По мере того как программно-определяемые автомобили переходят от концепции к крупномасштабной реализации, недостатки традиционной распределенной архитектуры становятся все более заметными. Такие проблемы, как высокая сложность, разрозненность данных и трудности с развертыванием функций искусственного интеллекта, вызванные разрозненным расположением десятков или даже сотен ЭБУ, стали основными узкими местами, сдерживающими модернизацию отрасли.
На этом фоне появление высокоинтегрированных центральных вычислительных процессоров приводит к критическому скачку в автомобильной электронной и электрической архитектуре от “распределенного управления доменами” к “центральным вычислениям”, изменяя конкурентный ландшафт отрасли.
От децентрализации к централизации: основная логика решения болевых точек отрасли
“Сегодня автомобили становятся все более сложными, в них встроено все больше функций. Потребители ожидают доступа к новейшим технологиям в своих автомобилях, позволяющим обновлять функции, модернизировать их и даже настраивать под себя. Однако в аппаратно-определяемых автомобилях изменение одной функции может потребовать корректировки 10 ЭБУ и 50 программных модулей, что создает огромную проблему для автопроизводителей”. Йенс Хинрихсен, исполнительный вице-президент и генеральный директор подразделения аналоговых и автомобильных встраиваемых систем компании NXP Semiconductors, откровенно заявил на недавнем брифинге для СМИ.
Он отметил, что в свете этого автопроизводители должны продвигать цифровизацию автомобилей, отделяя функции от аппаратного обеспечения и реализуя их через программное. Таким образом, обновления функций можно будет быстро выполнять с помощью центральных вычислений, которые, в свою очередь, требуют мощной бортовой вычислительной платформы в качестве поддержки.
Именно поэтому компания NXP выпустила высокоинтегрированный процессор S32N7. Его основная задача - обеспечить централизованное управление основными функциями автомобиля, разрушить барьеры между областями и начать новую эру цифровизации автомобильной промышленности.
С точки зрения технической основы, S32N7 построен на той же 5-нанометровой технологической платформе, что и S32N55. Этот передовой техпроцесс позволяет не только повысить производительность, но и достичь предельной интеграции. Он позволяет централизованно управлять силовым агрегатом, динамикой автомобиля, кузовом, шлюзом и областью безопасности на одном чипе, интегрируя программное обеспечение и данные в центральный узел автомобиля, отвечая при этом высоким стандартам функциональной безопасности и кибербезопасности, что значительно снижает сложность системы.
S32N7 оснащен 20 независимыми вычислительными процессорами, включая 8 прикладных ядер Arm® Cortex®-A78AE и 12 ядер Arm® Cortex®-R52 реального времени. Каждое ядро может работать независимо; когда одно ядро выполняет критически важные для безопасности задачи, оно остается незатронутым другими ядрами, что позволяет достичь нулевой задержки и высокого уровня функциональной безопасности.
Йенс Хинрихсен отметил, что основные автомобильные функции, такие как шасси, трансмиссия и кузов, служат основой автомобиля, представляя собой суть того, что делает автомобиль автомобилем. Эти функции должны обладать чрезвычайно высокой надежностью, функциональной безопасностью и кибербезопасностью, а также требовать сверхвысоких возможностей обработки данных в реальном времени и производительности с нулевыми задержками.
Кроме того, S32N7 может похвастаться выдающимися достижениями в области внедрения ИИ. Его возможности ИИ специально разработаны для основных функций автомобилей. Сообщается, что он оснащен встроенным процессором eIQ®Neutron NPU с базовой вычислительной мощностью около 2 TOPS. Йенс Хинрихсен заявил, что хотя эта вычислительная мощность не является выдающейся, она достаточна для поддержки основных функций ИИ в автомобилях.
В частности, он поддерживает такие практические сценарии, как обнаружение аномалий в батареях, предиктивное обслуживание и интеллектуальное управление энергией. Например, алгоритмы ИИ используются для мониторинга теплового энергопотребления элементов батареи в режиме реального времени и заблаговременного прогнозирования риска теплового разгона; или для интеллектуального отключения ненужных функций во время движения, что позволяет снизить энергопотребление и увеличить запас хода без ведома водителя.
Более того, встроенный интерфейс PCI Express поддерживает подключение дополнительных чипов ИИ (например, четыре чипа Kinara могут обеспечить вычислительную мощность 160 TOPS), оставляя достаточно места для будущего расширения функций ИИ и обеспечивая обновление до новейших чипов ИИ без переделки всей архитектуры автомобиля.
Для автопроизводителей основная ценность S3N7 заключается в ощутимых преимуществах. Благодаря сокращению десятков аппаратных модулей и оптимизации проводки и электронных устройств она может помочь автопроизводителям снизить совокупную стоимость владения (TCO) до 20%.
