近幾年汽車行業(yè)關(guān)于EEA的討論一直熱度不減，各大整車企業(yè)也紛紛宣布推出域集中、區(qū)域集中乃至中央集中式的EEA。EEA是電子電氣架構(gòu)（Electrical/Electronic Architecture）的英文名稱縮寫，這個概念最早出現(xiàn)在汽車從完全機械化產(chǎn)品向電氣化、電子化發(fā)展之時。然而到了電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化的今天，“架構(gòu)”一詞的外延更加豐富，“電子電氣”又關(guān)聯(lián)廣泛，EEA常常與芯片、軟件、網(wǎng)絡(luò)、線束、電子電氣硬件等概念一起出現(xiàn)，實際上出現(xiàn)不少問題，真的有必要對EEA進行系統(tǒng)清晰的梳理?；蛟S正是因為相關(guān)話題中混雜了太多的細(xì)節(jié)，一些企業(yè)高層對于EEA的理解與認(rèn)知也缺乏戰(zhàn)略高度，導(dǎo)致企業(yè)對于集中式EEA的落地規(guī)劃陷入了誤區(qū)。為了助力行業(yè)形成共識、加快智能汽車EEA的發(fā)展演進，蓋斯特咨詢研究團隊圍繞大家最關(guān)注的以下8個EEA問題，分享我們對于EEA最新發(fā)展趨勢的系統(tǒng)研究和深度思考。
? 從傳統(tǒng)汽車到智能汽車，EEA的內(nèi)涵發(fā)生了什么變化？
? EEA包含哪些關(guān)鍵要素？EEA在智能汽車技術(shù)全景圖中的定位是什么？
? EEA對于智能汽車具有什么作用和意義？
? EEA的總體發(fā)展趨勢是什么？
? EEA的評價維度有哪些？
? EEA的演進將分成幾個階段？
? 集中式EEA演進著面臨哪些挑戰(zhàn)？
? 整車企業(yè)如何推動集中式EEA的落地？
一、從傳統(tǒng)汽車到智能汽車，EEA的內(nèi)涵發(fā)生了什么變化？
1.EEA的概念定義
首先從基本概念上，EEA就是電子電氣器件的架構(gòu)，體現(xiàn)了整車電子電氣器件之間的連接關(guān)系。廣義上EEA包含器件及其連接關(guān)系。我們可以進一步把EEA分為“電子架構(gòu)”和“電氣架構(gòu)”，它們分別承載整車信息和能量的流動。
其中，“電子器件”一般指供電電壓小于/等于48伏、基于電子電路實現(xiàn)相關(guān)功能的低壓/弱電設(shè)備，包括車載傳感器、芯片、顯示屏等，主要負(fù)責(zé)完成信息/數(shù)據(jù)的采集、處理與利用?！半娮蛹軜?gòu)”負(fù)責(zé)整車電子器件之間的信息交互，決定了電子器件的連接關(guān)系。這種連接關(guān)系通常用“網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹眮肀硎?，即以連接各種電子器件的通信線束所構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)的物理空間布局，因此“電子架構(gòu)”也可以稱為“通信架構(gòu)”和“網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)”。
“電氣器件”一般指供電電壓高于48伏的高壓/強電設(shè)備，包括電池、電驅(qū)等，主要負(fù)責(zé)完成能量的轉(zhuǎn)換?！半姎饧軜?gòu)”負(fù)責(zé)整車用電設(shè)備（包括高壓和低壓）的供電配電，并決定了電氣器件的連接關(guān)系。這種連接關(guān)系通常用“電氣拓?fù)洹眮肀硎?，即連接各種電氣器件所用的電氣線纜的物理空間布局。
