مع انتقال المركبات المعرفة بالبرمجيات من المفهوم إلى التنفيذ على نطاق واسع، أصبحت عيوب البنية التقليدية الموزعة بارزة بشكل متزايد. فقد أصبحت مشكلات مثل التعقيد الشديد، وصوامع البيانات عبر النطاقات، والصعوبات في نشر وظائف الذكاء الاصطناعي الناجمة عن التخطيط المبعثر لعشرات أو حتى مئات وحدات التحكم الإلكترونية معوقات أساسية تقيد ترقية الصناعة.
في ظل هذه الخلفية، يؤدي ظهور معالجات الحوسبة المركزية المتكاملة للغاية إلى قفزة حاسمة في الهندسة الإلكترونية والكهربائية للسيارات من “التحكم في المجال الموزع” إلى “الحوسبة المركزية”، مما يعيد تشكيل المشهد التنافسي للصناعة.
من اللامركزية إلى المركزية: المنطق الأساسي لمعالجة مشاكل الصناعة
“أصبحت السيارات اليوم أكثر تعقيداً بشكل متزايد، مع وجود المزيد من الوظائف المدمجة فيها. ويتوقع المستهلكون الوصول إلى أحدث التقنيات في سياراتهم، مما يتيح تحديث الميزات والترقيات وحتى التخصيص الشخصي. ومع ذلك، في السيارات المدمجة في الأجهزة، قد يتطلب تعديل وظيفة واحدة إجراء تعديلات على 10 وحدات تحكم إلكترونية إلكترونية و50 وحدة برمجية، مما يشكل تحدياً كبيراً لشركات صناعة السيارات”. وقد صرح ينس هينريشسن، نائب الرئيس التنفيذي والمدير العام للأنظمة التناظرية والأنظمة المدمجة للسيارات في شركة NXP لأشباه الموصلات، بصراحة في مؤتمر صحفي عقد مؤخراً.
وأشار إلى أنه في ضوء ذلك، يجب على صانعي السيارات تطوير رقمنة السيارات من خلال فصل الوظائف عن الأجهزة وتنفيذها من خلال البرمجيات. وبهذه الطريقة، يمكن إكمال تحديثات الميزات بسرعة عبر الحوسبة المركزية، والتي بدورها تتطلب منصة حوسبة قوية داخل السيارة كدعم.
وهذا هو بالضبط السبب وراء إطلاق NXP للمعالج S32N7 المتكامل للغاية. ويتمثل منطقه الأساسي في تحقيق التحكم المركزي في وظائف السيارة الأساسية، وكسر الحواجز بين المجالات، والدخول في عصر جديد من رقمنة السيارات.
من من منظور تقني أساسي، تم تصميم S32N7 على نفس المنصة التقنية 5 نانومتر مثل S32N55. لا توفر هذه العملية المتقدمة تحسينات في الأداء فحسب، بل تحقق أيضاً تكاملاً فائقاً. فهي تتيح التحكم المركزي في مجموعة نقل الحركة، وديناميكيات السيارة، والهيكل، والبوابة، ونطاقات السلامة على شريحة واحدة، ودمج البرمجيات والبيانات في المحور المركزي الأساسي للسيارة مع تلبية المعايير العالية للسلامة الوظيفية والأمن السيبراني، مما يقلل من تعقيد النظام بشكل كبير.
تم تجهيز S32N7 ب 20 محرك حوسبة مستقل، بما في ذلك 8 أنوية تطبيق Arm® Cortex®-A78AE و12 نواة تطبيق Arm® Cortex®-R52 في الوقت الحقيقي. يمكن أن تعمل كل نواة بشكل مستقل؛ عندما تتعامل إحدى النوى مع المهام الوظيفية الحرجة للسلامة الوظيفية، فإنها تظل غير متأثرة بالنوى الأخرى، مما يحقق بالفعل زمن انتقال صفري ومستوى عالٍ من السلامة الوظيفية.