Йенс Хинрихсен подробно объяснил происхождение этих данных: “Мы сравнили стоимость BOM распределенной и централизованной архитектур, охватывающую всю цепочку затрат, включая полупроводники, жгуты проводов, ЭБУ, программное обеспечение и лицензии на ПО, и пришли к выводу, что общая стоимость владения может быть снижена примерно на 20%”.”
Он также подчеркнул, что наибольшее преимущество снижения затрат заключается в возможности повторного использования архитектуры: “Такая возможность повторного использования поддерживает обновление программного обеспечения на базе существующего оборудования, а благодаря OTA-обновлениям на протяжении всего жизненного цикла автомобиля можно постоянно пользоваться преимуществами снижения совокупной стоимости владения за счет возможности повторного использования”.”
Кроме того, S32N7 поддерживает масштабируемость аппаратного и программного обеспечения по моделям и маркам автомобилей, помогая автопроизводителям создавать фундаментальные платформы, распространять инновации, основанные на искусственном интеллекте, на весь автомобиль и ускорять внедрение бизнес-моделей на основе программного обеспечения.
Экологический синергизм: Ключевая переменная для преодоления последствий массового производства
Широкомасштабное применение центральных вычислительных микросхем не может быть делом рук одного предприятия; напротив, оно требует от поставщиков первого уровня, автопроизводителей и производителей микросхем экологической синергии. Хотя S32N7 обладает замечательными технологическими преимуществами, переход от образцов микросхем к массовому производству и внедрению в автомобили все еще связан с преодолением множества проблем, таких как экологическая адаптация, перенос существующих экосистем клиентов и контроль над графиком массового производства.
Ранний выход Bosch на рынок послужил решающим прорывом. Будучи первым поставщиком первого уровня, внедрившим S32N7 в автомобильные интеграционные платформы, компания Bosch провела глубокое сотрудничество с NXP, совместно разработав эталонные проекты, основы безопасности, решения для интеграции оборудования и программы поддержки экспертов. Это ускоряет развертывание систем и снижает нагрузку на интеграцию для первых пользователей.
В настоящее время Bosch создает архитектуру автомобиля на базе S32N7 и разрабатывает промышленную демонстрационную платформу, чтобы в полной мере продемонстрировать основные преимущества чипа.
Кроме того, NXP оснастила S32N7 полным инструментарием программного обеспечения и поддержкой промежуточного ПО, включая промежуточное ПО MotionWise от TTTech Auto, что помогает автопроизводителям быстро завершить адаптацию программного обеспечения и функциональную разработку, сокращая время выхода на рынок.
Сложность переноса существующих экосистем клиентов представляет собой основную проблему в продвижении S32N7 на рынок. Сегодня автопроизводители создали зрелые экосистемы управления в таких областях, как силовые агрегаты и шасси, где каждый компонент имеет специализированный программно-аппаратный комплекс. Проблемы совместимости стали основным препятствием в процессе миграции.
“Промышленность срочно нуждается в упрощении подэкосистем автомобиля, и полная архитектура и программная платформа S32N7 могут помочь автопроизводителям постепенно перенести функции пограничных узлов на центральные вычислительные блоки, - заявил Йенс Хинрихсен. Хотя этот процесс требует времени, тенденция необратима, как и процессы интеграции в компьютерной индустрии, серверной индустрии и индустрии мобильных телефонов”. Однако автомобильный сектор более сложен и требует более длительного переходного периода".
Промышленность срочно нуждается в упрощении автомобильной субэкосистемы, и полная архитектура и программная платформа, предоставляемая S32N7, может помочь автопроизводителям постепенно перенести функции пограничных узлов на центральные вычислительные блоки”, - сказал Йенс Хинрихсен. Он добавил, что хотя этот процесс требует времени, тенденция необратима, как и процессы интеграции в компьютерной индустрии, серверной индустрии и индустрии мобильных телефонов, только автомобильная промышленность более сложна и требует более длительного цикла перехода.
Что касается сроков серийного производства, то в интервью Gasgoo Йенс Хинрихсен раскрыл общий план: “Ожидается, что относительно упрощенная версия S32N7 выйдет на рынок к концу 2027 или началу 2028 года, а полная версия S32N7 будет запущена вскоре после этого”.”
Примечательно, что компания NXP рассматривает китайский рынок как ключевое поле битвы за широкомасштабное применение S32N7. Йенс Хинрихсен рассказал Gasgoo, что китайские автопроизводители проявляют большой интерес к S32N7, а также наиболее активны в реализации приложений искусственного интеллекта.