此外還需要注意以下幾點：第一，雖然電子器件的供電配電也是由電氣架構(gòu)負(fù)責(zé)，但是電子器件之間不涉及能量的流轉(zhuǎn)，因此電氣架構(gòu)對其連接關(guān)系不起決定性作用；第二，電子架構(gòu)和電氣架構(gòu)是兩套完全不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即使在物理空間上存在某些重合，但實際用到的線束/線纜是不同的；第三，電氣架構(gòu)中的高壓和低壓的供配電并非完全獨立，一方面，低壓供配電的能量是通過高壓電源變壓而來；另一方面，部分電子器件與電氣器件在物理空間上會集成在一起，比如電驅(qū)總成內(nèi)集成一個ECU（電子控制單元），因此高壓和低壓會同時存在于某些零部件。
2.EEA的內(nèi)涵變化
具體到EEA的內(nèi)涵，從傳統(tǒng)汽車發(fā)展到智能汽車的變化非常大。筆者將EEA的內(nèi)涵劃分為物理連接關(guān)系、計算通信架構(gòu)和能量配給平臺三個層面，其中計算通信架構(gòu)包括計算節(jié)點和通信網(wǎng)絡(luò)，能量配給平臺又可以區(qū)分為低壓平臺和高壓平臺。EEA的內(nèi)涵在各個層面的變化如圖1所示。
圖1傳統(tǒng)汽車EEA與智能汽車EEA的差異
在物理連接關(guān)系層面，傳統(tǒng)汽車EEA采用分布式架構(gòu)，電子控制設(shè)備（通常是ECU）分布在各功能子系統(tǒng)/模塊中。隨著智能化帶來的功能數(shù)量激增，如果繼續(xù)沿用分布式架構(gòu)將導(dǎo)致ECU數(shù)量越來越多、布線愈發(fā)復(fù)雜，使得架構(gòu)難以持續(xù)拓展。因此，智能汽車EEA將向集中式架構(gòu)發(fā)展，即將各功能子系統(tǒng)/模塊交由集中式電子器件（比如計算平臺或域控制器）統(tǒng)一控制，從而簡化硬件的物理空間布局、連接與布線。
在計算通信架構(gòu)層面，傳統(tǒng)汽車EEA采用以MCU（微控制單元）為核心、以ECU作為計算節(jié)點、以CAN總線（控制器局域網(wǎng)總線）作為通信網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)，實現(xiàn)是面向各ECU信號的通信。隨著智能化帶來的軟件集中與復(fù)雜度提高，汽車需要更大的算力來支撐軟件運行，因此以異構(gòu)SoC（系統(tǒng)級芯片）為核心的計算平臺將成為主要的計算節(jié)點。此外，智能汽車要求軟件能夠靈活調(diào)用硬件，這需要更大的通信帶寬和更靈活的通信機制，因此車載以太網(wǎng)將成為新的主干網(wǎng)，支撐上層實現(xiàn)面向服務(wù)的通信。計算節(jié)點和通信網(wǎng)絡(luò)的升級也將反過來進一步促進EEA的集中化。
在能量配給平臺層面，傳統(tǒng)汽車由于高壓器件較少，主要采用基于蓄電池的低壓供電以及基于電磁繼電器的靜態(tài)配電。而電動化作為智能化的有力支撐，動力電池、電驅(qū)等三電及其附帶的高壓器件均會搭載在智能汽車上，智能汽車EEA也將新增高壓供電配電網(wǎng)絡(luò)。此外，智能化也要求低壓平臺采取更加安全、節(jié)能和靈活的電源管理策略，這需要基于芯片實現(xiàn)智能動態(tài)配電。
二、EEA包含哪些關(guān)鍵要素？EEA在智能汽車技術(shù)全景圖中的定位是什么？
對于智能汽車而言，EEA在“能量配給平臺”層面的內(nèi)涵并非重點，因此在大部分語境中，狹義上的EEA通常指的是電子器件的連接關(guān)系，即通信網(wǎng)絡(luò)。而廣義上的EEA則包含“計算通信架構(gòu)”中的所有電子電氣器件及其連接關(guān)系，為汽車軟件提供基礎(chǔ)能力支撐與可供調(diào)用的硬件資源來源?？紤]到狹義EEA可談?wù)摰膬?nèi)容有限，本文后續(xù)內(nèi)容主要討論廣義EEA。
圖2展示了EEA在智能汽車技術(shù)架構(gòu)中所處的位置、構(gòu)成要素，以及其與其他要素之間的關(guān)系?？梢钥闯?，EEA既是軟件運行與交互的支撐，又是硬件接入與集成的平臺。
