软件定义汽车催生行业变革，芯片厂商成新价值链“铁三角”之一

　　如今汽车工业正在发生着天翻地覆的变化，电气化、数字化以及云端连接化是非常重要的三大趋势。汽车业的创新爆发式增长，推动着主机厂从硬件主导型逐步转向软件主导型的开发模式，为了支持软件定义的汽车架构，主机厂的软件合作伙伴要从组装电子控制单元到为车辆开发整个软件架构都给予充分考虑，并需要一个硅片作为基础平台提供支持。 

　　在这样的趋势下，汽车半导体供应商的角色定位也在发生改变——从以往提供一组产品，转变为提供一个可根据每个OEM软件架构调整的完整芯片级平台。汽车产业的价值链关系也开始发生转变，从前的Tier1、Tier2和Tier3供应商服务OEM这种线性价值链，变为了“OEM、Tier1和技术型合作伙伴”的三角价值链。而汽车半导体厂商正是这三角中的一端——技术型合作伙伴，他们为汽车OEM 提供硬件、软件协同设计，将主机厂的软件架构适配到其芯片硅平台上。

　　汽车平台的开发周期也因此逐渐加速，越来越多的主机厂要求在芯片样片出来之前就能尽早地进行虚拟设计和开发。这意味着汽车芯片供应商必须提供SoC仿真开发模型的方式，以帮助主机厂在获得样片之前开展量产级的软件开发，从而大幅压缩开发周期。

　　对于消费者而言，过去的汽车从出售那一刻起，功能就开始慢慢退化；而未来的汽车将是可以随着时间不断升级迭代的产品，其功能将不断得到增强。这归功于OTA架构支持包括中央处理、车内电控等部分的软件升级换代，要求通过云端的连接来进行数据传输，使每一个传感器的相关数据都可以进行后台访问和大数据分析。

　　通过云端连接，打开了汽车行业一扇通往更多创新的大门，例如更多预测性的维护，主机厂甚至可以在云端构建数字孪生电池，对电池情况进行监测，并发现车况和驾驶行为对电池寿命的影响，最终最大化电池的价值。

　　为了实现这些美好的愿景，主机厂需要获得多方面的助力。“一个可拓展的、支持软件复用的芯片平台至关重要，这要求我们这样的芯片厂商可以提供中间件等要素。”在日前举办的一场媒体沟通会上，恩智浦半导体执行副总裁兼汽车处理器业务总经理 Henri Ardevol说到。

　　

　　恩智浦半导体执行副总裁兼汽车处理器业务总经理 Henri Ardevol

　　今时今日，大部分汽车芯片仍遵循非常线性的开发模式，其中每颗ECU都作为硬件和软件的组合来开发，相应的数据也被限制在该ECU中并且很难访问。而主机厂则希望不管是功能还是服务，都可以在用户使用周期中不断地得到增强和更新。因此 Henri Ardevol认为，软件和硬件的开发周期必须要解绑。“这意味着，在同一个硬件平台上必须要能够支持软件的多次迭代，同样的，一个软件平台也能够在多个硬件版本上运行，而无需重新开发、验证和集成。”

　　随着软硬件创新周期的分离，软件和硬件被越来越多地要求联合设计。据悉，当前恩智浦与主机厂的交流已经更多地聚焦在将芯片平台与软件架构匹配上，而以往芯片厂商与主机厂的讨论焦点则主要以硬件开发为主，许多时候都围绕着Tier-1和每个ECU所需要的硬件产品技术规格。

　　

　　从以硬件为中心匹配客户需求，转变为以软件为中心匹配最终用户需求。 恩智浦基于这个概念，开发了整套处理器产品组合，以适应每个主机厂可能采用的不同架构路线。以市场上已经有的域控架构为例，围绕动力总成、底盘和车身域等，将其功能集成到多应用MPU中。

　　Henri Ardevol 表示,目前绝大多数中国车厂已转向域控架构，“其中很大一部分采用了恩智浦的 16nm FinFET 处理器系列，例如S32G网关处理器能够并行处理多个应用程序，在一个MPU中可支持多个虚拟 MCU。”在其域控制器（SoC）结构中还提供隔离功能，允许多个软件开发人员在他们分配的虚拟MCU中开发应用程序，并且不同应用程序之间互不干扰，始终满足对实时性、功能安全、信息安全、可靠性和质量保证等要素的核心要求。

