芯片供应商如何赢下“软件定义汽车时代”？

来源:半导体行业观察发布时间:2023-03-30441浏览

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如今汽车行业正在被重新定义，电气化、数字化、云端的连接推动着汽车制造商，从硬件主导型逐步转向软件优先的开发模式，软件定义汽车是大势所趋。现在考验各大车厂的两大核心要素是：软件优先和半导体技术。

与此同时，汽车行业的价值链关系也开始发生转变：从以前的Tier1（一级供应商）、Tier2和Tier3服务OEM的线性的价值链，发展为一个由汽车OEM、Tier1和技术公司组成三角价值链。其中，主机厂进行架构定义和系统集成方面的工作，半导体公司提供基础性的技术和芯片平台，Tier-1提供的软硬件的集成和软件的执行。在这个新的价值链中，各方的沟通更为密切，芯片供应商越来越深入汽车产业链。

半导体行业玩家过去主要是以生产器件为主，现在越来越多的芯片厂商开始转向成为解决方案供应商转型。恩智浦作为汽车领域的重磅玩家，也是其中转变的很重要一员，汽车业务是恩智浦的支柱业务，2022年恩智浦有52%的营收是来自汽车领域。“恩智浦所打造的不单单只是一颗芯片，而是为整个产业链提供更好的服务。”恩智浦半导体大中华区主席李廷伟博士在近日的一次媒体沟通会上表示。

剖析汽车电子电气架构演变之路

汽车行业软硬件复杂性的日益增加，促使新的电子电气（E/E）架构应运而生。几年前基于对汽车行业趋势的预判，恩智浦实现了从MCU到MPU的重大转型，这使其在汽车向软件定义汽车的架构演变过程中，稳稳的站在了舞台中央。

恩智浦半导体执行副总裁兼汽车处理器业务总经理Henri Ardevol在近日的一次媒体沟通会上分享到，在整车厂从硬件向软件的转型过程中，每家可能采用的是不同的路线图和路径。

新的汽车EE架构大抵是以下几个主流的方向：

第一个是域控的架构。其主要围绕动力总成和底盘域、车身域等，将其功能集成到强大的多应用MPU中。目前绝大多数中国OEM已转向该架构，其中很大一部分已采用恩智浦的16nm FinFET 处理器系列，例如S32G网关处理器，该系列处理器能够并行处理多个应用程序，在一个MPU中，可以支持多个虚拟 MCU，而且在MPU硬件中实现隔离功能，能保证不同应用程序之间的零干扰。

再一个趋势是往区域控制器方式演进，该架构的主要目标是降低网络成本，简化线束以减轻布线重量，使其更具成本效益。在现代车辆中，最多可以并行运行15个不同的网络。这一架构需要通过高速以太网组成骨干网，将每个车身区域控制器连接到中央处理器再到域控制器，以此来大大简化网络拓扑并降低成本。恩智浦已经看到一些考虑此模式的客户希望向这些区域添加更多处理器。

接下来是向X-域区域发展，在这种新模型中，应用程序可以通过订阅去获取汽车中可用的每个传感器的数据和服务，这就需要更高级的处理器，它可以将区域的高I/O能力与域控制器的高计算能力结合在一起，同时具有非常快的唤醒和非常低的功耗。一些客户通过安装实时处理器来彻底简化该软件架构。

最终通过软件定义汽车架构，所有决策制定都集中在该实时车辆计算单元中，所有执行都落到区域控制器来实现，这时就需要有一个更强大的实时处理器。接下来，恩智浦将迈向先进工艺，聚焦5nm处理器技术，以此来更好的开发未来汽车所需的产品。

“酒香也怕巷子深”，与主机厂一对一的对话

在目前主流的这几大汽车电子电气架构中，恩智浦的S32系列产品组合均可以匹配。从通用型的微控制器到最先进的5纳米实时车载处理器的一致架构，保证为上述任何一种模式开发的应用都可以轻松移植到不同的处理器上，以此来提供强大的可扩展性和灵活性，支持客户对车辆架构的定义和演变。需要指出的是，所有这些产品组合的背后是基于IP通用性的平台化概念，通过相同的开发工具和环境、相同的功能安全和信息安全框架，使得S32系列中所有产品都具有高度的一致性。

