À medida que os veículos definidos por software passam do conceito à implementação em grande escala, os inconvenientes da arquitetura distribuída tradicional tornaram-se cada vez mais proeminentes. Questões como a elevada complexidade, os silos de dados entre domínios e as dificuldades na implementação de funções de IA causadas pela disposição dispersa de dezenas ou mesmo centenas de UCE tornaram-se estrangulamentos fundamentais que restringem a atualização da indústria.
Neste contexto, o aparecimento de processadores de computação central altamente integrados está a conduzir a um salto crítico na arquitetura eletrónica e eléctrica automóvel, do “controlo de domínio distribuído” para a “computação central”, remodelando o panorama competitivo da indústria.
Da descentralização à centralização: a lógica central para resolver os problemas da indústria
“Atualmente, os veículos estão a tornar-se cada vez mais complexos, com mais funções incorporadas. Os consumidores esperam ter acesso às mais recentes tecnologias nos seus automóveis, permitindo actualizações de funcionalidades, upgrades e até personalização. No entanto, em veículos definidos por hardware, a modificação de uma única função pode exigir ajustes em 10 ECUs e 50 módulos de software, o que representa um enorme desafio para os fabricantes de automóveis.” Jens Hinrichsen, Vice-Presidente Executivo e Diretor Geral de Sistemas Analógicos e Automotivos Integrados da NXP Semiconductors, afirmou francamente numa recente conferência de imprensa.
O Comissário salientou que, à luz deste facto, os fabricantes de automóveis devem avançar com a digitalização dos veículos, dissociando as funções do hardware e implementando-as através de software. Desta forma, as actualizações de caraterísticas podem ser rapidamente concluídas através da computação central, o que, por sua vez, requer uma poderosa plataforma de computação no veículo como suporte.
É exatamente por isso que a NXP lançou o processador altamente integrado S32N7. A sua lógica central é conseguir um controlo centralizado das principais funções do veículo, quebrar as barreiras entre domínios e dar início a uma nova era de digitalização automóvel.
De uma perspetiva técnica subjacente, o S32N7 é construído na mesma plataforma de tecnologia de 5 nanómetros que o S32N55. Este processo avançado não só proporciona melhorias de desempenho, como também alcança uma integração extrema. Permite o controlo centralizado do grupo motopropulsor, da dinâmica do veículo, da carroçaria, do gateway e dos domínios de segurança num único chip, integrando software e dados no núcleo centralizado do veículo, ao mesmo tempo que cumpre elevados padrões de segurança funcional e cibersegurança, reduzindo significativamente a complexidade do sistema.
O S32N7 está equipado com 20 motores de computação independentes, incluindo 8 núcleos de aplicação Arm® Cortex®-A78AE e 12 núcleos de tempo real Arm® Cortex®-R52. Cada núcleo pode funcionar de forma independente; quando um núcleo lida com tarefas funcionalmente críticas em termos de segurança, não é afetado por outros núcleos, alcançando verdadeiramente uma latência zero e um elevado nível de segurança funcional.
Jens Hinrichsen referiu que as principais funções do sector automóvel, como o chassis, o grupo motopropulsor e a carroçaria, constituem a base de um veículo, representando a essência daquilo que faz de um veículo um veículo. Estas funções devem possuir uma robustez, segurança funcional e cibersegurança extremamente elevadas, exigindo simultaneamente capacidades de processamento em tempo real ultra-elevadas e um desempenho de latência zero.
Entretanto, o S32N7 também apresenta destaques notáveis na implementação de IA. As suas capacidades de IA são especificamente concebidas para as funções principais dos veículos. Segundo consta, está equipado com uma NPU eIQ®Neutron incorporada, com uma capacidade de computação básica de aproximadamente 2 TOPS. Jens Hinrichsen afirmou que, embora esta potência de computação não seja extraordinária, é suficiente para suportar as principais funções de IA dos veículos.
Especificamente, apoia cenários práticos como a deteção de anomalias nas baterias, a manutenção preditiva e a gestão inteligente da energia. Por exemplo, os algoritmos de IA são utilizados para monitorizar o consumo de energia térmica das células da bateria em tempo real e prever antecipadamente o risco de fuga térmica; ou para desligar de forma inteligente funções desnecessárias durante a condução, reduzindo o consumo de energia e aumentando a autonomia sem o conhecimento do condutor.
Mais importante ainda, a sua interface PCI Express integrada suporta a ligação de chips de IA adicionais (por exemplo, quatro chips Kinara podem fornecer 160 TOPS de potência de computação), reservando um amplo espaço para a futura expansão da função de IA e assegurando actualizações para os mais recentes chips de IA sem redesenhar toda a arquitetura do veículo.
Para os fabricantes de automóveis, o valor central do S3N7 reside em benefícios tangíveis. Ao reduzir dezenas de módulos de hardware e otimizar a cablagem e os dispositivos electrónicos, pode ajudar os fabricantes de automóveis a reduzir o seu custo total de propriedade (TCO) até 20%.
