自动驾驶带来数据浪潮 制造商们终要为汽车网络“提速”买单

汽车仍有很多方面需要得到提升——不只是指速度，更是指其内部配件。

速度一直是汽车行业所着眼的一个重要部分。但是在处理信息方面，汽车的发展速度是出了名的慢。随着自动驾驶汽车时代的来临，这个问题变得愈发紧迫。各个行业利益集团都争先恐后地想第一个找到该问题的解决方案。

汽车一直依赖于一种相对简单的网络标准，称为CAN或者Controller Area Network（控制器区域网络）总线。CAN总线协调所有的微处理器以及电子控制单位（E.C.U.s）， 并传输一些像是传输状态和液位等的细节信息。随着越来越多的像是车窗和座椅调节装置这样的电子控件被加入到车身中，CAN总线在这几年不断进行改进，增加了本地互连网络(LINs)来处理不断膨胀的通信负载。

然而这款33年以前由Bosch首创的CAN总线，似乎也是时候退出这个大舞台了。

目前全新的先进的驾驶辅助系统例如自动紧急刹车、电子稳定控制和保持在车道内行驶辅助都需要即时通讯。因此，汽车制造商们一直在补足他们的网络工具，例如，它们将100兆比特每秒（Mbps）的以太网电缆添加到了车内的大鼠布线中。

“但是每添加一个新的功能，都得加上一个新的电子控制单元以及一层新的线路，” 英特尔自动驾驶解决方案的首席系统架构师Jack Weast说道。那种方法效率很低、成本昂贵而且笨重——最重要的是反应很慢。“所以从连接性的角度来看，我们有需要将汽车从里到外重新设计一遍，”Weast说。

即将到来的自动驾驶系统浪潮，使得汽车的高速网络开发极具紧迫性。

激光雷达公司Luminar的首席执行官Austin Russell所进行的一项穿越拥挤的曼哈顿街道的试驾，向我们演示了自动驾驶汽车运行所获得的数据是有多么地多。在上西区（Upper West Side），一辆配备了Luminiar激光雷达系统（利用红外线探测周围的物体）的汽车可以做到每秒十次对数千个数据点进行高分辨率扫描，描绘出一副完整的包括骑自行车的人、行人、街头小贩以及狗的长达800英尺的3-D扫描图。

“你必须拥有不可思议的超级传感器去弥补电脑无法与人脑匹敌的事实——并且在未来很长一段时间电脑都会不如人脑，”随着汽车的传感器扫过Central Park West的拥挤街区的时候，Russell随之说道。

这也就意味着汽车需要更多的传感器——或者说更多的数据。自动驾驶汽车的实验设计包括了16个摄像机、12个雷达传感器、6个超声波传感器和4到5个激光雷达传感器。而且为了让自动驾驶汽车不受暴风雪和倾盆大雨等紧急情况的影响，可能会需要安装更多的传感器和扫描仪。

“我们已看见过数据宽带的爆炸式增长了，” Aptiv的副总裁Lee Bauer说道。Bauer引用了自动驾驶汽车工程师们常说的一句话：自动驾驶汽车每小时将产生4tb的数据。其中包括了关于道路状况、天气、周围物体、交通和街道标志的实时信息数据——所有这些信息都必须在车内各部件之间共享，并用于在瞬间做出驾驶决定。

自动驾驶汽车制造商们都意识到了即将到来的数据海啸。

芯片供应商Xilinx的高级主管Willard Tu说：“他们认为自动驾驶汽车需要每秒300万亿次的运算能力。” 每秒运算万亿次，这意味着每一辆车都是一台滚动的超级计算机。“因此，连接所有这些部件的管道的类型和直径，”Tu说道，“都必须非常灵活。” 据估计，管道的大小应该在每秒25到40千兆字节之间。。

实际呢？“至今没有人能解决如何将所有数据流转到中央处理器的问题。”Tu说道。

虽然工程师们和制造商们都同意如今的汽车需要被完全改造，但是大多数人来说，问题在于用什么去改造呢？

通过使用短距离无线系统完全消除电缆将是最简单的方式。然而，无线系统容易受到射频干扰，从而影响到其有效性并且会使用户陷入危险。另外无线系统更容易受到安全威胁，英特尔的Weast说道。

光纤可以提供最高的传输速度并且线缆很轻。但是光纤很贵而且比较脆弱；半导体公司Aquantia的发言人Amir Bar-Niv说，连接器的湿度，振动和灰尘都会导致信号丢失。一些奢侈品牌汽车尝试过光纤，结果好坏参半。 “所以汽车制造商已经表示他们不会在车上装光纤了，”他说。

到目前为止，最受欢迎的汽车内部网络线路布线依旧要数铜线。尽管铜线在长距离传输高速数据方面依旧是一项挑战，但大多数汽车里的所需长度都相对较短，而且汽车制造商们对于铜线的使用已经有了数十年的经验了。

也许比物理布线更重要的是汽车应该使用的网络协议类型，以更好的加速信息流。最常见的局域网协议是以太网，这种格式几十年来一直是商业和家庭网络标准。但目前大多数以以太网为基础的网络最高速度通常为每秒1千兆比特(Gbps)，不足以处理自动驾驶汽车产生的海量数据。

为了加快传输速度并鼓励使用以太网，一些公司最近成立了自动驾驶汽车网络联盟（Networking for Autonomous Vehicles Alliance，NVA）。NAV联盟包括博世(Bosch)和大陆航空(Continental)等领先的零部件和系统供应商，以及芯片制造商英伟达(Nvidia)和Aquantia，以及全球最大的汽车制造商大众(Volkswagen)。他们的目标是让业界围绕一个速度更快的多功能汽车以太网网络标准联合起来。最初的提议速度为2.5Gbps，但最终确定为10 Gbps

不过，还有着其它的竞争者在重构自动驾驶汽车产业，例如HDBaseT。HDBaseT最初是为处理高分辨率视频和音频而开发的，它还可以通过非屏蔽铜缆传输功率以及基于以太网的的通信（最高6Gps）。HDBaseT由Valens开发，它获得了包括LG电子，索尼和三星电子在内的主要消费电子公司的支持。HDBaseT的支持者还认为，升级后的版本速度将很快达到20 Gbps和40 Gbps。

无论谁赢得了将高速网络引入汽车的这场竞赛，都能赢得一笔巨大的财富。同时这还将为支持新标准的数百万新连接芯片、网关和控制器创造一个全新的市场。这正是Aquantia、Valens和Xilinx等公司所希望的。

灵活性可能会是最终的决定性因素。Autonomou Stuff的首席执行官Bobby Hambrick表示，旧的CAN和LIN网络不会马上就被舍弃。

Hambrick说道：“CAN总线将用于一些非常基本的东西，LIN则用于控制喇叭或者窗户，因为用于这两样网络的芯片非常便宜。”Hambrick的公司成立了自动驾驶汽车研发平台，其中包括从中国的公司百度引进的阿波罗平台。他说，任何新的高速以太网或HDBaseT网络都必须向后兼容这些旧系统。

此外，自动驾驶汽车和卡车所需的组件和传感器，以及搜集到的信息该如何去管理和释义等的问题，还远远未解决。大多数的公司都没有承诺为未来的自动驾驶汽车提供特定类型的摄像头或激光雷达传感器，，所以任何新的网络都必须兼容各种组件。

Bar-Niv先生说：“我拜访了两家汽车制造商，对于他们想要什么样的系统，我有三种不同的看法。但是我可以说他们都想要一个高速的网络系统。”