ZCU的应用前景和未来展望

随着现代科学技术不断发展，每一项产品都在不断革新，实现了更多不同的创新形式，而汽车也不例外。汽车作为人们通勤和旅行的重要方式，不断迸发出新的生命力。目前全车智能化在业界逐步形成了六大领域的概念，这当中有受风投资本追捧的域控制器DCU、有作为电机控制基础的ECU，而作为中间协调层的区控制器ZCU带着分散算力、强化安全以及提高操控体验的使命却较少受到大家的瞩目，作为汽车未来发展的核心之一，ZCU对现行汽车内搭建的电子电器系统有着举足轻重的作用。本期邀请到早年在硅谷从事多年SoC芯片设计的早期投资人，诺辉基金合伙人Franc Tsao分享关于ZCU这个容易被人忽略的赛道的市场发展，应用的价值和挑战。

简单来说，ZCU是最新的汽车电子控制系统成员之一，它可以实现汽车电子系统的分区域控制，从而提高汽车电子控制系统的性能和功能但彻底理解ZCU要从了解现代汽车的内部架构开始。在科技的不断进步下，数字化和网络化给社会带来了最深刻的变革。汽车的诞生可以追溯到18世纪，从纯粹的机械产品演变到蒸汽机、再到后来的内燃机、后又发展到柴油机，由三轮到四轮，从单件小量生产再到大批量生产。汽车的技术不断更新，发展不断革新。目前，新能源、无人驾驶和智能网联技术已经日趋成熟，未来汽车发展也将向着电动化、网联化、智能化和共享化方向深化，汽车已经进入深度电子化时代。

电子电气系统作为为全车用电器提供电源输入、进行电能及信号传输、控制电路通断和用电器功能实现的装置，是关注和研究的重点领域。在随着规模性的集成电路发展和汽车电子快速进步，这个系统里的顶层设计，即汽车的电子电气架构（EEA，Electrical/Electronic Architecture）应运而生。这是一项将电气系统和智能化功能集成，并进一步简化设计，集中计算能力同时优化电子电气内容、组件和功能的架构形式。它是整车智能化的基础，重要性不言而喻。

如果将汽车比作人体的话，它的机械构造则等同于人的骨骼，动力和转向相当于人的四肢，电子电气架构则是人的神经系统和大脑，是实现汽车内信息交互和复杂操作的关键。

目前行业内普遍认同博世（BOSCH）对于汽车电子电气架构未来演化趋势的划分，即从“分布式EEA”至“域集中式EEA”再到“中央集中式EEA”。这三种形式分别代表了三种不同的技术发展水平。在EEA中，电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）是主要负责控制汽车行驶状态并实现各种功能的重要部件。而分布式EEA下，ECU通常被特定于单一功能，使得整车的ECU的数量很多，加剧了汽车的重量和系统的复杂程度，导致整车的成本增加、汽车组装的自动化水平低。

Franc Tsao 认为：“分布式EEA难以适应汽车智能化发展的趋势，集中式EEA是下一步。”集中式EEA主要分为域集中式EEA（Domain Centralized EEA）和中央集中式EEA（Zonal EEA）。域集中式EEA的出现是在模块化程度和ECU功能集成度进一步提高下，域控制器（Domain Control Unit，DCU）作为功能域（Function Domain）核心来实现的。目前实行这个架构的有大众的MEB平台的E3架构和华为的“计算+通信”架构（CC架构）。

而随着功能域深度融合，域主控处理器成为更加通用的计算平台，中央集中式EEA（Zonal EEA）便实现了。Zonal EEA由车载中央计算机（VCC，Vehicle Central Computer）、区控制器（ZCU，Zonal ECU）、环形链接的以太网TSN组成的主干网及CAN/LIN/10BaseT1s区内网、双电源冗余供电及区域内智能分级供电组成的。在解释完汽车一整个电子电器架构后，这里便出现了想要阐述的ZCU。

或者进一步简单理解的话，未来有望看到VCC-DCU-ZCU-ECU的架构在车上逐步实现，VCC收集一切情报作为大脑向各域的DCU发号施令，DCU收到后将任务拆解，负责协调其域下多个区的ZCU如何工作，ZCU再进一步将这个区内的各电机控制器ECU做系统性控制，可以说ZCU作为分级通信和分级供电的区域节点，在整个体系中扮演了非常关键的角色。

ZCU的工作原理：

ZCU，即区域控制器（Zonal Control Unit），是承载“多域+中央计算”的重要性部件，在整车物理区域的不同种类传感器采集/执行器驱动中发挥中心枢纽和区域数据中心的作用。它能够有效承接整车的物理接口，分配区域分布的电源，平衡不同的输入输出控制等，以此来支持智能汽车内部的跨域融合。