أشار ينس هينريشسن إلى أن الوظائف الأساسية للسيارات، مثل الشاسيه ومجموعة نقل الحركة والهيكل، تمثل أساس السيارة، وتمثل جوهر ما يجعل السيارة مركبة. يجب أن تتسم هذه الوظائف بمتانة عالية للغاية وسلامة وظيفية وأمن إلكتروني، بينما تتطلب أيضاً قدرات معالجة فائقة في الوقت الحقيقي وأداءً لا يتأخر عن الوقت الحقيقي.
وفي الوقت نفسه، يتميز S32N7 أيضاً بميزات رائعة في نشر الذكاء الاصطناعي. فقد تم تصميم قدراته في مجال الذكاء الاصطناعي خصيصاً للوظائف الأساسية للمركبات. يُذكر أنه مزود بوحدة المعالجة العصبية المدمجة eIQ®Neutron NPU، مع قوة حوسبة أساسية تبلغ حوالي 2 توبس. وذكر ينس هينريشسن أنه على الرغم من أن قوة الحوسبة هذه ليست رائعة، إلا أنها كافية لدعم وظائف الذكاء الاصطناعي الأساسية للمركبات.
وهي تدعم على وجه التحديد سيناريوهات عملية مثل الكشف عن الشذوذ في البطارية والصيانة التنبؤية والإدارة الذكية للطاقة. على سبيل المثال، يتم استخدام خوارزميات الذكاء الاصطناعي لمراقبة استهلاك الطاقة الحرارية لخلايا البطارية في الوقت الحقيقي والتنبؤ بمخاطر الهروب الحراري مسبقاً؛ أو لإيقاف تشغيل الوظائف غير الضرورية بذكاء أثناء القيادة، مما يقلل من استهلاك الطاقة ويزيد من المدى دون وعي السائق.
والأهم من ذلك، تدعم واجهة PCI Express المدمجة توصيل شرائح ذكاء اصطناعي إضافية (على سبيل المثال، يمكن لأربع شرائح Kinara توفير 160 توب من قوة الحوسبة)، مما يوفر مساحة واسعة لتوسيع وظائف الذكاء الاصطناعي في المستقبل ويضمن إجراء ترقيات لأحدث شرائح الذكاء الاصطناعي دون إعادة تصميم بنية السيارة بالكامل.
بالنسبة لشركات صناعة السيارات، تكمن القيمة الأساسية لـ S3N7 في الفوائد الملموسة. فمن خلال تقليل العشرات من وحدات الأجهزة وتحسين الأسلاك والأجهزة الإلكترونية، يمكن أن يساعد صانعي السيارات على خفض التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) بما يصل إلى 201 تيرابايت 3 تيرابايت.
شرح ينس هينريشسن بالتفصيل أصل هذه البيانات: “قمنا بمقارنة تكاليف قائمة المشتريات للبنى الموزعة والمركزية، والتي تغطي سلسلة التكاليف بأكملها بما في ذلك أشباه الموصلات وأسلاك التوصيل ووحدات التحكم الإلكترونية والبرمجيات وتراخيص البرمجيات، وخلصنا في النهاية إلى أنه يمكن تخفيض التكلفة الإجمالية للملكية بحوالي 201 تيرابايت 3 تيرابايت”.”
كما أكد على أن الميزة الأكبر في توفير التكاليف تكمن في إمكانية إعادة الاستخدام المعمارية: “تدعم قابلية إعادة الاستخدام هذه تحديثات البرمجيات القائمة على الأجهزة الحالية، ومن خلال ترقيات OTA طوال دورة حياة السيارة، يمكن التمتع بمزايا انخفاض التكلفة الإجمالية للملكية من إمكانية إعادة الاستخدام بشكل مستمر.”
وبالإضافة إلى ذلك، يدعم S32N7 قابلية توسيع نطاق الأجهزة والبرمجيات عبر طرازات السيارات والعلامات التجارية، مما يساعد شركات صناعة السيارات على إنشاء منصات أساسية، وتوسيع نطاق الابتكارات القائمة على الذكاء الاصطناعي عبر السيارة بأكملها، وتسريع تنفيذ نماذج الأعمال القائمة على البرمجيات.
