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汽車新電子電氣架構(gòu)演進中，NXP分享芯片的機遇和挑戰(zhàn)

時間：2022-11-10 16:48:28

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[導讀]為實現(xiàn)全人類可持續(xù)發(fā)展的目標，推動汽車行業(yè)從傳統(tǒng)能源向智能電動轉(zhuǎn)型已成共識。盡管受到新冠、地緣沖突、加息等不利影響，但作為一個長期的確定性賽道，智能汽車、電動汽車仍然受到各界關(guān)注和加碼。

為實現(xiàn)全人類可持續(xù)發(fā)展的目標，推動汽車行業(yè)從傳統(tǒng)能源向智能電動轉(zhuǎn)型已成共識。盡管受到新冠、地緣沖突、加息等不利影響，但作為一個長期的確定性賽道，智能汽車、電動汽車仍然受到各界關(guān)注和加碼。

在智能電動汽車時代，芯片的作用尤為凸顯。而且隨著造車新勢力的崛起，芯片廠商和汽車行業(yè)的合作模式也愈發(fā)深入。近日，NXP在蘇州舉辦了“2022媒體開放日”活動，NXP的高層以及來自整車廠的諸多行業(yè)大咖進行了精彩的分享。

恩智浦全球副總裁、新能源及驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品線總經(jīng)理李曉鶴(右)、恩智浦大中華區(qū)汽車電子市場總監(jiān)周翔(左)

可持續(xù)發(fā)展，推動汽車電氣化變革

據(jù)IHS數(shù)據(jù)預測，要實現(xiàn)全球2050凈零排放的目標，則2030年汽車的電氣化比例要達到60%。而NXP認為，這是一個相當保守的估計，若想實現(xiàn)目標，理想的凈零排放情景是到2030年，全球的新能源車的普及率在85%以上。其實在中國，新能源汽車的普及速度已經(jīng)遠遠超過了這樣的曲線，對此NXP評價稱：中國在新能源的普及上是走在世界的前列，引領(lǐng)世界潮流的。

回顧汽車行業(yè)變革，芯片的價值愈發(fā)顯現(xiàn)。90年代末期，汽車上開始出現(xiàn)CAN總線，彼時還是一個扁平的網(wǎng)絡(luò)：一個網(wǎng)關(guān)或BCM下是一片扁平的CAN數(shù)據(jù)線。隨后的時間里，汽車的生產(chǎn)量平穩(wěn)增長，每輛車上的電子元器件總價也隨著逐步增加。而到了2018年隨著域控概念的出現(xiàn)，汽車信息的吞吐量大幅增加。如下圖所示，雖然2020年汽車產(chǎn)量下降，但由于汽車上功能復雜化需求提升，每輛車上的電子元器件需求量實現(xiàn)了更快速的增長。據(jù)恩智浦全球副總裁、新能源及驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品線總經(jīng)理李曉鶴分享，從L2到L4，汽車的電子需求量要增長一倍；從燃油車升級到電池車，電子需求量也會增長一倍；隨著智能汽車、網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，電子需求量可能是3到4倍甚至是更高的增長。

可持續(xù)發(fā)展推動汽車邁向電氣化、智能化，對于整車廠、芯片廠商等參與者都提出了新的挑戰(zhàn)；同時隨著新型號汽車研發(fā)周期的縮短，整個產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)作方式也會發(fā)生一些變化。

據(jù)NXP觀察，新能源車企在創(chuàng)新過程中面臨著諸多的挑戰(zhàn)：第一是降低整個生命周期的成本和碳排量；第二是盡可能延長續(xù)航里程，通過加快充電達到媲美傳統(tǒng)車的使用感受；第三是軟件定義汽車；第四是適應(yīng)未來百萬級平臺的打造。

在降低整個生命周期的成本這方面，NXP會通過簡化部件成本，加速自動化裝配流程，延長電池的使用壽命以及簡化二次回收利用來幫助車企降低整個生命周期的成本。在延長續(xù)航上，需要提高電驅(qū)的效率；同時需要引入AI、云計算來優(yōu)化電池使用方式。在軟件定義汽車方面，NXP也開始做整車建模，幫助客戶加快軟件仿真和開發(fā)速度。而在打造百萬級平臺的過程中，全球化的供應(yīng)、服務(wù)和標準化就顯得尤為重要。

當前汽車產(chǎn)業(yè)鏈正處于一個變化融合的階段，從新能源整車廠的角度出發(fā)，汽車行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈變得越來越短。以前Tier2、Tier1到車廠的這種線性的模式正在重塑，針對某些關(guān)鍵器件，部分新能源車企已經(jīng)開始通過內(nèi)部自研、垂直整合的形式；某些電池供應(yīng)商也會自己進行電池管理系統(tǒng)的設(shè)計。研發(fā)周期從之前的4年變成了2年，整個鏈路的響應(yīng)速度更為迅速，越來越多的廠商選擇直接和電池廠或芯片廠商協(xié)作。

李曉鶴認為，不同的整車廠根據(jù)自身多重因素，選擇了新舊的不同合作形式，這種狀態(tài)將會是長期共存。作為NXP的角度觀察，某些客戶引入NXP新產(chǎn)品的速度更快一些，某些客戶則更為保守。總體上來看NXP提供的還是一種通用型產(chǎn)品。但針對不同客戶，會在方案層面開展更為深入的探討和合作，讓NXP的產(chǎn)品更高效、可靠地嵌入到客戶的使用場景中去。不排除未來提供定制化芯片的可能，但這種討論需要基于幾個大的前提：1是這個技術(shù)方向有著確定性的前景；2是商務(wù)上有共贏的基礎(chǔ)；3是尋求一個IP的復用性。因為半導體的開發(fā)周期很長，開發(fā)成本也非常高，一般很少有一個客戶可以支撐起整個研發(fā)的費用，要做定制化的芯片，還是需要能夠找到一些底層IP的重用，通過這樣的方式才有可能開展一些定制化的服務(wù)。

