汽车工业正在改变

在最初的自动驾驶活动爆发之后，汽车生态系统重新组合，重新评估其目标，现在准备开始部署现代开发方法和前瞻性汽车架构所实现的新技术。

疫情影响了2020年的汽车销售，但也给了原始设备制造商喘息的机会。对于其他汽车制造商在2018年和2019年宣布全自动驾驶汽车的恐慌已经消退，现实已经到来。

“人们已经有时间停下来思考，并意识到他们最好开始做点什么，而它的中心是试图交叉2025 - 2026年的车型年，”大卫弗里茨，自动驾驶和ADAS高级总监观察到西门子数字工业软件．“世界领先的汽车原始设备制造商现在正在准备采用下一代架构，如果他们还没有的话。这意味着要了解它们的外观、内部结构、智能手机和平板电脑在过去所做的事情之间的相似之处，以及它们与未来发展方向的交集。”

汽车行业的新一波采用是从机械解决方案到电气解决方案的演变，其中包括硬件和软件的紧密结合。大多数行业都在努力解决这个问题，很大程度上是因为软件和硬件工程团队是半独立运作的，使用不同的工具和语言。这不仅会影响车辆的性能，还会影响能源效率，而在车辆中，数据的移动和处理可能需要实时进行，因此做到这一点至关重要。

Fritz表示:“原始设备制造商的顿悟是，在前期投入精力对整个系统进行建模更有意义，这样他们就知道，当他们把所有部件组合在一起时，他们将真正解决这个巨大而复杂的问题。”“这反过来又为拥有模型、更早地启动软件、更早地发现漏洞并删除它们打开了大门。它将汽车行业带入了半导体行业智能手机、数字电视和喷墨打印机所处的解决方案领域，即首先理解应用程序，然后构建它——不是构建它，而是相信它会融合在一起。”

今年，汽车原始设备制造商将实施建模，以确保他们将硬性要求传递给选定的供应商。这可能是一个新的内部团队。oem一直在积极组建这些团队，这在整个生态系统中引起了涟漪。其中一些活动绕过了Tier 1供应商，直接进入Tier 2或Tier 3供应商，因为OEM现在可以准确地沟通要制造什么。

这在汽车制造商采用面向服务的体系结构(soa)时是显而易见的。这是OTA软件和固件更新所必需的，但它们也避开了传统的汽车供应链层次结构。

该公司汽车IP部门经理Ron DiGiuseppe表示:“这意味着oem现在有能力实施云管理软件，以及使用OTA软件更新的软件可编程性，以重新编程并为车辆添加新的服务Synopsys对此．

许多汽车制造商已经更新了用于信息娱乐或传感器校准的软件或固件，但OTA在汽车操作中正变得越来越不可或缺。例如，特斯拉最近更新了其软件，以提供完全的自动驾驶功能。DiGiuseppe指出，SOA的设计必须从一开始就支持这一点。

他说:“通常情况下，这意味着远程信息处理模块必须支持OTA。“它必须支持软件堆栈，例如自适应AUTOSAR软件堆栈。如果RTOS供应商支持OTA，那么它就必须指向实际控制器。此外，中央网关通常必须支持OTA。整个面向服务的架构都必须纳入设计，我们在这方面看到了很多活动。”

芯片本身也变得越来越复杂。因此，而不是单独的域控制器，如ADAS驾驶舱，很多以前是分开的功能现在被整合在一起了。

DiGiuseppe表示:“行业不断从分布式架构整合到多soc复杂功能，比如ADAS控制器，这些控制器必须在一个集中模块上执行多个ADAS功能。”“所以它将需要多核处理器。它还必须支持ADAS视觉应用，如自动紧急制动或车道保持。自动制动将利用激光雷达和雷达传感器，这里有多种类型的传感器，多种类型的算法，比如人工智能，基于视觉的算法。因此，在这些ADAS域控制器中，我们看到了向16nm或14nm finFET工艺发展的趋势，因为所有的集成应用都是如此。它还在向7nm和8nm finFET工艺推进，主要是因为多个具有高处理器核心数量的应用，比如8到12个Arm 64位高端核心，以及AI加速器，可能是视觉加速器，也可能是雷达或激光雷达的DSP加速器。展望未来，当我们从分布式控制器转向集中式计算平台时，这种集成将继续下去。甚至更多的应用程序将进入一个公共模块，所以它仍然是多芯片的。你不可能把所有这些应用程序都放在一个SoC上。因此，中心化只会随着更多应用的出现而加速。”