التآزر البيئي: المتغير الأساسي لاختراق تطبيقات الإنتاج الضخم
لا يعد التطبيق واسع النطاق لرقائق الحوسبة المركزية عملاً منفرداً من قبل مؤسسة واحدة؛ بل يتطلب ذلك تآزرًا بيئيًا بين موردي المستوى الأول وشركات صناعة السيارات ومصنعي الرقائق. على الرغم من أن رقاقة S32N7 تتميز بمزايا تكنولوجية رائعة، إلا أن الانتقال من عينات الرقائق إلى الإنتاج الضخم ونشر السيارات لا يزال يستلزم التغلب على تحديات متعددة مثل التكيف البيئي، وترحيل النظم البيئية الحالية للعملاء، والتحكم في جداول الإنتاج الضخم.
وقد كان دخول بوش المبكر بمثابة إنجاز حاسم. وباعتبارها أول مورد من المستوى الأول يقوم بنشر S32N7 في منصات تكامل المركبات، فقد قامت بوش بتعاون متعمق مع شركة NXP، حيث قامت بتطوير تصاميم مرجعية وأطر عمل للسلامة وحلول تكامل الأجهزة وبرامج تمكين الخبراء. ويسرّع ذلك من نشر النظام ويقلل من عبء عمل التكامل بالنسبة للمتبنين الأوائل.
تقوم بوش حالياً ببناء بنية مركبة تعتمد على شريحة S32N7 وتطوير منصة عرض توضيحية صناعية لعرض المزايا الأساسية للشريحة بشكل كامل.
بالإضافة إلى ذلك، قامت شركة NXP بتزويد S32N7 بسلسلة أدوات برمجية كاملة ودعم البرمجيات الوسيطة، بما في ذلك البرمجيات الوسيطة MotionWise من TTTech Auto، مما يساعد صانعي السيارات على إكمال تكييف البرمجيات والتطوير الوظيفي بسرعة مع تقصير الوقت اللازم للتسويق.
تمثل صعوبة ترحيل النظم الإيكولوجية الحالية للعملاء التحدي الأساسي في الترويج لنظام S32N7 في السوق. واليوم، أنشأ صانعو السيارات أنظمة تحكم بيئية ناضجة في مجالات مثل مجموعة نقل الحركة والهيكل، حيث يتميز كل مكون بنظام أجهزة وبرمجيات مخصصة. وقد أصبحت مشكلات التوافق عقبة رئيسية في عملية الترحيل.
“صرح ينس هينريشسن قائلاً: ”تحتاج الصناعة بشكل عاجل إلى تبسيط الأنظمة الفرعية للسيارات، ويمكن أن تساعد البنية الكاملة والمنصة البرمجية التي يوفرها S32N7 شركات صناعة السيارات على ترحيل وظائف العقدة الطرفية تدريجياً إلى وحدات الحوسبة المركزية. على الرغم من أن هذه العملية تستغرق بعض الوقت، إلا أن هذا الاتجاه لا رجعة فيه، مثل عمليات التكامل التي تشهدها صناعات الكمبيوتر والخوادم والهواتف المحمولة. إلا أن قطاع السيارات أكثر تعقيداً ويتطلب فترة انتقالية أطول.
تحتاج الصناعة بشكل عاجل إلى تبسيط النظام الإيكولوجي الفرعي للسيارات، ويمكن أن تساعد البنية الكاملة ومنصة البرمجيات التي توفرها S32N7 شركات صناعة السيارات على ترحيل وظائف العقدة الطرفية تدريجياً إلى وحدات الحوسبة المركزية”. وأضاف أنه على الرغم من أن هذه العملية تستغرق وقتاً طويلاً، إلا أن هذا الاتجاه لا رجعة فيه، وهو يشبه إلى حد كبير عمليات التكامل التي تشهدها صناعات الكمبيوتر والخوادم والهواتف المحمولة - إلا أن صناعة السيارات أكثر تعقيداً وتتطلب دورة انتقالية أطول.