恩智浦大中華區(qū)汽車電子市場總監(jiān)周翔補充到，像MCU、Arm的內(nèi)核，在底層有非常多的復用，它是基于一個基礎(chǔ)內(nèi)核再迭代后面的產(chǎn)品。這可以從另一個角度去保證新產(chǎn)品加速，讓NXP產(chǎn)品的迭代周期變得更快，進而可以很快地響應(yīng)部分車廠提出的要求，甚至是共同定義或者去幫助其定制一些產(chǎn)品。

新電子電氣架構(gòu)：域控持續(xù)演進，中央超算出現(xiàn)

90年代末，汽車網(wǎng)絡(luò)剛剛出現(xiàn)的時候，僅僅有2個CAN節(jié)點；而到了當前的一些汽車上，已經(jīng)可以看到超過200多個節(jié)點。汽車上新電子電氣架構(gòu)正在發(fā)生，但其背后的推動力，并不是電氣化，而是來自頂層產(chǎn)品定義和用戶需求引發(fā)的軟件架構(gòu)的變化，算力需求上升會帶來出現(xiàn)中央超算的形式、或中央超算+域控互補的架構(gòu)等。

針對未來的新電子電氣架構(gòu)的演進，李曉鶴認為在一段時間內(nèi)會呈現(xiàn)百花齊放的現(xiàn)象。“根據(jù)各個車廠的起點不同以及他們在軟件的邏輯上的不同，現(xiàn)在看有兩個維度：一是物理配置的演進速度，另一個是邏輯的演進速度。”李曉鶴分享到，“物理指的是盒子放在哪兒，哪幾個盒子并在一起；邏輯是指虛擬機是怎么運行起來的，虛擬盒到底是怎么放。現(xiàn)在看起來，最終大部分的車廠都會到中央超算的狀態(tài)，但是選擇先走物理路徑，然后轉(zhuǎn)邏輯路徑，還是先走邏輯路徑然后轉(zhuǎn)物理路徑，在車廠中會有不同選擇，中間的這兩條道在哪個環(huán)節(jié)上要并線，這里面可能會有若干種并線的時間點和方式。”

針對從小節(jié)點、到域控、到中央網(wǎng)關(guān)和到未來的中央計算，或自動駕駛這樣整套的產(chǎn)品系列，NXP可以提供非常完整的MCU產(chǎn)品組合。S32K，更多是針對小的域控和小的子節(jié)點；S32R是針對雷達的專用的MCU；S32Z和S32E采用了8個R核的SoC，專門針對實時處理和動力域控系統(tǒng)；S32G則是主要針對汽車網(wǎng)關(guān)應(yīng)用。

除了S32這一MCU平臺外，同時還有與之配套的電源管理IC（PMIC）、以太網(wǎng)以及CAN、LIN等，NXP都將起做成了一整個系統(tǒng)。未來汽車電子電氣架構(gòu)在演進過程中，百花齊放的的現(xiàn)象會存在較長時間，車廠迭代路線各不相同，也會有各自不同需求，恩智浦可以提供針對性的本地化支持。

電池技術(shù)創(chuàng)新：從生產(chǎn)制造走向循環(huán)的閉環(huán)

為了踐行可持續(xù)發(fā)展，需要從更高的維度上來評估和優(yōu)化交通出行的碳排，實現(xiàn)從能源源頭到最后車輪上的優(yōu)化。當最終走向“出行即服務(wù)”，在整車廠的商業(yè)模式變革的同時，我們應(yīng)注意到汽車的行駛里程將會大幅增加，與之相應(yīng)的電池、充電、電驅(qū)技術(shù)也會有這更高的要求。

從電池角度來看，已經(jīng)不僅僅是生產(chǎn)制造這么簡單的概念，而是要從整個電池生命周期的循環(huán)閉環(huán)中做出碳排優(yōu)化。第一在制造階段，可以通過光通訊BMS、無線BMS等方式，降低線束數(shù)量，解決組裝的負責行并實現(xiàn)自動組裝。此外還可以通過高度集成的智能化芯片組，減少外圍BOM的數(shù)量。第二點，在第一生命周期中要讓電池更有效地被利用。這里包括提高電驅(qū)的效率、提高電池壽命、提高SoC精度等。第三點在于等過云計算增強和優(yōu)化數(shù)據(jù)處理能力，使用云連接進行更好的OTA軟件升級。第四點是要在二次生命周期中，實現(xiàn)更好二次利用，也就是階梯利用回收。

新的電池技術(shù)，既要適應(yīng)整個電器架構(gòu)的演進，同時也要提高控制和優(yōu)化的能力。當前電池管理的硬件精度已經(jīng)能夠做到不錯，但SoC的精度很大程序上取決于軟件建模和模型維護的能力。因此從系統(tǒng)的角度去考量，哪些數(shù)據(jù)可以在本地的SoC處理，哪些需要發(fā)到云端進行推理，云端的模型的選擇等，都是需要去思考的問題。而在不同的節(jié)點上，無論是在云連接、在域控制器的軟件向上集成，還是在電池包的智能化、集成化方面，恩智浦都做了相應(yīng)的工作。

以BMS云孿生舉例，恩智浦目前與初創(chuàng)公司、大學開展了相應(yīng)合作，通過其現(xiàn)有的電池、云網(wǎng)關(guān)的參考設(shè)計，開發(fā)云計算的原型。探索如何通過云計算、物理模型、物理建模、人工智能，來更好地、更準確地估算電池的剩余電量以擴充里程，更準確估算電池的健康狀況以提高安全性和二次利用的效率。