EEA構(gòu)成要素之一是傳感器、執(zhí)行器等功能硬件，它們通過硬件接口和線束接入整車通信網(wǎng)絡(luò)。這些硬件所提供的功能性能是實現(xiàn)整車體驗的基礎(chǔ)能力。在軟硬解耦趨勢下，未來功能硬件的相關(guān)控制模型將實現(xiàn)知識化、抽象化，從而允許通過軟件將硬件功能封裝成為基礎(chǔ)服務(wù)單元，支撐構(gòu)建上層SOA（面向服務(wù)的架構(gòu)）。
EEA構(gòu)成要素之二是計算平臺/控制器，它們是所有車載軟件最終部署的地方，通過提供計算與存儲資源來支撐軟件的運行。計算平臺/控制器的數(shù)量可以是一個或多個，這既與車載軟件的集中程度有關(guān)，又與芯片技術(shù)的發(fā)展有關(guān)，具體將在后文詳細(xì)介紹。
EEA構(gòu)成要素之三是通信網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)硬件的連接與信號的傳輸。首先，通信網(wǎng)絡(luò)需要建立不同計算平臺之間的連接，從而支持跨域/跨平臺的軟件交互；其次，通信網(wǎng)絡(luò)需要建立功能硬件與計算平臺之間的連接，從而支持部署在計算平臺上的軟件能夠靈活調(diào)用底層功能硬件；最后，通信網(wǎng)絡(luò)需要提供以太網(wǎng)等硬件層通信協(xié)議，從而支撐上層復(fù)雜的軟件層協(xié)議，比如實現(xiàn)SOA所必需的面向服務(wù)的通信。
圖2智能汽車技術(shù)架構(gòu)
三、EEA在智能汽車具有什么作用和意義？
筆者此前的微信文章《“新汽車”SOA發(fā)展趨勢與實施策略研究》中曾經(jīng)提到，智能汽車中軟硬解耦趨勢本質(zhì)上就是邏輯與物理分離的過程，而軟件架構(gòu)決定邏輯連接關(guān)系，EEA決定物理連接，兩者是靈魂和軀體的協(xié)同共生關(guān)系。
如果把整車架構(gòu)設(shè)計類比為城市規(guī)劃，那么以SOA為代表的軟件架構(gòu)對應(yīng)一種特殊的城市運行機制，EEA則對應(yīng)城市總體布局。下面根據(jù)“軟件先行”的SOA架構(gòu)設(shè)計流程，說明SOA與EEA之間的緊密聯(lián)系，以及EEA對于智能汽車的重要意義：
第一，EEA決定了整車軟件在硬件上的部署。設(shè)計SOA的第一步是進行服務(wù)的劃分與定義，即確定服務(wù)集合、服務(wù)顆粒度、服務(wù)功能性能，類似于城市規(guī)劃中明確城市的正常運轉(zhuǎn)需要具備哪些功能；而設(shè)計EEA時就需要考慮為每種服務(wù)提供必要的底層硬件支撐，包括傳感器、執(zhí)行器、計算、存儲、通信帶寬等資源，類比城市規(guī)劃就是明確承擔(dān)城市各功能的建筑物以及配套設(shè)施。
第二，EEA不僅影響整車功能的橫向打通，還影響企業(yè)內(nèi)部研發(fā)組織的橫向劃分。設(shè)計SOA的第二步是明確服務(wù)之間的打通交互關(guān)系，類比城市規(guī)劃就是使城市功能實現(xiàn)充分協(xié)同；理想情況下SOA的服務(wù)之間能夠彼此相互打通、靈活訪問，但這受限于EEA的集中程度，比如部署在同一域控制器上的軟件往往比跨硬件的軟件更容易打通，類比城市規(guī)劃就是只有城市形成集群才能實現(xiàn)更充分的協(xié)同，而不同的城市集群又需要不同的管理組織。
第三，EEA為軟件的靈活交互提供了通信的硬件支撐。設(shè)計SOA的第三步是定義服務(wù)之間的通信規(guī)則，不同服務(wù)之間的通信規(guī)則是不同的，就好比城市中的物流運輸網(wǎng)絡(luò)和醫(yī)療急救轉(zhuǎn)運網(wǎng)絡(luò)需要不同的運營調(diào)度機制；但軟件層面不論設(shè)計規(guī)則如何，服務(wù)交互最終都要轉(zhuǎn)化為EEA中通信線束上的物理信號，就好比無論是物流車還是救護車都必須跑在交通道路上。