Это объясняется двумя основными причинами: с одной стороны, конкуренция на китайском рынке новых энергетических автомобилей очень жесткая, и автопроизводителям необходимо добиваться дифференциации за счет обновления архитектуры. Масштабируемость S32N7 для разных автомобилей и брендов помогает им быстро расширять портфель продуктов и международный бизнес; с другой стороны, китайские автопроизводители более агрессивны в применении ИИ и нуждаются в надежной платформе ИИ для глубокой интеграции функций ИИ в основные функции автомобиля.
Цепная реакция, архитектурные преобразования, меняющие ландшафт отрасли
Каждая итерация автомобильной электронной и электрической архитектуры вызывает глубокую реструктуризацию промышленной цепочки. От распределенных ЭБУ к контроллерам домена и затем к центральным вычислениям - автомобильная промышленность переживает полномасштабную трансформацию, охватывающую технологические маршруты, бизнес-модели и системы разделения труда. Разработка центральных вычислительных чипов станет основным катализатором этой трансформации.
Философия дизайна S32N7 в полной мере воплощает в себе предвидение долгосрочной эволюции отрасли. Йенс Хинрихсен подчеркнул: “S32N7 не рассчитан на одно поколение автомобилей, а оставляет достаточно места для долгосрочной эволюции программно-определяемых автомобилей”.”
Встроенный интерфейс PCI Express позволяет гибко наращивать вычислительную мощность ИИ. Автопроизводители могут поддерживать переход от автономного вождения L2 к автономному вождению L3 без перестройки всей архитектуры автомобиля. При этом функции искусственного интеллекта всегда в режиме онлайн могут стабильно работать даже при выключенных процессорах ADAS или IVI.
Такие “масштабируемые и обновляемые” функции точно соответствуют основным требованиям программно-определяемых автомобилей. Они позволяют автопроизводителям постоянно внедрять новые функции через OTA на базе существующего оборудования, увеличивая стоимость жизненного цикла автомобилей и делая возможным появление “обновляемых на протяжении всей жизни” автомобилей.
Реструктуризация бизнес-моделей разрушает границы традиционных отраслей. В прошлом модели прибыли автопроизводителей в основном зависели от продажи оборудования, а большинство программных функций предоставлялись единоразово, что затрудняло получение стабильного дохода после продажи автомобилей.
Появление центральной вычислительной архитектуры позволило автопроизводителям постоянно внедрять новые функции через OTA-обновления и реализовать “монетизацию программного обеспечения” за счет централизованных вычислительных мощностей и полномочий доступа к данным об автомобиле. Эта трансформация от “продажи оборудования” к “оборудование + программное обеспечение + услуги” не только изменит структуру прибыли автопроизводителей, но и подтолкнет отрасль к формированию новой бизнес-модели “оборудование как основа, программное обеспечение как душа, а услуги как крылья”, раскрывая долгосрочный потенциал прибыли.
Разделение труда в промышленной цепочке претерпевает глубокие изменения. Поставщикам первого уровня необходимо превратиться в “поставщиков системных решений” и предлагать автопроизводителям комплексные решения, объединяя ресурсы микросхем, программного и аппаратного обеспечения.
Для компаний, производящих автомобильные чипы, фокус конкуренции сместился с отдельных параметров производительности на комплексное соревнование в области интеграции, производительности в реальном времени, функциональной безопасности, масштабируемости ИИ и экологической чистоты, что еще больше повышает технические барьеры.
Следует отметить, что широкое распространение архитектур центральных вычислений также ускорит применение архитектуры RISC-V в автомобильном секторе.
Йенс Хинрихсен заявил на встрече по общению: “В настоящее время все микроконтроллеры и микропроцессоры NXP для заказчиков используют ядра Arm® Cortex®, которые представляют собой оптимальный выбор экосистемы, который мы можем предложить заказчикам на данный момент. Однако на уровне внутренних операций, невидимых для потребителей, скрытые ядра, включая DSP, уже используют архитектуру RISC-V”.”
Он добавил: “Мы активно содействуем совершенствованию экосистемы RISC-V. Когда экосистема RISC-V будет полностью готова, мы своевременно предоставим соответствующую поддержку клиентам. До этого момента компания NXP должна обеспечить стабильную и надежную поставку продуктов на базе ядра Arm”.”
С точки зрения долгосрочного развития отрасли, популяризация центральных вычислительных архитектур является неизбежным выбором для автомобильной промышленности в направлении электрификации, интеллекта и возможностей подключения. Появление таких чипов, как S32N7, обеспечивает ключевую техническую поддержку этой трансформации.
Несмотря на то что для решения таких проблем, как адаптация экосистемы и миграция технологий, еще требуется время, нельзя отрицать, что эра централизованных вычислений началась. В будущем только те предприятия, которые смогут точно уловить технологические тенденции, создать совместные экосистемы и быстро реагировать на запросы рынка, получат преимущество в этой промышленной реструктуризации и возглавят направление развития отрасли.
