車聯(lián)網(wǎng)的“硅”宿

技術(shù)專家經(jīng)常過度使用"顛覆性"和"革命性"等詞，但最近汽車設(shè)計(jì)和制造的演變無疑既具有顛覆性又具有革命性。這些變化代表了過去100年來交通設(shè)計(jì)中最重大的變革，這是自汽車誕生以來最大的進(jìn)步，整個(gè)汽車正在大修，這次是用電子設(shè)備，將汽車改造成帶輪子的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

寶馬的一位工程師感嘆說，他的團(tuán)隊(duì)花了幾十年時(shí)間設(shè)計(jì)出操控性和性能都很好的汽車，然而買家首先想知道的是，這輛車是否可以與他們的手機(jī)集成。當(dāng)電子和軟件取代機(jī)械設(shè)計(jì)成為客戶選擇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，你可以想象傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)師會(huì)有多么失落。

梅賽德斯-奔馳、日產(chǎn)、沃爾沃和其他汽車公司都在投放廣告，重點(diǎn)宣傳其汽車的無線電話充電器、全數(shù)字儀表板、防撞系統(tǒng)和24聲道立體聲系統(tǒng)，這并非偶然。沒有人提及馬力、轉(zhuǎn)速、行駛、操控，甚至精致皮革等。就連福特卡車的廣告也在兜售12V插座和內(nèi)置發(fā)電機(jī)數(shù)量的賣點(diǎn)，而不是卡車的載貨能力或牽引能力。車輛總重（GVWR）已讓位給每秒萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算（Teraflops）和兆赫（MHz）。

電機(jī)、自動(dòng)駕駛技術(shù)、信息娛樂電子產(chǎn)品、服務(wù)訂閱、售后無線更新和新興的V2X通信，都成倍地增加了對(duì)半導(dǎo)體芯片和軟件的需求。行業(yè)分析師現(xiàn)在將汽車電子視為一個(gè)獨(dú)特的類別，就像計(jì)算一樣作為一個(gè)獨(dú)立的子行業(yè)。

汽車電子及電動(dòng)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)支出超過了車輛其它投入的總和

圖片來源：德勤（Deloitte）

現(xiàn)在，互聯(lián)網(wǎng)和云數(shù)據(jù)中心的強(qiáng)制性連接將汽車制造商的核心競(jìng)爭(zhēng)力從機(jī)械設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移至軟件和芯片擁有量。車聯(lián)網(wǎng)將不依靠汽油甚至電力，而是依靠數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)由片上系統(tǒng)（SoC）半導(dǎo)體進(jìn)行收集、處理、通信和存儲(chǔ)。

汽車SoC驅(qū)動(dòng)需求
 

全球汽車制造商每年生產(chǎn)約1億輛汽車和卡車。IHS Markit（2020年10月）的數(shù)據(jù)顯示，到2026年，其中一半以上將包括15-24個(gè)復(fù)雜的電子SoC設(shè)備，平均每輛車23個(gè)SoC。將這23個(gè)SoC乘以約6000萬輛汽車，僅汽車市場(chǎng)每年就有近15億個(gè)復(fù)雜的SoC，而這僅僅是五年后的事情。到2030年初，即10年后，需求將增加到20多億輛復(fù)雜的汽車SoC。

車聯(lián)網(wǎng)代表了自智能手機(jī)以來，半導(dǎo)體行業(yè)遇到的另一個(gè)重要機(jī)遇。其中一些硅材料用于高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的自動(dòng)駕駛技術(shù)。盡管如此，大部分還是進(jìn)入了信息娛樂和遠(yuǎn)程信息處理領(lǐng)域，這是幾乎每輛車都具有的功能：收音機(jī)、GPS導(dǎo)航、電子儀器、手機(jī)集成、發(fā)動(dòng)機(jī)管理等等。這些都是受消費(fèi)者需求驅(qū)動(dòng)的汽車零售市場(chǎng)的必備功能，因此，功能前衛(wèi)的汽車廣告應(yīng)運(yùn)而生。

但這項(xiàng)技術(shù)背后的基礎(chǔ)設(shè)施究竟如何？汽車制造商需要一個(gè)巨大的房間，里面裝滿了計(jì)算機(jī)服務(wù)器，這與BAT、華為、亞馬遜、谷歌、Facebook或微軟這些互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)從本質(zhì)上講并沒有什么不同。

2021-2026年汽車半導(dǎo)體收入將猛漲超50%

圖片來源：HIS Markit

假設(shè)每200輛車有一臺(tái)服務(wù)器，那么每年就有30萬臺(tái)服務(wù)器。此外，全球各地的市政當(dāng)局正積極建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施。"智能城市"技術(shù)已被部署在數(shù)百萬個(gè)交通信號(hào)燈、公路標(biāo)識(shí)、攝像頭、路燈、路邊傳感器和車輛到基礎(chǔ)設(shè)施V2I網(wǎng)絡(luò)中，并由無數(shù)英里的有線和無線接入點(diǎn)提供支持。汽車將相互通信，并與路側(cè)基站進(jìn)行通信，以獲得對(duì)延遲敏感的反應(yīng)。而如上所述所有這些基礎(chǔ)設(shè)施都需要額外的硅來進(jìn)行支撐。