Jens Hinrichsen explicou em pormenor a origem destes dados: “Comparámos os custos da lista técnica das arquitecturas distribuídas e centralizadas, abrangendo toda a cadeia de custos, incluindo semicondutores, cablagens, UCE, software e licenças de software, e concluímos que o custo total de propriedade pode ser reduzido em cerca de 20%.”
Salientou ainda que a maior vantagem da poupança de custos reside na reutilização da arquitetura: “Esta reutilização suporta actualizações de software com base no hardware existente e, através de actualizações OTA ao longo do ciclo de vida do veículo, os benefícios da redução do TCO resultante da reutilização podem ser continuamente aproveitados.”
Além disso, o S32N7 suporta a escalabilidade de hardware e software em modelos e marcas de veículos, ajudando os fabricantes de automóveis a estabelecer plataformas fundamentais, expandir inovações orientadas por IA em todo o veículo e acelerar a implementação de modelos de negócios baseados em software.
Sinergia ecológica: A variável-chave para ultrapassar as aplicações de produção em massa
A aplicação em larga escala de chips de computação central nunca é um ato isolado de uma única empresa; em vez disso, exige que os fornecedores de nível 1, os fabricantes de automóveis e os fabricantes de chips formem uma sinergia ecológica. Embora o S32N7 apresente vantagens tecnológicas notáveis, a passagem das amostras de circuitos integrados para a produção em massa e a utilização em veículos continua a implicar a superação de vários desafios, como a adaptação ecológica, a migração dos ecossistemas existentes dos clientes e o controlo dos calendários de produção em massa.
A entrada precoce da Bosch serviu como um avanço crucial. Como o primeiro fornecedor de nível 1 a implementar o S32N7 em plataformas de integração de veículos, a Bosch levou a cabo uma cooperação aprofundada com a NXP, desenvolvendo em conjunto designs de referência, estruturas de segurança, soluções de integração de hardware e programas de capacitação de especialistas. Isto acelera a implementação do sistema e reduz a carga de trabalho de integração para os primeiros utilizadores.
Atualmente, a Bosch está a construir uma arquitetura de veículo com base no S32N7 e a desenvolver uma plataforma de demonstração industrial para demonstrar plenamente as principais vantagens do chip.
Além disso, a NXP equipou o S32N7 com uma cadeia completa de ferramentas de software e suporte de middleware, incluindo o middleware MotionWise da TTTech Auto, ajudando os fabricantes de automóveis a concluir rapidamente a adaptação do software e o desenvolvimento funcional, reduzindo o tempo de colocação no mercado.
A dificuldade de migrar os ecossistemas existentes dos clientes representa o principal desafio na promoção do S32N7 no mercado. Atualmente, os fabricantes de automóveis estabeleceram ecossistemas de controlo maduros em áreas como o grupo motopropulsor e o chassis, com cada componente a apresentar um sistema de hardware e software dedicado. As questões de compatibilidade tornaram-se um grande obstáculo no processo de migração.
“A indústria necessita urgentemente de simplificar os subecossistemas dos veículos, e a arquitetura completa e a plataforma de software fornecidas pelo S32N7 podem ajudar os fabricantes de automóveis a migrar gradualmente as funções dos nós de extremidade para as unidades de computação central”, afirmou Jens Hinrichsen. Embora este processo demore algum tempo, a tendência é irreversível, tal como os processos de integração experimentados nas indústrias dos computadores, servidores e telemóveis. O sector automóvel, contudo, é mais complexo e requer um período de transição mais longo.
A indústria precisa urgentemente de simplificar o subecossistema do veículo, e a arquitetura completa e a plataforma de software fornecidas pelo S32N7 podem ajudar os fabricantes de automóveis a migrar gradualmente as funções do nó de extremidade para as unidades de computação central”, afirmou Jens Hinrichsen. Acrescentou que, embora este processo demore algum tempo, a tendência é irreversível, tal como os processos de integração experimentados pelas indústrias informática, de servidores e de telemóveis - só que a indústria automóvel é mais complexa e requer um ciclo de transição mais longo.
Relativamente aos calendários de produção em massa, Jens Hinrichsen revelou um plano geral numa entrevista à Gasgoo: “Espera-se que uma versão relativamente simplificada do S32N7 entre no mercado no final de 2027 ou no início de 2028, e a versão completa do S32N7 será lançada pouco depois”.”
Nomeadamente, a NXP considera o mercado chinês como um campo de batalha fundamental para a aplicação em larga escala do S32N7. Jens Hinrichsen disse à Gasgoo que os fabricantes de automóveis chineses demonstraram grande interesse no S32N7 e são também os mais activos na implementação de aplicações de IA.
