智能汽車作為移動自主機(jī)器的第一形態(tài),是機(jī)器人時(shí)代的殺手級應(yīng)用

在數(shù)字化重塑的浪潮下，一場深刻的汽車電子電氣（E/E）構(gòu)架變革正在醞釀，汽車行業(yè)正在沿著當(dāng)年P(guān)C和手機(jī)行業(yè)走過的路邁向智能時(shí)代。這背后將折射出怎樣的技術(shù)挑戰(zhàn)、行業(yè)變局與應(yīng)對措施？

只有把視野放在在機(jī)器人時(shí)代宏大的敘事背景下，我們才能看到這場智能汽車電子構(gòu)架變革之于時(shí)代的全部意義。看到趨勢并不難，難的是自我革命，誰能更堅(jiān)決地?fù)肀н@一趨勢，誰就能贏得汽車行業(yè)百年巨變的競爭。

以下是本文幾個(gè)關(guān)鍵結(jié)論：

1. 智能汽車將將成為一部移動的超級計(jì)算機(jī)兼數(shù)據(jù)中心，是IT史上最復(fù)雜的單一產(chǎn)品，將誕生新的Wintel。

2. 新的E/E構(gòu)架商業(yè)化落地時(shí)間大約在2025年。

3. 組織變革是OEM在這場技術(shù)革命中面臨的最大挑戰(zhàn)。

4. 智能汽車作為移動自主機(jī)器的第一形態(tài)，將撬動比自身市場大得多的商業(yè)價(jià)值。

5. E/E構(gòu)架變革四大趨勢：計(jì)算集中化、軟硬件解耦、平臺標(biāo)準(zhǔn)化以及功能定制化。

6. 新的E/E構(gòu)架將基于中央計(jì)算機(jī)-層-區(qū)的概念構(gòu)建，體現(xiàn)服務(wù)導(dǎo)向構(gòu)架（SOA）的理念。

7. 新的E/E構(gòu)架將使OEM在與領(lǐng)先的Tier1的博弈中重新贏得主動權(quán)。

8. AI邊緣計(jì)算芯片是技術(shù)制高點(diǎn)，需要越過成本、功耗和性能的臨界點(diǎn)。

大趨勢：從分布式走向集中式

今天，E/E構(gòu)架設(shè)計(jì)面臨四大挑戰(zhàn)：功能安全、實(shí)時(shí)性、帶寬瓶頸、算力黑洞。為此，智能汽車E/E構(gòu)架正從分布式走向集中式；其終極形態(tài)將是超級中央計(jì)算機(jī)，這其中包括四個(gè)關(guān)鍵趨勢：計(jì)算集中化、軟硬件解耦、平臺標(biāo)準(zhǔn)化以及功能定制化。

圖 1 智能汽車電子電氣構(gòu)架發(fā)展趨勢

1.計(jì)算集中化：服務(wù)導(dǎo)向的系統(tǒng)構(gòu)架（SOA）將成為主流，為軟件提供高性能實(shí)時(shí)計(jì)算平臺，在這樣一個(gè)大的理念下，將催生真正的汽車大腦：超級中央計(jì)算機(jī)。并與MEC（多接入邊緣計(jì)算）以及云計(jì)算組成協(xié)同式解決方案，避免車端算力需求無限增長。

伴隨著計(jì)算集中化，產(chǎn)生了一個(gè)新的概念：區(qū)控制(zonecontrol)，與目前流行的域控制器概念有本質(zhì)不同。拿軍事打個(gè)比方，域概念就像是按照職能劃分海陸空三軍（電源域、底盤域、娛樂域、安全域），并且有獨(dú)立的作戰(zhàn)權(quán)，但不能彼此共享資源，而區(qū)概念則是按照戰(zhàn)區(qū)進(jìn)行組織劃分，與中央計(jì)算機(jī)形成了聯(lián)合作戰(zhàn)司令部+戰(zhàn)區(qū)的概念，協(xié)同性和執(zhí)行效率將得到質(zhì)的飛躍。

2.軟硬件解耦：SOA構(gòu)架還將產(chǎn)生硬件抽象層（HAL）的概念，硬件不再被某個(gè)功能獨(dú)享，例如，一顆前視攝像頭過去可能被AEB/ACC系統(tǒng)獨(dú)占，但現(xiàn)在，任何車載功能都能調(diào)用這顆攝像頭，這意味著一個(gè)獨(dú)立的感知層會出現(xiàn)，成為一種公用資源。

今天，功能安全是智能汽車面臨的最大挑戰(zhàn)之一，如果按照分布式的構(gòu)架，為每個(gè)功能增加獨(dú)立的安全冗余硬件，簡直就是一場成本災(zāi)難，但基于新設(shè)計(jì)構(gòu)架，可以將所有的硬件資源與應(yīng)用打通，將有更多的安全路由選擇，為功能安全以經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)開辟一條新的道路。