除此之外軟件是硅需求的另一大缺口。保守估計(jì)，車內(nèi)軟件堆棧大約有3000萬行代碼。（相比之下，微軟Windows的舊版本大約有5000萬行代碼）一些人估計(jì)，一輛配備了各式花哨的新車會(huì)有超過1億行代碼。無論哪種方式，它都是一個(gè)復(fù)雜的、網(wǎng)絡(luò)化的、高可靠性的多處理器系統(tǒng)。

硬件可靠性至關(guān)重要，因?yàn)槠囍圃焐虒⒃诜缮鲜艿饺魏挝ｋU(xiǎn)故障的牽連。芯片設(shè)計(jì)人員以故障保護(hù)和功能冗余作為回應(yīng)，其中SoC有兩個(gè)或兩個(gè)以上的內(nèi)部處理器并排運(yùn)行，不斷地相互檢查。這給SoC設(shè)計(jì)增加了更多的硅元素和復(fù)雜性需求。

雖然一般車企商用現(xiàn)貨芯片通常就足夠了，但如果車企想設(shè)計(jì)自己的定制化芯片，就需要從硬件中獲得更高的性能，并在軟件中增加差異化。例如，圖像處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要非常特殊的機(jī)器學(xué)習(xí)特性，這些特性又大又復(fù)雜。這種發(fā)展的一個(gè)例子是最新的特斯拉Dojo SoC，它將來自特斯拉車隊(duì)的數(shù)百萬視頻轉(zhuǎn)化為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，以改善自動(dòng)駕駛用戶體驗(yàn)。

汽車決策系統(tǒng)在完全定制芯片或集成到半定制芯片中的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）模塊中工作得最好。這意味著，2030年初將出現(xiàn)的20億SoC中，許多將完全或部分定制，以滿足新汽車生態(tài)系統(tǒng)的需求。

全球汽車公司都在尋求開發(fā)自己的解決方案，這就是為什么許多最終都會(huì)與提供SoC IP許可的公司合作。

數(shù)據(jù)為王

很難說特斯拉的股價(jià)是被高估了還是被低估了，但毫無疑問，該公司是電子汽車制造的典范。特斯拉的市值被視為一家硅谷科技公司，這絕非巧合。在許多消費(fèi)電子公司的領(lǐng)導(dǎo)下，它設(shè)計(jì)了許多芯片并開發(fā)了軟件。其核心競(jìng)爭(zhēng)力是電子產(chǎn)品。特斯拉還管理其數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。其車輛始終連接到互聯(lián)網(wǎng)和特斯拉的服務(wù)器，大量數(shù)據(jù)以地圖、娛樂、交通信息、車載傳感器收集的視覺數(shù)據(jù)和軟件更新的形式雙向流動(dòng)。這些數(shù)據(jù)對(duì)特斯拉和其他汽車互聯(lián)網(wǎng)公司具有巨大的價(jià)值，也就是說，所有這些公司都需要建立類似的系統(tǒng)。

Mobileye是另一家利用來自客戶的數(shù)據(jù)不斷改進(jìn)基于前沿軟件、SoC硅和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的典型公司。當(dāng)然，汽車制造商并非一切從頭開始，而是依賴于由供應(yīng)商（Bosch、Continental、Denso、ZF、Magna等）組成的完善網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)和構(gòu)建主要子系統(tǒng)。這些主要是機(jī)電設(shè)備，如自動(dòng)變速器或空調(diào)。在未來，這些頂級(jí)供應(yīng)商必須建立SoC設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)，以繼續(xù)向汽車制造商提供高價(jià)值的子系統(tǒng)。否則，其他擁有更多電子行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的公司將很可能取代他們的位置。許多定制SoC開發(fā)將涉及構(gòu)建SoC的傳統(tǒng)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司與具有應(yīng)用知識(shí)的汽車OEM和Tier 1之間的合作。

盡管汽車互聯(lián)網(wǎng)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能成熟，但它已經(jīng)出現(xiàn)了，它的燃料不是電、氫或汽油，而是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)推動(dòng)了用戶體驗(yàn)的不斷改進(jìn)和演變，消費(fèi)者愿意為此變革買單。汽車制造商的核心競(jìng)爭(zhēng)力正從發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤的機(jī)械設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向軟件和硅材料儲(chǔ)備。因此，可以說車聯(lián)網(wǎng)是用硅鋪就而成的。

參考文獻(xiàn)：

作者：Charles Janac