最近发表的一份报告手臂强调了向异构计算的迁移。车载信息娱乐和ADAS等系统正变得越来越复杂和互联。Arm表示，需求的多样性既需要电子设计的整体方法，也需要更多异构的计算架构。

电动汽车获得动力
随着新的芯片架构的出现，电动汽车也越来越受欢迎。新思科技(Synopsys)嵌入式软件解决方案产品营销高级总监Marc Serughetti表示，2021年，电动汽车的发展将加速，将有更多的电动汽车上市，而oem则继续朝着更高的效率发展。

Tom Wong，设计IP营销总监节奏该公司指出，2021年电动汽车销量将达到汽车总销量的5%左右。“在美国，已经有超过100万部，而中国有接近300万部，”他说。“与此同时，电池成本正在下降到每千瓦时100美元的神奇数字。取决于你和谁谈话，我们已经达到或接近这个目标。这要归功于行业在过去5年里学到的很多东西，以及德国汽车制造商、通用汽车、特斯拉和电动汽车电池制造商的巨额投资。我们看到了一个交叉点，与内燃机相比，这一进步使电动汽车在成本上更具竞争力。”

一些人认为，廉价电动汽车的关键转折点是通用汽车Ultium电池预计这将降低电动汽车的成本，也可能使通用汽车成为生产价格具有竞争力的电动汽车电池的可行力量。

在全球范围内，电气化仍在继续。德国大众汽车公司的部门设计方法论负责人罗兰·扬克表示，预计2021年德国的电动汽车数量将继续增长，可能会缓慢但稳定弗劳恩霍夫IIS的自适应系统工程部。“我们可能会在更多的车辆上看到更广泛的辅助系统，希望我们能在商用汽车上看到车对车或车对基础设施通信的成功例子，而不是在现场测试车辆上。”

在美国，电动汽车的增长预计将改变美国的城乡规划，根据Willard Tu，汽车高级总监赛灵思公司．“在日本、中国和德国等许多国家，火车站是购物和餐馆的中心。电动汽车将需要在交通枢纽建立类似火车站的充电站，在消费者等待电动汽车充电时为他们提供娱乐服务。与此同时，电池回收将成为一项业务，因为需要处理电池的处理和回收，以防止未来对环境的影响。”

许多公司非常重视环境影响。例如，英飞凌对汽车市场有其所谓的核心信念，其中之一就是“零CO”₂英飞凌动力系统微控制器副总裁Joerg Schepers解释说，这意味着电气化。“这与越来越多的国家和政府在2035年至2040年期间禁止内燃机的做法是一致的，并得到了证实。虽然加州是一个突出的例子，但这在欧盟也很常见。毫无疑问，传统内燃机的时代即将终结，混合动力汽车将进入过渡阶段。”

首先是ADAS，其次是自治
Serughetti表示，毫不奇怪，ADAS的开发也将成为2021年的重点。“自动驾驶汽车的开发将继续下去，但原始设备制造商希望提供客户想要并愿意为之付费的功能。”

ADAS被大多数汽车制造商视为实现完全自动驾驶的垫脚石，它将在有限的使用情况下推出，比如在高速公路和地理围栏区域，远远早于车辆能够在城市街道上行驶。自动驾驶卡车很可能是这一推广的首批受益者之一，特别是在有限通道的高速公路上。

Xilinx的Tu表示:“卡车运输行业已经开始走向自动驾驶，2021年我们将看到这一领域的更多活动。我们将看到长途卡车从一个车辆段到另一个车辆段，在特殊走廊上行驶，通过特殊的5G连接陆基传感器阵列进行增强，以及在无人机模式下进行紧急远程驾驶员干预。”