不同的主机厂在自己的生态系统、专长、战略目标走向上都有所不同，恩智浦表示：“我们现在能做的是要保持高度的灵活性和可扩展性。以往是‘酒香不怕巷子深’，我们开发产品后自然会有别人来采用，但现在我们则要与主机厂客户一对一地对话，特别是在软件层面，去了解其发展路线图的战略，并相应调整我们的平台。针对领先的主机厂客户尤其是这样”。

在产品层面上，恩智浦也坚持“软件优先”的理念，实现硅片的转型，既在硅片的基础之上集成更多的软件。恩智浦为汽车行业，推出了一个虚拟化的开发环境，可以确保在物理的真实的芯片、样片出来之前就能开启先期的开发工作。据 Henri Ardevol的介绍，恩智浦的软件工程师的数目甚至已经超过了硬件工程师的数目，我们在系统层面上也在持续投资，力求深层次了解车辆架构是如何发展和演变。

“在电子电气架构的演变中，目前中国的创新周期更快一些，但步伐相对小，而欧美和韩国的步子比较大，但整体的创新速度会略慢一些。这就好像，中国相对是一个小轮但转动速度非常快，欧美是一个大的轮子但转动得略慢一些。结果将会如何？时间会告诉我们。”恩智浦半导体执行副总裁兼汽车处理器业务总经理Henri Ardevol指出。

“一个很好的例子就是中国客户实际上是最后采用我们的S32G处理器的，但却是第一个实现量产导入市场的。现在我们的S32E也有相同的情况，这个处理器用于动力总成和底盘控制，在中国尚未开始采用，但我非常有信心会看到它很快被应用并迅速推向市场。”Henri Ardevol接着谈到。

不仅是处理器，恩智浦还尝试考虑围绕处理器所需的一切周边器件。因为要实现那些围绕处理器的应用，需要大量的周边器件，最终实现完整的系统解决方案，从而优化整个系统的性能和成本。

配套基础设施是新能源汽车普及的关键

除了新能源汽车本身的动力系统之外，像充电站和储能系统这样的基础设施是新能源汽车的普及和推进的关键。

在快速充电和储能方面，恩智浦具有处理器、模拟和连接的解决方案。如下图所示，下方是储能系统，上方是充电设施，其中所涉及到的诸多技术都与恩智浦擅长的领域相吻合。比如说在每一块的核心都是智能的处理器平台，围绕着这些处理器都有绿色部分标示的模拟器件，为处理器赋能。除此之外还涉及到网络连接和信息安全问题，因为消费者会使用到计费、支付和管理等功能。所以，恩智浦能够提供的是一个完整的解决方案，从而使得主机厂客户可以获得硬件和软件相结合的预先工程设计的整体包，并且也已经在信息安全和联网方面做好了部署。

恩智浦在快速充电和储能系统方面的解决方案

恩智浦半导体执行副总裁兼高级模拟业务总经理Jens Hinrichsen指出，目前全球在新能源基础设施方面方面一个共同的挑战是标准化的难题，比如接口和通信协议等标准化，现在不同的车、不同的主机厂可能使用的都是不同的标准。因此，恩智浦正在助推充电基础设施的标准化以便做到使用上的简化。

写在最后

电动汽车正逐步从一个小众的市场转变为大规模化的量产产品，而这就意味着质量和可靠性成为首要要求。在这其中，芯片所起的作用越来越重要。

所以目前有不少汽车整车厂踏上了自研之路，开始自研一些半导体器件和芯片。谈到主机厂自研芯片这种竞争合作的关系时， Jens Hinrichsen表示：

不过对于自研芯片的主机厂而言，可能遇到规模经济的挑战，因为他们自己所研发的芯片只能为自己所用，在可扩展性方面会遇到一些挑战。而对于第三方芯片供应商来说，可以通过为多个主机厂供应带来不同的规模效应。
一方面，这种良性竞争是非常健康的，创新需要互相挑战；
再者，中国的主机厂无论是手机领域还是汽车领域出现自研的趋势，这说明主机厂越来越理解半导体的重要性，芯片也愈发占据了重要的战略位置，这是非常可喜的；

因此，在这个软件定义汽车新时代下，芯片供应商的致胜武器已经不单单是单一芯片的性能，而是越来越多的考验系统级解决方案的能力。

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