(408) 844-7100 硅材料铺就的汽车互联网
电子时报
2021 年 9 月 21 日
技术专家经常过度使用 "颠覆性 "和 "革命性 "这样的词汇，但最近汽车设计和制造的演变无疑既是颠覆性的，也是革命性的。这些变化代表了过去 100 年来交通设计领域最重大的变革，是自汽车诞生初期以来最大的进步，当时蒸汽、汽油甚至电池驱动的汽车在尘土飞扬的道路上混行。整辆汽车正在被彻底改造，这一次将采用电子技术，将汽车重新打造成为车轮上的超级计算机。
一位宝马汽车公司的工程师感叹说，他的团队花了几十年的时间设计出了具有卓越操控性和性能的汽车，但买家首先想知道的却是汽车是否能与他们的手机集成。当电子和软件取代机械设计成为客户选择标准时，传统汽车设计师的沮丧心情可想而知。
梅赛德斯-奔驰、日产、沃尔沃等公司的广告都在强调其汽车的无线电话充电器、全数字仪表盘、防撞系统和 24 频道音响，这绝非偶然。没有人提到马力、转速、驾驶、操控，甚至 "丰富的科林斯皮革"。就连福特卡车的广告也是在吹嘘 12V 插座的数量和内置发电机，而不是卡车的载货能力或牵引能力。GVWR（最大总重量）已经让位于 Teraflops 和 MHz。
电动马达、自动驾驶技术、信息娱乐电子设备、基于订阅的服务、售后无线更新以及新兴的 "车对万物 "通信，都使半导体芯片和软件的需求成倍增长。行业分析师现在将汽车电子产品视为一个独特的类别，是一个独立的子行业，就像计算机或航空航天一样。
这一切将何去何从？现在，与互联网和云数据中心的强制性连接将汽车制造商的核心竞争力从机械设计转移到软件和芯片上。车联网将不再依靠汽油甚至电力，而是依靠数据。这些数据通过片上系统（SoC）半导体进行收集、处理、通信和存储。
汽车 SoC 推动需求增长
全球汽车制造商每年生产约 1 亿辆轿车和卡车。据研究公司 IHS Markit（2020 年 10 月）称，到 2026 年，其中一半以上将包括 15-24 个复杂的电子 SoC 器件，平均每辆车 23 个 SoC。将这 23 个 SoC 乘以约 6000 万辆汽车，仅汽车市场每年就将产生近 15 亿个复杂的 SoC，而这仅仅是五年后的事情。到 2030 年代初，也就是 10 年后，对复杂汽车 SoC 的需求将增加到 20 亿个以上。
车联网是自智能手机以来最重要的半导体机遇。其中一些芯片被应用于备受瞩目的高级驾驶辅助系统（ADAS）的自动驾驶技术。不过，大部分都被用于信息娱乐和远程信息处理，即几乎每辆车都有的更为熟悉和广泛的功能：收音机、GPS 导航、电子仪表盘、手机集成、发动机管理等。在以消费者需求为导向的汽车零售市场上，这些都是必备的功能，因此才有了功能前卫的汽车广告。
但这种技术只适用于汽车本身--用工程术语来说就是 "终端"。那么汽车背后的基础设施呢？汽车制造商需要满是计算机服务器的巨大房间，这与亚马逊、谷歌、Facebook 或微软并不相同。
如果我们假设每 200 辆汽车拥有一台服务器，那么每年就有 30 万台服务器。此外，全球各地的市政当局正在建设基础设施。目前，"智慧城市 "技术已经部署在数百万个交通信号灯、高速公路标志牌、摄像头、路灯、路边传感器和车辆到基础设施网络中，并由无数英里长的有线和无线接入点提供支持。汽车将相互通信，并与路边基站通信，以作出对延迟敏感的反应。所有这些都需要更多的芯片。
然后是软件。据保守估计，车载软件堆栈约有 3000 万行代码。(相比之下，旧版本的 Microsoft Windows 大约有 5000 万行代码）。据估计，一辆配备了各种功能的新车的代码行数将超过 1 亿行。无论如何，这都是一个复杂、联网、高可靠性的多处理器系统。
硬件可靠性至关重要，因为汽车制造商将为任何危险故障承担法律责任。为此，芯片设计人员采用了故障保险丝和功能冗余，即 SoC 有两个或两个以上的内部处理器并排运行，不断相互检查。这给 SoC 设计增加了更多的芯片和更高的复杂性。
虽然现成的商用芯片通常已经足够，但如果汽车制造商设计自己的定制芯片，就能从硬件中榨取更多的性能，并使软件更加与众不同。例如，图像处理神经网络需要非常特殊的机器学习功能，这些功能庞大而复杂。最新的特斯拉 Dojo SoC 就是这样一个例子，它可以将来自特斯拉车队的数百万视频转化为神经网络学习，从而改善自动驾驶的用户体验。
汽车决策系统最好使用完全定制的芯片或集成到半定制芯片中的知识产权 (IP) 模块。这意味着在 2030 年代初即将推出的 20 亿个 SoC 中，许多都将进行完全或部分定制，以满足新汽车生态系统的需求。
全球的汽车公司都在寻求开发自己的解决方案，这就是为什么许多（如果不是大多数）公司最终都会与我们（Arteris）、Arm 和 CEVA 等公司合作的原因，这些公司都拥有 SoC 的 IP 授权。我们对汽车市场走向的看法是基于十多年来与 30 多家汽车行业客户合作的经验。
数据为王
很难说特斯拉的股价是被高估还是低估了，但毋庸置疑的是，该公司是电子产品至上的汽车制造方式的典范。特斯拉的市值被估值为硅谷科技公司绝非偶然。特斯拉效仿许多消费电子公司，设计了许多芯片并开发了软件。它的核心竞争力在于电子，而不是金属弯曲。该公司还负责管理数据中心服务器。特斯拉的汽车始终与互联网和特斯拉的服务器相连，大量数据以地图、娱乐、交通信息、车载传感器收集的视觉数据和软件更新的形式双向流动。这些数据对特斯拉价值巨大，其他车联网公司--也就是说，所有公司--都需要建立类似的系统。
Mobileye 公司就是另一个例子，它利用客户提供的数据，在尖端软件、SoC 芯片和机器学习技术的基础上不断改进自己的技术。当然，汽车制造商并不是从零开始制造一切，而是依靠完善的供应商和原始设备制造商网络--博世（Bosch）、大陆（Continental）、电装（Denso）、采埃孚（ZF）、麦格纳（Magna）和许多其他公司--来设计和制造主要的子系统。这些主要是机电设备，如自动变速箱或空调。未来，这些顶级供应商必须建立 SoC 设计和软件开发团队，才能继续为汽车制造商提供高价值的子系统。否则，其他拥有更多电子经验的公司很可能会取而代之。许多定制 SoC 的开发将涉及传统半导体设计公司与汽车原始设备制造商和具备应用知识的一级供应商之间的合作。
虽然车联网需要很长时间才能成熟，但它已经出现，其动力不是电力、氢气或汽油，而是数据。数据推动着用户体验的不断改进和发展，而消费者愿意为这场革命买单。汽车制造商的核心竞争力正在从发动机和底盘的机械设计转向软件和芯片。汽车互联网是由硅铺就的。