第四，EEA的設(shè)計決定軟件復(fù)雜度的上限，也影響外部功能生態(tài)的接入。設(shè)計SOA的第四步需要從可拓展性的角度對架構(gòu)進行優(yōu)化，類似在城市規(guī)劃中經(jīng)常強調(diào)城市功能的多元化與轉(zhuǎn)型升級；但就像城市的土地空間資源都是有限的，EEA提供的算力、通信帶寬、硬件接口等硬件資源也是有限的，只有做好相應(yīng)的預(yù)留才能支持軟件的靈活拓展和升級，因此EEA的設(shè)計對于外部功能生態(tài)的接入以及車載軟件復(fù)雜度的上限都有決定性影響。
第五，EEA支持硬件的平臺化設(shè)計、硬件的靈活替換與升級。設(shè)計SOA的第五步是對架構(gòu)進行跨車型、跨平臺、跨硬件適配，即強調(diào)架構(gòu)的復(fù)用性，就好比北京和上海雖然是不同的城市，但在整體的城市運行機制上有很大一部分的機制相似；但這種相似是建立在城市建設(shè)中存在很多國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，對于EEA來說就是要實現(xiàn)硬件接口的標(biāo)準(zhǔn)化，因此可以說EEA支持著硬件的平臺化設(shè)計以及可插拔式替換與升級。
綜上所述，EEA為整車的設(shè)計開發(fā)提供了物理層面的“總體布局”，同時影響著硬件、軟件以及企業(yè)組織，所以EEA和SOA都是智能汽車設(shè)計開發(fā)中首要考慮的關(guān)鍵要素。
四、EEA的總體發(fā)展趨勢是什么？
汽車智能化發(fā)展驅(qū)動汽車軟硬解耦，解耦后的軟件和硬件分別在邏輯維度和物理維度上集中，因此需要更高性能、更低成本、更加靈活的EEA。所以在討論EEA的發(fā)展方向之前，首先要了解智能汽車的發(fā)展趨勢與需求，筆者將其歸納為三點：一是，智能化時代技術(shù)發(fā)展快，用戶需求變化也快，導(dǎo)致汽車產(chǎn)品開發(fā)迭代的周期也必須加快；二是，智能化功能需求呈現(xiàn)多樣化，導(dǎo)致汽車上硬件的種類與數(shù)量增多；三是，用戶更加追求整體體驗，要求汽車上功能之間的協(xié)同要增加，導(dǎo)致功能邏輯的設(shè)計越來越復(fù)雜。以上每一個趨勢都對整車EEA提出全新的需求。
第一，產(chǎn)品開發(fā)迭代加速，意味著傳統(tǒng)的軟硬件綁定的開發(fā)模式必然走向沒落，取而代之的是軟硬解耦，讓軟件能夠脫離硬件實現(xiàn)更快的迭代，這對應(yīng)到EEA層面即前文所述的邏輯與物理分離。
第二，分布在物理空間中的硬件越多，意味著車上的線束連接越多、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越復(fù)雜，而要避免車內(nèi)空間的限制，就需要將原本由多個ECU承擔(dān)的功能集中至一個或幾個具備大算力的域控制器或計算平臺上，并使得傳感器和執(zhí)行器盡可能就近接入，即所謂的物理集中。
第三，功能邏輯設(shè)計越復(fù)雜，意味著負(fù)責(zé)實現(xiàn)這些邏輯策略對硬件進行控制和調(diào)用的軟件需要更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、更多的組件，而要降低軟件的開發(fā)難度，就要將原本針對特定硬件、采用不同軟件系統(tǒng)的多個邏輯策略集中至一個軟件系統(tǒng)內(nèi)重新設(shè)計開發(fā)（比如SOA），即所謂的邏輯集中。
因此，汽車EEA的演進趨勢可以歸納為“集中化”，并且是分別從邏輯和物理兩個維度實現(xiàn)集中。
五、智能汽車EEA的評價維度有哪些？