在供應(yīng)鏈管理方面，因?yàn)槊糠N資源都有很多獨(dú)立供應(yīng)商，OEM將有更多的選擇，而不像選擇域控制器供應(yīng)商那樣打包購買,讓OEM跟領(lǐng)先的Tier1的博弈之間重新贏得主動權(quán)。

3.平臺標(biāo)準(zhǔn)化：在未來，OEM可能只會開發(fā)一個(gè)電動汽車平臺，覆蓋低端車型、中端和高端車型。主機(jī)廠將打造自己的硬件平臺，并滿足三個(gè)原則：通用性、標(biāo)準(zhǔn)化以及互操作性，它使得智能汽車行業(yè)的協(xié)同進(jìn)化變得更加高效。

更重要的原因來自商業(yè)考慮：錢！開發(fā)這樣的智能平臺可能需要編寫超過3億行代碼，比Windows操作系統(tǒng)要高一個(gè)數(shù)量級，開發(fā)并維護(hù)多個(gè)平臺在經(jīng)濟(jì)上不可行。

大眾和福特已經(jīng)在電動汽車領(lǐng)域共享MEB平臺，以降低開發(fā)成本。近日，戴姆勒與寶馬宣布合作，共同開發(fā)自動駕駛技術(shù)，以降低開發(fā)成本，并建立自動駕駛標(biāo)準(zhǔn)。

隨著這一趨勢深入發(fā)展，很可能會出現(xiàn)類似PC行業(yè)的Wintel平臺，進(jìn)而形成一個(gè)面向智能汽車的生態(tài)系統(tǒng)，這一通用平臺將被大多數(shù)OEM采用，正如我們在PC和手機(jī)行業(yè)看到的那樣。

4.功能定制化：智能化是未來品牌差異化的核心要素，主要是通過增加軟件功能來實(shí)現(xiàn)。在未來，OEM交付的汽車將不是一個(gè)功能固化的產(chǎn)品，而是一個(gè)持續(xù)進(jìn)化的機(jī)器人，Tesla最近通過OTA升級發(fā)布的“哨兵模式”和“狗狗模式”非常生動地體現(xiàn)了這一點(diǎn)。

圖 2 未來的智能汽車將有一個(gè)開放的應(yīng)用平臺

幾乎可以肯定的是，智能汽車是IT史上軟硬件開發(fā)量最大的單一產(chǎn)品，將引領(lǐng)IT工業(yè)邁入億級代碼+千T級算力的時(shí)代。

圖 3 智能汽車所需要的軟件代碼量遠(yuǎn)超IT史上任何一個(gè)產(chǎn)品

智能化重塑挑戰(zhàn)

對于OEM來說，這是一次徹底的顛覆，將帶來四個(gè)方面的巨大變化：組織、人才、供應(yīng)鏈和核心技術(shù)。

組織變革最具挑戰(zhàn)性，將所有汽車功能域進(jìn)行集成對組織機(jī)構(gòu)的沖擊空前；從根本上重塑主機(jī)廠的組織構(gòu)架，從面向功能的組織轉(zhuǎn)向平臺型開發(fā)組織。

重新定義智能化時(shí)代的核心技術(shù)：計(jì)算平臺、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。Tesla的核心技術(shù)布局是芯片和軟件，可謂切中要害。

從技術(shù)角度看，最大的挑戰(zhàn)來自AI邊緣計(jì)算。

在過去的數(shù)年里，我們看到自動駕駛的等級每提高一級，AI算力差不多要提升一個(gè)數(shù)量級。如果要實(shí)現(xiàn)全自動駕駛，我們需要1000TOPS量級的算力，這已經(jīng)達(dá)到人腦的算力。

這個(gè)等級的算力需要AI芯片突破成本、功耗和性能的瓶頸，就必須將處理器構(gòu)架的創(chuàng)新，與算法和工具鏈相結(jié)合，軟硬協(xié)同進(jìn)行設(shè)計(jì)。脫離算法和工具鏈，單純談芯片的絕對算力是沒有實(shí)際意義的。

當(dāng)前的業(yè)界存在一個(gè)很大的誤區(qū)，往往會把絕對算力當(dāng)作衡量AI芯片的主要指標(biāo)，但我們真正需要的是有效算力，需要從四個(gè)維度來衡量：算力的有效利用率，每瓦的有效算力，每美元的有效算力，以及算力轉(zhuǎn)化為AI結(jié)果的效能（目標(biāo)數(shù)量，幀率等）。