他说，与此同时，人工智能将超越ADAS，包括自我诊断和自我修复的车辆。这将大大减少故障的数量。但它也可以在学生驾驶模式下使用，在这种模式下，新司机被摄像头、雷达和激光雷达包围，以避免事故发生。屠呦呦表示，全自动驾驶汽车还很遥远，但汽车制造商已经在计划这类车辆代客服务了。

他说:“这些系统将确保司机和乘客的安全、知情、娱乐和高效。”“语音和手势UI将直观地理解命令。增强现实技术将有助于导航，提供兴趣点或安全问题警报，使用VR投影来揭示支柱盲点后面的情况。这些人工智能男仆将需要独特的人工智能(语音、手势)混合，由于所有这些人工智能技术都还处于起步阶段，硬件系统需要随着OTA更新的改进而进行调整，以最大限度地延长系统的寿命。”

如今已经有相当多的ADAS技术在路上了。Wong说:“当你考虑到自动驾驶时，我们正在使用不同级别的ADAS，比如ADAS 2级。“我们已经讨论这个问题很多年了，但不为人知的事实是，现在你可以买到的汽车中，可能有100辆已经安装了这个系统。他们不叫它ADAS，而是自适应巡航控制、自动紧急制动和车道偏离警告。下一个层面是如何让这些功能变得更好，这涉及到传感器融合，但进展正在发生。照相机越来越好了。3D摄像机正在部署。你可以看到，3D相机是激光雷达的半步，成本可能是激光雷达的1/100，所以很明显，这是在朝着正确的方向前进。随着激光雷达的成本在过去三年中大幅下降，采用激光雷达的障碍不再是成本，这使得初创公司有可能在这个领域做一些有趣的事情。”

图1:将使用不同的技术。来源:节奏

虽然对普通消费者来说，5级自动驾驶可能还很遥远，但完全自动驾驶的无人驾驶机器人出租车已经开始在美国、法国和中国的城市部署。“在这里，机器学习/人工智能可能能够为学习提供统计数据，以指导自动驾驶汽车的寻路，但这些数据非常特定于每个地理位置。在菲尼克斯市中心收集的数据可能在上海或旧金山不是很有用，因为消费者行为是不同的。”

网关处理整个汽车连接
一旦所有这些自动驾驶汽车上路，它们将需要相互连接。Wong观察到，大多数汽车制造商已经或将采用无线软件更新，预计更多的汽车将部署在电动汽车上，而不是内燃机汽车上。“当你给汽车更新软件时，你在更新什么?很多机电系统真的没有连接软件更新。即使你可以对汽车进行一些更新，但它不会影响机械系统，所以你会在电动汽车的侧面看到更多ota的更新。”

其次，在汽车与外部世界的连接方面，讨论最多的技术概念是车对基础设施(V2X)。“汽车和基础设施之间的通信标准究竟是什么?DSRC(直接短程通信)已经部署。下一步是4G，最终是5G。有趣的是，4G已经在通用汽车的高端汽车上使用了三到四年，但使用相当有限。他们不是用它来更新软件。当你被锁在车外时，他们可以用它给别人打电话，他们还可以帮你打开车门——就这些简单的事情。”

在汽车内部，除了被汽车原始设备制造商(oem)接纳为更集中的计算基础设施的自动驾驶要求的分区架构外，还将有一些分布式多用途分区控制器，可以管理所有传感器。

为了实现这一点，需要一种高速的车载通信协议。Cadence汽车解决方案主管Robert Schweiger表示，预计将采用MIPI A-PHY或以太网，后者正朝着10gbps的方向发展。“越来越多的原始设备制造商将采用这些高速通信标准，因为它们可以实现很多其他功能。因此，您需要高集成度的ecu。中央计算单元是非常庞大的计算机，中间是非常复杂的soc，功能非常强大。它们将与区域控制器并排。如果这些是多用途、较小的计算单元，它们将演变成我们今天在汽车上拥有的多个综合ecu的化身。”