Há duas razões principais por detrás disto: por um lado, a concorrência no mercado de veículos de energia nova da China é feroz e os fabricantes de automóveis precisam de se diferenciar através de actualizações da arquitetura. A escalabilidade entre veículos e entre marcas do S32N7 ajuda-os a expandir rapidamente as suas carteiras de produtos e negócios internacionais; por outro lado, os fabricantes de automóveis chineses são mais agressivos nas aplicações de IA e necessitam de uma plataforma de IA fiável para integrar profundamente as funções de IA nas funcionalidades principais dos veículos.
Reação em cadeia, transformação arquitetónica que remodela o panorama da indústria
Cada iteração da arquitetura eletrónica e eléctrica automóvel desencadeia uma profunda reestruturação da cadeia industrial. De ECUs distribuídas a controladores de domínio e depois à computação central, a indústria automóvel está a passar por uma transformação de toda a cadeia que abrange rotas tecnológicas, modelos de negócio e sistemas de divisão do trabalho. O desenvolvimento de pastilhas de computação central servirá de catalisador central para esta transformação.
A filosofia de design do S32N7 incorpora totalmente a previsão da evolução a longo prazo da indústria. Jens Hinrichsen sublinhou: “O S32N7 não foi concebido para uma única geração de veículos, mas reserva um amplo espaço para a evolução a longo prazo dos veículos definidos por software.”
A sua interface PCI Express integrada permite uma expansão flexível da capacidade de computação da IA. Os fabricantes de automóveis podem suportar a atualização da condução autónoma de L2 para L3 sem reconstruir toda a arquitetura do veículo. Entretanto, as suas funções de IA sempre em linha podem funcionar de forma estável mesmo quando os processadores ADAS ou IVI estão desligados.
Estas caraterísticas “expansíveis e actualizáveis” estão precisamente alinhadas com os requisitos fundamentais dos veículos definidos por software. Permitem que os fabricantes de automóveis introduzam continuamente novas funções via OTA com base no hardware existente, alargando o valor do ciclo de vida dos veículos e tornando possível a forma de produto dos automóveis “actualizáveis ao longo da vida”.
A reestruturação dos modelos de negócio está a derrubar as fronteiras das indústrias tradicionais. No passado, os modelos de lucro dos fabricantes de automóveis baseavam-se principalmente nas vendas de hardware, sendo a maioria das funções de software fornecidas numa base única, o que dificultava a geração de receitas sustentadas após a venda dos veículos.
O surgimento da arquitetura de computação central tornou possível aos fabricantes de automóveis a promoção contínua de novas funcionalidades através de actualizações OTA e a concretização da “monetização do software” em virtude do poder de computação centralizado e da autoridade de acesso aos dados do veículo completo. Esta transformação de “vendas de hardware” para “hardware + software + serviços” não só reformulará a estrutura de lucros dos fabricantes de automóveis, como também levará a indústria a formar um novo modelo de negócio de “hardware como base, software como alma e serviços como asas”, desbloqueando o potencial de receitas a longo prazo.
A divisão do trabalho na cadeia industrial está a sofrer profundas alterações. Para os fornecedores de nível 1, é imperativo transformarem-se em “fornecedores de soluções de sistemas” e oferecerem aos fabricantes de automóveis soluções integradas através da integração de recursos de chips, software e hardware.
Para as empresas de pastilhas para automóveis, o foco da concorrência passou de parâmetros de desempenho únicos para uma concorrência abrangente em matéria de integração, desempenho em tempo real, segurança funcional, escalabilidade da IA e integridade ecológica, aumentando ainda mais as barreiras técnicas.
Nomeadamente, a adoção generalizada de arquitecturas de computação central irá também acelerar a aplicação da arquitetura RISC-V no sector automóvel.
Jens Hinrichsen revelou na reunião de comunicação: “Atualmente, todos os microcontroladores e microprocessadores da NXP para os clientes adoptam núcleos Arm® Cortex®, que representam a melhor escolha de ecossistema que podemos oferecer aos clientes neste momento. No entanto, ao nível da operação backend invisível para os consumidores, os núcleos ocultos, incluindo os DSP, já utilizam a arquitetura RISC-V.”
E acrescentou: “Estamos a promover vigorosamente a melhoria do ecossistema RISC-V. Quando o ecossistema RISC-V estiver totalmente pronto, forneceremos apoio relevante aos clientes de forma atempada. Até lá, a NXP tem de garantir que fornece aos clientes produtos Arm core estáveis e fiáveis.”
Do ponto de vista do desenvolvimento a longo prazo da indústria, a popularização das arquitecturas de computação central é uma escolha inevitável para que a indústria automóvel se transforme no sentido da eletrificação, da inteligência e da conetividade. O surgimento de chips como o S32N7 fornece suporte técnico fundamental para essa transformação.
Embora desafios como a adaptação do ecossistema e a migração tecnológica ainda precisem de tempo para serem ultrapassados, é inegável que a era da computação central já começou. No futuro, apenas as empresas que conseguirem compreender com precisão as tendências tecnológicas, criar ecossistemas de colaboração e responder rapidamente às exigências do mercado ganharão vantagem nesta reestruturação industrial e liderarão a direção do desenvolvimento da indústria.