　　

　　汽车架构往域控制器方向演进的目标之一，是简化线束以减轻布线重量，使其更具成本效益。在现代车辆中最多可以并行运行15个不同的网络，通过高速以太网组成骨干网，将每个车身区域控制器连接到中央处理器，能够大大简化网络拓扑并降低成本。

　　“做到这一切，需要新型的微控制器系列。”Henri Ardevol 说到，“一些考虑域控架构的客户希望向汽车的各域中添加更多处理器，以便他们转向面向软件架构时在这些区域中进行更多处理。所有传感器可供任何应用程序访问，这些区域控制器也能充当传感器服务器。”

　　这与传统架构中的单个传感器与特定应用一一对应有着很大不同。应用程序可以通过订阅去获取汽车中可用的每个传感器的数据和服务，这需要一种唤醒速度快、功耗低的处理器，来将区域的高I/O能力与域控制器的高计算能力结合在一起。

　　当前部分主机厂通过安装实时车辆计算单元，来彻底简化该软件架构。通过定义软件架构，所有决策制定都集中在该实时车辆计算单元中，所有执行则交给区域控制器来实现。

　　

　　“这需要有一个更强大的实时处理器，也就是我们全新产品组合中的5nm处理器。” Henri Ardevol 说到，恩智浦的核心考量是开发一系列具有高度一致性的处理器，并专注于促进客户软件复用。“从提供通用型的MCU，到高度一致性的S32系列实时车载处理器，能够保证为上述任何一种汽车架构模式开发的应用程序都可以移植到不同的处理器上。强大的可扩展性和灵活性，能够支持主机厂对车辆架构的定义和演变。”

　　要实现软件定义的汽车系统开发，不仅需要一系列处理器，还需要围绕处理器开发大量周边器件。在汽车技术演进的过程中，也需要将所有周边设备视为由多个芯片组成的完整系统，以便同步开发来优化整个系统的性能和成本。

　　恩智浦半导体执行副总裁兼高级模拟器业务总经理Jens Hinrichsen进一步介绍了该公司是如何在系统级别制定周边模拟器件路线的。他认为，软件定义汽车毫无疑问将主要在电动汽车中实现，这一转变必须同时基于硬件和软件平台进行优化。

　　

　　恩智浦半导体执行副总裁兼高级模拟器业务总经理Jens Hinrichsen

　　电动汽车正逐步从小众市场，转变为大规模的量产产品，这意味着质量和可靠性成为首要要求。这不仅涉及到新能源车本身，也涉及到为新能源车赋能的基础设施，例如快充系统和本地储能系统，一切都要求开发者有一个整体的平台化思考。

　　电动车、充电基础设施以及本地存储设施所需的关键系统和应用程序，大部分可以跨领域复用，例如汽车和本地储能所需的电池管理系统。即便是同时具备电机和内燃机的混合动力汽车，也同时需要高压电池和低压电池，离不开管理高压电池的电池管理系统（BMS）、DC/DC转换器和逆变器模块。协调这一切，还需要一个“中枢大脑”以一种非常明确的方式进行管理和控制。

　　

　　“除了功率半导体，恩智浦目前的产品可以应对所有这些需求，也就是所有控制类半导体，即下图中的绿色区域。” Jens Hinrichsen说到，随着电动车转向大批量生产，降低总拥有成本越来越重要，续航里程和快充性能也需要进一步提升，以带给消费者更好的体验和易用性。此外为顺应软件定义汽车的潮流，主机厂需要实现高度模块化的开发，在所有平台上重复使用硬件和软件。“恩智浦的差异化优势正在于提供完整的解决方案，帮助主机厂解决各种痛点。”

　　

　　同样在基础设施方面，恩智浦将在汽车动力传动系统中的专业知识与技术应用于这些领域。“充电桩上实现800V的快充，必须在电网和快充之间设置缓冲，由本地化储能系统完成。” Jens Hinrichsen举例道，“此外，在欧洲、美国以及亚洲会越来越多出现自带微电网的智慧住宅，屋顶太阳能发电系统的电能流向本地储能系统后可以给电动车充电。在电动车和自家微电网之间存在电流的双向流动，以确保某些时段电动车上富余的电也能流向电网。当电动车老化后，电池还可拆下用于自家本地储能系统。”