通过车载网络和通信协议与其他控制单元和传感器进行通信，从而实现对车辆各个区域的控制和管理。实现形式是通过接收传感器和其他控制单元发出的信号，然后将其转化为对车辆功能区域的控制指令，从而实现对车辆不同功能区域的控制和管理。

从功能上来讲，ZCU可以实现数据分发、分级配电和车辆特定区域的feature实现。

数据分发：

1.ZCU能支持任何类型的传感器、执行器和显示器接口。

2.ZCU能与区内与低阶的ECU通信，能充当交换机，甚至能充当传统设备的网关。

3.ZCU能实现主干网的高带宽实时通信，保证其可靠性性质。

4.ZCU还有保护性的eSwitch/eFuse功能。

分级配电：

1.可将冗余电力输送至ZCU（一级配电网络下）。

2.可负责将电力继续向下输送到底层控制器（二级配电网络下）。

最直观来讲，ZCU的推出可以减少ECU的使用量，同时降低对DCU的算力要求，从而降低线束成本、减轻重量、减少通信接口、节省空间，以实现算力利用率的提升。

ZCU将会配置ASIL等级高的MCU（是实现ECU的芯片）来实现车辆区域的各种基本功能，同时保证系统功能安全，类似于辅助CPU的GPU、AI、NN等加速器芯片，优化后的架构将大量释放成本、算力以及通信负载。

ZCU的应用场景：

未来其可以应用于各种汽车电子的子系统或区系统，例如座舱中的座椅控制、空调控制、信息娱乐系统等。可以看下列简单例子：

1.座椅控制：ZCU可以集中控制座椅的位置和角度，并管理座椅加热和通风等功能，以此提高座椅的舒适度和安全性。

2.空调控制：ZCU可以集中调节车辆的空调系统，包含温度、湿度、风速等参数，这样可以提高车内环境的舒适度和空气质量。

3.信息娱乐系统：ZCU可以集中管理车辆的信息娱乐系统，包括音响系统、导航系统、车载电话等，从而提高驾驶员和乘客的娱乐体验和安全性。

ZCU的关键优势：

与目前常见的DCU+ECU相比，我们看到ZCU出现后，新的DCU+ZCU+ECU的架构可以带来更多的好处，这样的新架构将能带来以下优势：

1.控制灵活：ZCU将车辆划分为多个独立的区域，每个区域实现独立控制，从而达到对车辆不同功能区域的灵活管理。

2.独立可靠：通过将车辆划分为多个独立的区域，可以减少各个功能区域之间因沟通造成的干扰，从架构层面提高了车辆的可靠性。

3.安全及时：ZCU因为保障了每个区的独立运作，进而提高汽车的反应速度，提高数据安全性并缓解了中央算力负荷和网络延迟，从而提高车辆的安全性和稳定性。

ZCU的市场发展：

目前，ZCU的市场情况非常良好。随着汽车电子化和智能化的趋势越来越明显，越来越多的汽车制造商将ZCU作为其电子控制系统的核心模块之一，从而实现更加高效、安全和智能的汽车控制和管理。根据研究机构Grand View Research的数据，预计到2025年，全球汽车ZCU市场规模将达到60亿美元，并且将以每年超过7％的复合年增长率增长。其中，北美和欧洲地区的市场份额最大，而亚太地区的市场增长速度最快。

在产品方面，ZCU市场的主要供应商包括博世（Bosch）、德尔福（Delphi）、宇通客车（Yutong Bus）等国内外知名汽车大厂。这些公司通过技术创新和不断拓展市场，提高了其产品的性能和竞争力，以保持自身在ZCU市场的领先地位。综合来看，ZCU作为一种重要的汽车电子控制模块，具有广阔的市场前景和发展空间，预计在未来几年内将继续保持高速增长的趋势

目前，行业内达成了从现在至2025年期间，大部分传统汽车主机厂都将处于域集中式EEA的持续演变过程中的共识。而在2025年之后，“中央集中式EEA”有望成为汽车的终极电子电气架构。

特斯拉是全球汽车行业中首先采用Zonal EEA的，其它整车主机厂以及Tier 1 OEM厂商也在紧跟他的脚步开始定义自己下一代的Zonal EEA。随着汽车智能化、网联化的发展，电子电气架构也将逐渐迎来新的变革，在实现“中央集中式EEA”的同时，也带动着ZCU的应用，酝酿着巨大的经济价值。

以下是诺辉基金合伙人Franc Tsao对于ZCU的看法：对于ZCU而言，首先，它能够提高汽车的安全性和可靠性；其次，能够降低汽车制造商的生产成本，提高利润水平；然后，其能够促进汽车智能化升级，促进整体行业发展；最后，新的应用场景也将逐步得到开发，实现更多场景的应用。ZCU行业现状非常活跃和有前途，未来将继续保持高速增长的趋势，同时也将面临更多的机遇和挑战。

图：诺辉基金合伙人Franc Tsao