2022 年及以後的汽車電子和電力架構

作者 Rick Wang | 2022 年 1 月 24 日 | 全部, 汽車

在這篇文章中，我們將揭開特斯拉的秘密。好吧，其實不是。但上面的表情包最近確實在社交媒體上引起了人們的關注，並引發了人們對現代汽車內部是什麼樣子的好奇心。

除了過去20年沒有發生根本性變化的機械部件外，還有汽車電子。當今的高端汽車配備了一百多個電子控制單元 (ECU)。 ECU 是負責車輛的一個或多個系統或子系統的嵌入式系統。 ECU有多種類型，包括發動機控制模塊、動力總成控制模塊、變速箱控制模塊、制動控制模塊等。

電子系統比過去的機械系統提供了更多的可操作性、效率和性能，因此每輛車的 ECU 數量猛增。這一百多個 ECU 通過複雜的車內網絡連接在一起。在高檔車輛中，這種電子和電力架構（E/E 架構）的重量可能超過 100 公斤，超過 200 磅（圖 2）。

隨著電子系統的增加，我們在維修店的賬單也隨之增加。但汽車製造商面臨的問題也隨之增加：重量增加、空間限制、互操作性、複雜的供應鏈管理和成本。

ECU整合

汽車行業已經開始接受 ECU 整合，其中 E/E 架構正在轉變為集中式、統一的系統。汽車上用於各種任務的各種小型 ECU 被整合到一個域控制器中，將多種相關功能集成到一個硬件平台中。域控制器可以在一個（高端）處理器上運行多個任務，而不是使用多個小型處理器，並且消除了大量冗餘組件，例如佈線和單獨的電源。

每輛車可以包含多個域控制器，負責不同的應用程序組。當前的一個例子是大眾 ID 系列中使用的車載應用服務器 (ICAS)。高級駕駛員輔助系統 (ADAS) 需要在眨眼間捕獲、處理和分析數據。 ADAS 域控制器運行所有 ADAS 功能，例如接收來自車輛周圍傳感器的輸入、傳感器融合處理、做出決策和生成指令。無論如何，緊密集成對於 ADAS 至關重要，因此將所有這些應用程序部署在一個域控制器上是明智的。信息娛樂系統功能越來越多地整合到域控制器中。在現代車輛中，遠程信息處理和連接也可以由域控制器管理。

這種域集中式架構顯著減少了ECU的數量，並解決了上面提到的一些問題。這種整合趨勢預計將持續到 2030 年的下一個十年（圖 3）。

域控制器需要高密度存儲

在這種更大整合的過程中，現代車輛架構消耗了更多的計算、內存和存儲資源。 ICAS 以及任何類似服務器的域控制器都需要更多存儲空間來存儲任務和應用程序。與此同時，更多的功能正在推出，更高質量的功能——導航、多媒體、語音和手勢識別、生物識別、後座娛樂、平視顯示器、儀錶盤、無線連接等等。

這種變化在信息娛樂系統的演變和設計中很明顯。在傳統的信息娛樂系統中，儀表組和音響主機都有自己的微控制器單元和存儲。然而，自從新政出現以來，這種情況發生了變化駕駛艙域控制器，於 2018 年針對較新的域集中架構引入。從那時起，現代車輛已經並將繼續擁有更加先進的域控制器（圖 4）。

駕駛艙域控制器硬件旨在為駕駛員提供跨越多種不同應用的無縫且身臨其境的用戶體驗，例如音樂、狀態顯示、導航、語音命令、電話以及信息娛樂領域中的所有其他人機界面。所有這些系統背後都運行著強大的 SoC 和高密度存儲。

新架構、新存儲標準

隨著對計算能力的要求飆升，一些智能手機市場SoC供應商也加入了汽車陣營。這很有意義：高端電話的性能和處理能力與域控制器的需求非常相似。

但讓我們稍微顛倒一下。在移動計算領域，SoC 和存儲之間的接口正在從 eMMC 發展為功能更強大的 UFS，UFS 於 2013 年首次推向市場高通和東芝。 UFS 提供的性能是 eMMC 的三倍，因此數據傳輸、多任務處理和加載應用程序變得輕而易舉，並很快成為新標準。

與此同時，SoC 製造商正在基於他們已經用於移動設備的平台開發汽車解決方案。這些 SoC 廠商增加了市場份額，尤其是在車載信息娛樂系統方面，並幫助促進了 UFS 在汽車行業的增長和採用。更高性能的接口需要與高密度存儲配合，才能最好地支持各種應用和功能。如今，汽車電子已經實際需要UFS，因此高質量的 NAND閃存控制器和存儲解決方案.