(fā)展策略。
首先，對(duì)于域集中式EEA，目前各類(lèi)軟硬件技術(shù)已能夠滿(mǎn)足行業(yè)需求的平均水平，部分供應(yīng)商甚至能夠提供完整的域級(jí)解決方案，大部分車(chē)企或多或少都已具備域級(jí)軟硬件的開(kāi)發(fā)和集成能力。筆者建議所有車(chē)企都應(yīng)將EEA至少升級(jí)到此階段，并逐步擺脫對(duì)域級(jí)供應(yīng)商的依賴(lài)，自主實(shí)現(xiàn)軟硬件垂直集成。
其次，對(duì)于跨域集中式EEA，目前在硬件層面，已有多家芯片企業(yè)推出了艙駕一體的芯片，雖然在成本和性能上可以進(jìn)一步優(yōu)化，但也算滿(mǎn)足了基本需求；在軟件層面，艙駕融合所需的OS和中間件技術(shù)，預(yù)計(jì)還需1-2年才能成熟。對(duì)于不同企業(yè)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)車(chē)企在車(chē)控功能域上有較多積累，而在智駕和座艙上更依賴(lài)供應(yīng)商；造車(chē)新勢(shì)力則在智駕、座艙領(lǐng)域投入較多，相關(guān)能力掌握較強(qiáng)；還有少數(shù)巨頭車(chē)企具備全棧自研能力。
因此，筆者建議傳統(tǒng)車(chē)企應(yīng)優(yōu)先實(shí)現(xiàn)車(chē)控域的跨域集中，艙駕融合可以考慮與供應(yīng)商合作；造車(chē)新勢(shì)力則應(yīng)優(yōu)先自主開(kāi)發(fā)艙駕融合的核心方案；而具有全棧自研能力的車(chē)企可以選擇走更為靈活的區(qū)域集中路線。
最后，對(duì)于中央集中式EEA，目前硬件層面僅有Muti-Box和One-Box的方案趨向成熟，軟件層面要實(shí)現(xiàn)真正的“邏輯-控制分離”還需要很長(zhǎng)的發(fā)展期，并且尚無(wú)車(chē)企能真正將整車(chē)軟件整合至一個(gè)大的系統(tǒng)內(nèi)，并將其部署至中央計(jì)算集群上。因此，筆者建議車(chē)企不應(yīng)該急于推出“形似神不似”的“中央計(jì)算+區(qū)域控制”架構(gòu)，而是先在跨域融合階段積累軟硬件能力與經(jīng)驗(yàn)，并推進(jìn)下一代架構(gòu)的預(yù)研，等待各方面條件都成熟時(shí)再考慮量產(chǎn)。
2.基于平衡思維設(shè)計(jì)EEA
EEA的設(shè)計(jì)需要做出各種平衡，可以說(shuō)是追求平衡的藝術(shù)，主要體現(xiàn)在“體驗(yàn)”和“成本”、“現(xiàn)在”和“未來(lái)”、“共性”和“個(gè)性”三方面的權(quán)衡上。
對(duì)于“體驗(yàn)”來(lái)說(shuō)，EEA提供了計(jì)算和通信的硬件支撐，其技術(shù)的先進(jìn)性決定了用戶(hù)體驗(yàn)的上限，但這種先進(jìn)性將造成更高的“成本”。因此，EEA的設(shè)計(jì)切勿盲目堆料，而要根據(jù)品牌定位與目標(biāo)用戶(hù)來(lái)選擇最優(yōu)性?xún)r(jià)比。
“硬件預(yù)留”是平衡“現(xiàn)在”和“未來(lái)”的關(guān)鍵。如果預(yù)留多了容易讓消費(fèi)者產(chǎn)生“白花錢(qián)”的感覺(jué)，而預(yù)留少了將使得汽車(chē)后期難以持續(xù)升級(jí)迭代。想要合理預(yù)留就要求架構(gòu)師既能對(duì)未來(lái)技術(shù)變化有比較精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)，又能對(duì)用戶(hù)的接受程度有比較好的把握。
前文已有提及，EEA設(shè)計(jì)應(yīng)能做到跨車(chē)型、跨品牌、跨平臺(tái)復(fù)用，從而分?jǐn)偝杀?，這其實(shí)指的是基礎(chǔ)共性功能，當(dāng)然不可能一套配置就滿(mǎn)足所有用戶(hù)對(duì)功能配置的個(gè)性化需求，所謂千人千面、千車(chē)千面。因此，EEA設(shè)計(jì)實(shí)際要做的是努力實(shí)現(xiàn)硬件標(biāo)準(zhǔn)化、平臺(tái)化，同時(shí)打造算力、主干網(wǎng)帶寬、區(qū)域控制器、功能硬件等配置可靈活調(diào)節(jié)的架構(gòu)。
要做好上述平衡，對(duì)于架構(gòu)師的要求非常高，既需要了解具體的軟硬件技術(shù)，又要了解用戶(hù)需求與業(yè)務(wù)，還要具備強(qiáng)大的抽象化系統(tǒng)思考。這類(lèi)人才資源極為稀缺。因此，筆者建議各車(chē)企下一步要著重招攬或培養(yǎng)這類(lèi)稀缺的人才。
3.面向中央集中式架構(gòu)推動(dòng)企業(yè)能力與產(chǎn)業(yè)分工變革
目前行業(yè)已經(jīng)處在從EEA 2.5向3.0邁進(jìn)的發(fā)展階段，而面對(duì)高度整合、空前復(fù)雜的中央集中式EEA架構(gòu)，只有車(chē)企才能主導(dǎo)架構(gòu)的設(shè)計(jì)和資源的協(xié)同，因此車(chē)企必須盡快儲(chǔ)備相應(yīng)能力，并及時(shí)調(diào)整分工合作模式，從而實(shí)現(xiàn)整車(chē)軟硬件的橫向整合與打通。筆者預(yù)測(cè)的理想情況下中央集中式架構(gòu)的產(chǎn)業(yè)分工詳見(jiàn)圖6。
圖6理想情況下中央集中式架構(gòu)的產(chǎn)業(yè)分工
對(duì)于“電子電氣器件”，車(chē)企應(yīng)主導(dǎo)定義底層功能硬件的標(biāo)準(zhǔn)化接口，至少也要做到與供應(yīng)商聯(lián)合定義，這樣才能實(shí)現(xiàn)軟硬解耦；而供電配電、通信等組件，由于功能相對(duì)基礎(chǔ)且單一，車(chē)企依賴(lài)供應(yīng)商即可；而域控制器、計(jì)算平臺(tái)等核心計(jì)算節(jié)點(diǎn)，考慮到車(chē)企很難具備強(qiáng)大的芯片設(shè)計(jì)能力，建議車(chē)企與芯片企業(yè)深度綁定或者聯(lián)合研發(fā)，將自己的重心放在集成電路板或機(jī)盒的開(kāi)發(fā)上。
對(duì)于“電子電氣器件的連接關(guān)系”，EEA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須由車(chē)企自研或主導(dǎo)設(shè)計(jì)，且必須與軟件架構(gòu)深度協(xié)同，而線束等具體載體只需要借助成熟的供應(yīng)鏈即可。
筆者相信，在符合實(shí)際情況規(guī)劃、平衡設(shè)計(jì)以及合理分工下，企業(yè)將快速推動(dòng)EEA架構(gòu)發(fā)展，進(jìn)而行業(yè)將加速向中央集中式的EEA 3.0進(jìn)化，智能汽車(chē)的產(chǎn)品形態(tài)也將迎來(lái)新一階段的升華，讓我們共同期待！