優(yōu)秀的智能汽車EEA應(yīng)具備三個屬性：高性能（支撐更復(fù)雜的軟件更好更快地運行）、靈活可拓展（支持產(chǎn)品在更長的周期中持續(xù)進化）、合適的成本（有利于整體研發(fā)和制造的成本控制）。EEA的集中化恰好能夠在這三個維度都實現(xiàn)優(yōu)化。
從性能維度看，邏輯集中通過讓軟件在一個系統(tǒng)內(nèi)充分共享數(shù)據(jù)，甚至部分軟件可以進行合并融合，使得軟件的運行與交互效率都更高；物理集中通過提高算力，能夠處理更多的數(shù)據(jù)、支撐更復(fù)雜的功能。
從靈活性維度看，邏輯集中后通過對軟件系統(tǒng)進行SOA設(shè)計，使得軟件高內(nèi)聚、低耦合、靈活訪問，允許對軟件組件（服務(wù)）進行靈活升級以及往架構(gòu)中靈活增加新組件；物理集中則留出了更多的布置空間，支持更多傳感器和執(zhí)行器的靈活接入。
從成本維度看，邏輯集中后通過對軟件系統(tǒng)進行SOA設(shè)計，使得軟件組件的復(fù)用性增強，避免了重復(fù)性開發(fā)，降低了研發(fā)成本；物理集中通過減少硬件數(shù)量與算力冗余降低了控制器的物料成本，另外通過簡化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得線束的成本與重量都得到了降低。
六、EEA的演進將分成幾個階段？
前面談到集中化是EEA的總體演進趨勢，具體來看，實現(xiàn)智能汽車EEA的整體進化，不僅需要邏輯集中和物理集中雙管齊下，還需要實現(xiàn)邏輯集中與物理集中的協(xié)同。實際上涉及到的內(nèi)容很多，所以不可能一蹴而就，需要分步實現(xiàn)。
1.邏輯集中
邏輯集中意味著軟件系統(tǒng)規(guī)模更大、更復(fù)雜，因此需要更先進的軟件資源管理和交互技術(shù)。在傳統(tǒng)的嵌入式軟件系統(tǒng)中，“I/O控制軟件”與“邏輯處理軟件”被混雜封裝在一起，沒有明確的邊界，這個階段也稱為“軟軟耦合”。
在談?wù)撨壿嫾兄埃覀兪紫纫獏^(qū)分“邏輯處理類軟件”和“I/O控制類軟件”?！斑壿嬏幚眍愜浖敝饕溉诤蠜Q策、人機交互、功能組合等包含復(fù)雜邏輯策略的應(yīng)用和算法，“I/O控制類軟件”主要指信號路由、數(shù)據(jù)預(yù)處理、執(zhí)行驅(qū)動等與硬件高度相關(guān)的驅(qū)動類軟件。強調(diào)二類軟件區(qū)別，是因為“邏輯集中”中的“邏輯”其實指的就是“邏輯處理類軟件”，此類軟件直接面向用戶需求進行開發(fā)，具有更多的數(shù)據(jù)橫向打通和組件復(fù)用的需求，天然就傾向于實現(xiàn)集中，而“I/O控制類軟件”與硬件高度相關(guān)，其集中與否由硬件決定而非用戶需求。
邏輯集中的第一步就是要實現(xiàn)“軟軟解耦”，需要把“邏輯處理軟件”與“I/O控制軟件”通過分類分層的封裝方式來解除綁定，進而允許不同“邏輯處理類軟件”之間能夠?qū)崿F(xiàn)打通和融合。
第二步是“功能集聚整合”，即把原本負(fù)責(zé)不同功能的多套軟件系統(tǒng)集聚整合為一個系統(tǒng)。軟軟解耦后，理論上“邏輯處理類軟件”與“I/O控制類軟件”已經(jīng)可以部署在不同的硬件上，但在實際工程開發(fā)中，考慮到對既有軟件的繼承，一般不會直接徹底打散重構(gòu)整個軟件體系。此階段一般先繼續(xù)保持“邏輯處理類軟件”與“I/O控制類軟件”在一個系統(tǒng)內(nèi)，只對“邏輯處理”部分進行繼承、融合與再開發(fā)，比如將AEB（緊急制動系統(tǒng)）、ACC（自適應(yīng)巡航系統(tǒng)）、LKA（車道保持系統(tǒng)）等多個駕駛輔助功能整合升級為NOA(自動導(dǎo)航輔助駕駛)功能。