這樣的整體解決方案決定了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為決策/服務(wù)的效率和質(zhì)量，是時(shí)代真正呼喚的硬科技。谷歌是這個(gè)理念的實(shí)踐者，TPU的成功已經(jīng)證明了這一點(diǎn)，在國內(nèi)，初創(chuàng)公司地平線基于這樣的理念，推出了極高效能的征程AI芯片，2017年發(fā)布的第一代征程芯片已經(jīng)獲得了行業(yè)的廣泛認(rèn)可，并即將推出第二代征程芯片。

可以說，未來的智能汽車就是一部移動的超級計(jì)算機(jī)兼數(shù)據(jù)中心，而邊緣的人工智能處理器是智能汽車競爭的主戰(zhàn)場，更是技術(shù)制高點(diǎn)。

應(yīng)對措施與行業(yè)實(shí)踐

預(yù)測未來的最好方法就是去創(chuàng)造它，特斯拉、安波福、GM以及寶馬等是這場變革的先行者。

根據(jù)安波福的規(guī)劃，這種轉(zhuǎn)變是分階段進(jìn)行的。2022年將會推出一個(gè)混合構(gòu)架，把PDC（電源數(shù)據(jù)中心）整合到傳統(tǒng)的車載E/E構(gòu)架中。到2025年，將實(shí)現(xiàn)開放式中央計(jì)算機(jī)的構(gòu)架。

圖 4 安波福的中央計(jì)算構(gòu)架定義

最激進(jìn)的車廠非特斯拉莫屬，在Model 3的E/E構(gòu)架中，域控制器的概念被區(qū)控制替代，整個(gè)構(gòu)架僅由三大模塊構(gòu)成。

博世的漸進(jìn)式路線從域的集中化開始演進(jìn)，終極目標(biāo)一樣是車載中央計(jì)算機(jī)。

圖 56博世的漸進(jìn)式路線

寶馬在E/E構(gòu)架方面的變化清晰地折射出計(jì)算集中化的趨勢。

圖 6 寶馬規(guī)劃的下一代E/E構(gòu)架

結(jié)語

從技術(shù)上總結(jié)，中央計(jì)算機(jī)-層-區(qū)的概念將建立起智能汽車的新構(gòu)架。區(qū)是局部控制、感知與執(zhí)行單元，層是按照職能劃分的資源池，中央計(jì)算機(jī)是真正的決策大腦，面向應(yīng)用/服務(wù)，調(diào)用各層資源，執(zhí)行高級決策，由區(qū)控制單元執(zhí)行決策或完成態(tài)勢感知任務(wù)。

對于車載E/E構(gòu)架來說，中央計(jì)算機(jī)概念是全新的，但對于PC和手機(jī)行業(yè)，都已經(jīng)是非常成熟的概念。當(dāng)智能化浪潮從IT行業(yè)延伸到汽車的時(shí)候，我們看到了相同的故事正在上演，汽車行業(yè)的基因正在發(fā)生改變。

從這個(gè)意義上講，無論是蘋果、英特爾、高通、三星還是華為，他們大舉進(jìn)軍汽車行業(yè)的邏輯，絕非簡單地復(fù)制，而是將自身的IT基因與汽車固有的基因進(jìn)行新的編輯，進(jìn)化出新物種，并引領(lǐng)計(jì)算行業(yè)從手機(jī)的TOPS時(shí)代走向POPS（1000TOPS）時(shí)代，在這一過程中，他們有先天的基因優(yōu)勢。

目標(biāo)往往是清晰的，但通往目標(biāo)的路徑卻大相徑庭，無論是IT新貴，還是汽車行業(yè)老兵，大家都是基于自己的優(yōu)勢積累，從不同的坡，爬同一座山。在這個(gè)過程中，對于產(chǎn)品路線圖、性能、安全性和成本的拿捏，各家都不盡相同，很難講哪條路更好，所以無論是大陸和博世的漸進(jìn)式域融合（domain fusion）路徑，還是特斯拉和安波福更激進(jìn)的實(shí)踐，都是面向未來的探索，都值得尊重。

從PC到手機(jī)，再到機(jī)器人，每一代智能設(shè)備相比前代，都是十倍體量的增長。智能汽車作為移動自主機(jī)器的第一形態(tài)，是機(jī)器人時(shí)代當(dāng)之無愧的殺手級應(yīng)用，更是技術(shù)旗艦，將催生無數(shù)種的移動機(jī)器人。正如蒸汽機(jī)開啟了工業(yè)革命時(shí)代，手機(jī)行業(yè)引領(lǐng)了整個(gè)移動設(shè)備時(shí)代一樣，智能汽車最終將撬動比自身市場大得多的商業(yè)價(jià)值。