فيما يتعلق بالجداول الزمنية للإنتاج الضخم، كشف ينس هينريشسن عن خطة عامة في مقابلة مع Gasgoo: “من المتوقع أن تدخل نسخة مبسطة نسبيًا من S32N7 إلى السوق بحلول نهاية عام 2027 أو أوائل عام 2028، وسيتم إطلاق النسخة الكاملة من S32N7 بعد ذلك بوقت قصير.”
والجدير بالذكر أن شركة NXP تعتبر السوق الصينية ساحة معركة رئيسية لتطبيق S32N7 على نطاق واسع. قال جينس هينريشسن لـ Gasgoo إن صانعي السيارات الصينيين أبدوا اهتمامًا كبيرًا بـ S32N7 وهم أيضًا الأكثر نشاطًا في تنفيذ تطبيقات الذكاء الاصطناعي.
هناك سببان أساسيان وراء ذلك: من ناحية، المنافسة في سوق سيارات الطاقة الجديدة في الصين شرسة، وتحتاج شركات صناعة السيارات إلى تحقيق التمايز من خلال ترقيات البنية. وتساعدهم قابلية التوسع عبر السيارات والعلامات التجارية في S32N7 على توسيع محافظ منتجاتهم وأعمالهم الدولية بسرعة؛ ومن ناحية أخرى، فإن شركات صناعة السيارات الصينية أكثر عدوانية في تطبيقات الذكاء الاصطناعي وتتطلب منصة ذكاء اصطناعي موثوقة لدمج وظائف الذكاء الاصطناعي بعمق في وظائف السيارة الأساسية.
التفاعل المتسلسل، والتحول المعماري الذي يعيد تشكيل المشهد الصناعي
يؤدي كل تكرار للهندسة الإلكترونية والكهربائية للسيارات إلى إعادة هيكلة عميقة للسلسلة الصناعية. من وحدات التحكم الإلكترونية والكهربائية الموزعة إلى وحدات التحكم في المجال ثم إلى الحوسبة المركزية، تشهد صناعة السيارات تحولاً في السلسلة الكاملة يشمل المسارات التكنولوجية ونماذج الأعمال وأنظمة تقسيم العمل. وسيكون تطوير رقائق الحوسبة المركزية بمثابة المحفز الأساسي لهذا التحول.
تجسد فلسفة تصميم S32N7 فلسفة تصميم S32N7 بشكل كامل استشراف التطور الطويل الأجل للصناعة. أكد ينس هينريشسن: “لم يتم تصميم S32N7 لجيل واحد من المركبات، ولكنه يحتفظ بمساحة واسعة للتطور طويل الأجل للمركبات المعرفة بالبرمجيات.”
وتتيح واجهة PCI Express المدمجة إمكانية التوسع المرن في قوة حوسبة الذكاء الاصطناعي. يمكن لشركات صناعة السيارات دعم الترقية من القيادة الذاتية من المستوى L2 إلى المستوى L3 دون إعادة بناء بنية السيارة بالكامل. وفي الوقت نفسه، يمكن لوظائف الذكاء الاصطناعي المتصلة بالإنترنت دائماً أن تعمل بثبات حتى عند إيقاف تشغيل معالجات نظام مساعدة السائق المتطور أو معالجات نظام المعلومات الافتراضي.
تتماشى هذه الميزات “القابلة للتطوير والترقية” بدقة مع المتطلبات الأساسية للسيارات المعرفة بالبرمجيات. فهي تسمح لصانعي السيارات بالدفع بوظائف جديدة باستمرار عبر تقنية OTA على أساس الأجهزة الحالية، مما يوسع من قيمة دورة حياة السيارات ويجعل شكل المنتج من السيارات “القابلة للترقية مدى الحياة” أمراً ممكناً.