电源管理
考虑到这些特殊的条件soc控制器将在车内运行，智能电源管理是一项要求，也是今年汽车SoC开发人员的首要任务。

施威格说:“如果你把车停在路边，想听点音乐或给朋友打电话，也许只有信息娱乐系统需要供电。”“系统的其余部分你不需要。智能电源管理在这里发挥了作用。另一方面，如果你在高速公路上行驶，你可能不需要停车辅助。所以智能电源管理也包括这样简单的事情。我们将看到更多这样的例子，特别是在自动化水平更高的时候。这将成为一个安全问题，因为你需要确保你的车总是有足够的可用能源。否则，强制性制度将不再起作用。不难想象，整体电源管理可以关闭某些系统，以确保你仍然可以从A点到达B点，这现在使电源管理成为一个安全问题。”

更多的应用意味着更多的算法，这就需要更高性能的芯片。这反过来又提高了电力需求。

Synopsys的DiGiuseppe指出:“这不仅仅是汽车的绝对功率，因为芯片所在的位置以及缺乏冷却或气流。”“汽车电源更多的是如何消除这些芯片和模块的热量，而不是更持久的电池。”

功能安全、保障
在开发方面，功能安全和安全性将继续在系统测试中发挥越来越大的作用，影响成本并需要新的技术。

根据Arm最近对其生态系统合作伙伴的调查，功能安全被认为是实现自动计算成功的最重要因素，也是实现4级车辆大规模部署的最大挑战。Arm表示，随着对汽车电子产品需求的上升，重新评估功能安全技术需要如何改变，对整个行业来说非常重要。

公司产品管理总监Guillaume Boillet指出，功能安全是不可避免的，因为它是汽车系统的关键要素，即使它确实在现有半导体规格的基础上增加了许多新要求Arteris IP．“即使在片上网络级别，也有满足ASIL要求到ASIL d的增强。”

Cadence的施威格表示，随着汽车互联性的扩大，人们对安全的担忧也在增加。“车辆的表面在不断增加，特别是在没有司机的情况下。它就像一个远程控制的物体，你可以在那里做非常糟糕的事情，所以安全和保障是很重要的。这转化为设计工具;无论是经过安全认证的PCB IC设计流程，还是某些验证机制，你如何验证芯片或系统是安全的?安全也是一样的。你怎么能证明从这个区域到敏感区域没有物理或逻辑上的联系呢?”

不过，通过投资安全软件，可以避免下一次针对自动驾驶汽车的网络攻击。山猫软件公司销售和营销副总裁伊恩·弗格森表示:“2021年，针对汽车行业的网络攻击将加快速度，我们将首次成功攻击自动驾驶汽车。”“移动出行的未来是数字化的，因此也是脆弱的。虽然2020年发生了多起针对汽车制造商的攻击，本田(Honda)和特斯拉(Tesla)等公司的个人数据都遭到了攻击，但攻击正变得越来越复杂和恶毒，研究表明，如果遭到网络攻击，人们可能需要长达25秒的时间才能重新控制汽车。如果它们以任何实际速度飞行，都可能是致命的。到2023年，对数据中心的攻击，以及不可挽回的人命损失，最终可能使汽车行业损失230亿美元以上。虽然业界已经看到许多研究人员以‘白帽’的方式行事，但2021年将是制造商采取行动并投资于软件平台的一年，该平台可以通过设计来适应不断发展的安全硬件。”

Arteris IP营销副总裁Kurt Shuler指出，就在不久前，安全性还被视为一件好事。“我有一些朋友是从事安全IP业务的，我和他们开玩笑说，他们实际上是在从事保险业务，因为没有任何要求。智能手机可能不安全，但在你出售IP或软件五年后，你不太可能因为拥有不安全的手机而被起诉，所以谁在乎呢?汽车不同。汽车有生命安全问题，因此现在有了标准，这是在前期设计的东西。不仅是市场力量，还有标准，让每个人都更安全。”

结论
随着生态系统的调整和技术集成的挑战，汽车OEM的角色将在2021年继续演变。随着系统的自动化程度越来越高，从开发和验证整个系统和ECU设计，到车辆出现故障时的法律后果，原始设备制造商将承担全部责任。

Shuler说:“当这种情况发生时，由于原始设备制造商正在与所有的分包商打交道，而且事情也在走下坡路，即使是正在签署的开发接口协议，有时也会出现关于IP内部安全特性的问题。”“这些都是几年前你看不到的。但这是一件好事。人们正在提前考虑这些复杂的汽车系统，每个人都感受到了困难。”

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