　　据悉主机厂对这样的基础设施也相当感兴趣，因为可以共同打造并推动电气化生态。

　　

　　如上图所示，下方是储能系统，上方是充电设施，其中每一块的核心都是智能处理器平台（蓝色），围绕着处理器都有模拟器件（绿色）。除此之外，消费者会使用到计费、支付和管理等功能，所以还涉及网络连接和信息安全组件（橙色）。

　　“恩智浦提供完整解决方案，使主机厂可以获得硬件和软件相结合的预先工程设计整体包，并且已在信息安全和联网方面做好部署。” Jens Hinrichsen说到。

　　软件定义汽车是未来大势所趋，主要载体是新能源车，其中对于车厂而言有两个核心要素：软件优先和半导体技术。而恩智浦在进行半导体技术开发时就以软件优先作为思路，实现处理器和模拟器件协同开发，提供为车厂专门优化的解决方案。

　　据悉为了加快创新速度，并更好地适应软硬件协同开发的周期，恩智浦推出了虚拟化开发环境，可以确保在真实芯片样片出来之前就开启先期软件开发工作。

　　电动汽车的技术革新，与恩智浦的整体可持续发展理念息息相关。恩智浦CEO Kurt Sievers 此前曾指出，“我们今后所推出每项创新的核心之一，就是具备可持续发展的要素。”

　　谈及可持续发展，Jens Hinrichsen认为需要强调几个要素。首先，在产品和技术的发展过程中必须基于可持续来进行创新，例如通过进一步集成模拟解决方案来减少物料清单(BoM)，以及提升模拟器件的效率；第二，环境保护在公司经营中非常重要。其中包括在生产等环节对可再生能源的应用，以及在工业废弃物方面要加大回收。社会责任以及企业治理（ESG）也是推进可持续发展中需要做的重要工作。第三是社会责任，通过恩智浦全球化且日益多元化的团队积极推动可持续发展使命；第四是公司治理，恩智浦致力于与利益相关方合作推动全球可持续发展举措。保持业务和运营的透明度，落实责任，健全信任。

　　过去电动汽车是一个小众市场，只有一些主机厂配备了部分电动汽车产线，但近些年的普及速度远超人们预期，几乎每个主机厂都在推出全系的电动汽车产品。有机构预计，到2030年，全球生产的所有车辆中约有 60%会具备一定程度的电气化，“中国显然正在引领这一市场趋势，而且从创新、发布和采用角度来看，远远领先于世界上其它地区。” Jens Hinrichsen说到。

　　

　　虽然过去三年因为疫情原因，造成了电子产业供应链的问题，但恩智浦与中国市场的业务联系始终密切，尤其是在汽车行业生态系统的建设上。

　　Henri Ardevol表示，恩智浦过去几年在中国已经建立起了汽车电子应用技术能力开发中心，让中国团队能够更主动也更方便地围绕客户需求进行技术研发。更重要的是，恩智浦也需要不断拓展自己的生态合作伙伴体系，既包括工程设计、服务，也包括应用、工具，从而最终帮助主机厂客户大大压缩开发周期。

　　对于中国不少汽车厂商自研芯片的趋势，Jens Hinrichsen认为良性的竞争非常健康，因为创新需要互相挑战才能促进各自的发展，从而各自为客户带来更大的价值。另一方面，开始自研芯片也说明主机厂越来越理解半导体的重要性，芯片逐渐占据重要的战略位置，这对整个半导体行业来说是可喜的。

　　但他同时认为，对这些自研芯片的厂商来说，可能会遇到规模经济的挑战。因为主机厂自研的芯片只能为自己所用，在可扩展性方面会遇到一些挑战。而从恩智浦这样的半导体厂商角度，则能提供面向多个主机厂客户的解决方案，通过多种方法带来不同的规模效应。

　　在多年前，恩智浦汽车业务已经实现了从MCU到MPU的重大转型，下一波将聚焦于5纳米处理器的技术开发所引领的汽车电子变革。“在产品层面上，我们也在既有芯片的基础上集成更多软件，公司的软件工程师数量甚至已超过硬件工程师。同时恩智浦在系统层面上也持续投资，力求深层次了解车辆架构的发展和演变。” Henri Ardevol说到。