تؤدي إعادة هيكلة نماذج الأعمال إلى كسر حدود الصناعات التقليدية. ففي الماضي، كانت نماذج أرباح شركات صناعة السيارات تعتمد بشكل أساسي على مبيعات الأجهزة، حيث كانت معظم وظائف البرمجيات تُقدم لمرة واحدة فقط، مما يجعل من الصعب تحقيق إيرادات مستدامة بعد بيع السيارات.
لقد أتاح ظهور بنية الحوسبة المركزية لشركات صناعة السيارات إمكانية دفع ميزات جديدة باستمرار عبر تحديثات OTA وتحقيق “تسييل البرمجيات” بفضل قوة الحوسبة المركزية وسلطة الوصول الكامل إلى بيانات السيارة. لن يؤدي هذا التحول من “مبيعات الأجهزة” إلى “الأجهزة + البرمجيات + الخدمات” إلى إعادة تشكيل هيكل أرباح شركات صناعة السيارات فحسب، بل سيدفع الصناعة أيضًا إلى تشكيل نموذج أعمال جديد من “الأجهزة كأساس والبرمجيات كروح والخدمات كأجنحة”، مما يطلق العنان لإمكانات الإيرادات على المدى الطويل.
يشهد تقسيم العمل في السلسلة الصناعية تغييرات عميقة. فبالنسبة لموردي المستوى 1، من الضروري أن يتحولوا إلى “مزودي حلول النظم” وأن يقدموا لصانعي السيارات حلولاً متكاملة من خلال دمج موارد الرقائق والبرمجيات والأجهزة.
بالنسبة لشركات رقائق السيارات، تحول تركيز المنافسة من معايير الأداء الفردي إلى منافسة شاملة في التكامل والأداء في الوقت الحقيقي والسلامة الوظيفية وقابلية التوسع في الذكاء الاصطناعي والسلامة البيئية، مما زاد من الحواجز التقنية.
والجدير بالذكر أن الاعتماد الواسع النطاق لبنى الحوسبة المركزية سيسرع أيضًا من تطبيق بنية RISC-V في قطاع السيارات.
وكشف ينس هينريشسن في اجتماع التواصل: “في الوقت الحالي، تعتمد جميع المتحكمات الدقيقة والمعالجات الدقيقة التي تقدمها شركة NXP للعملاء على نوى Arm® Cortex®، والتي تمثل خيار النظام البيئي الأمثل الذي يمكننا تقديمه للعملاء في الوقت الحالي. ومع ذلك، على مستوى التشغيل الخلفي غير المرئي للمستهلكين، فإن النوى المخفية بما في ذلك معالجات DSPs تستخدم بالفعل بنية RISC-V.”
وأضاف: “نحن نعمل بقوة على تعزيز تحسين النظام البيئي RISC-V. وعندما يصبح نظام RISC-V البيئي جاهزاً بالكامل، سنقدم الدعم المناسب للعملاء في الوقت المناسب. وحتى ذلك الحين، يجب على NXP أن تضمن تقديم منتجات Arm الأساسية المستقرة والموثوقة للعملاء.”
من من منظور تطور الصناعة على المدى الطويل، فإن تعميم بنيات الحوسبة المركزية هو خيار حتمي لصناعة السيارات للتحول نحو الكهربة والذكاء والاتصال. ويوفر ظهور رقائق مثل S32N7 دعماً تقنياً رئيسياً لهذا التحول.
على الرغم من أن التحديات مثل تكييف النظام الإيكولوجي وترحيل التكنولوجيا لا تزال تتطلب وقتًا للتغلب عليها، إلا أنه لا يمكن إنكار أن عصر الحوسبة المركزية قد بدأ. وفي المستقبل، فإن الشركات التي يمكنها فهم الاتجاهات التكنولوجية بدقة، وبناء نظم إيكولوجية تعاونية، والاستجابة بسرعة لمتطلبات السوق، هي وحدها التي ستكتسب ميزة في إعادة الهيكلة الصناعية هذه وستقود اتجاه تطور الصناعة.