第三步是邏輯集中的理想階段——“邏輯-控制分離”，即“邏輯處理類軟件”與“I/O控制類軟件”分別集中成兩個軟件系統(tǒng)并分別部署?！斑壿嬏幚怼边@類需要大算力的軟件可以部署至中央計算平臺，而“I/O控制類軟件”則可以部署至更靠近相關(guān)硬件的位置，這樣可以最大程度實現(xiàn)同類型算力需求的集中，減少硬件異構(gòu)集成帶來的額外成本。
例如，如果需要在一顆智能駕駛SoC上同時運行“環(huán)境感知”和“底盤控制”兩類軟件，前者更需要AI算力，而后者只需要CPU算力，那么SoC的設(shè)計必須兼顧兩者；如果將“底盤控制”軟件部署在一顆單獨的MCU上，那么SoC的研發(fā)和資源冗余就能得以簡化。
2.物理集中
相較“邏輯集中”的三個階段，“物理集中”整體可以分為“分布式”、“域融合”、“跨域融合”、“中央計算+區(qū)域控制”以及“車云一體”五個階段?！拔锢砑小钡难葸M過程對計算和通信等硬件性能的要求不斷提升，具體參見圖3。
從“分布式”到“域融合”再到“跨域融合”，目標(biāo)是先用5-7個DCU（功能域控制器）取代掉各自域內(nèi)的ECU，再進行跨域的計算整合將控制器數(shù)量縮減至3-4個。對于跨域的計算整合有不同的方式，有的車企按照功能域與功能域進行整合開發(fā)MDCU（多域控制器），有的車企則按照功能硬件的物理空間距離進行整合開發(fā)ZCU（區(qū)域控制器）。
“中央計算+區(qū)域控制”階段是一個分水嶺。在此之前控制器使用SoC芯片或MCU芯片，主要考慮物理集中的繼承關(guān)系，假如原控制器就使用了MCU芯片，那么集中后的新控制器往往繼續(xù)使用MCU芯片。但到了“中央計算+區(qū)域控制”階段，車載計算架構(gòu)已經(jīng)重構(gòu)，讓SoC芯片居中用于中央計算集群/平臺，負(fù)責(zé)大算力任務(wù)；MCU芯片則用于VIU（區(qū)域信息單元），負(fù)責(zé)與硬件控制相關(guān)的任務(wù)，這樣的計算明確分工能有效簡化硬件設(shè)計并提高計算效率。同時，VIU由于運算任務(wù)相對簡單可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，這樣允許車企針對不同車型來靈活配置所需的數(shù)量，大大提高了架構(gòu)的靈活性和通用性。
“中央計算+區(qū)域控制”階段還可以根據(jù)“中央計算”的集中程度進一步細(xì)分為“多盒（Multi-Box）”、“單盒多板（One-Box）”、“單板多芯（One-Board）”和“單芯（One-SoC）”四個小階段，這一集中過程除了依賴芯片硬件層面集成設(shè)計技術(shù)的突破之外，板間互連、片間互連、片上互連等通信技術(shù)的進步也是關(guān)鍵。
最終，根據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)“摩爾定律”的發(fā)展情況，可以預(yù)見在“單芯”階段將出現(xiàn)的瓶頸，因為車端算力不可能無限增長來滿足所有應(yīng)用場景需求，智能汽車終將迎來“車云一體”式架構(gòu)。到了“車云一體”式架構(gòu)階段，部分車端算力將轉(zhuǎn)移至路端或云端，車路云多端算力通過V2X（車聯(lián)網(wǎng)）打通并實現(xiàn)協(xié)同計算，由此將EEA的物理空間范疇從車內(nèi)拓展至車外。
3.邏輯集中與物理集中協(xié)同
綜合上述邏輯集中與物理集中的演進路徑不難發(fā)現(xiàn)，物理集中實際是邏輯集中的支撐，邏輯集中是發(fā)揮物理集中價值的關(guān)鍵，兩者相互協(xié)同才能實現(xiàn)最優(yōu)的EEA。雖然其中涉及到很多的軟件和硬件，但是軟件最終要部署在硬件上，部署的過程就是成本和效率的優(yōu)化過程。
筆者認(rèn)為，邏輯集中與物理集中存在一個最優(yōu)匹配關(guān)系，如圖4所示。筆者還標(biāo)注了各大車企在EEA方面的相關(guān)進展信息?？梢钥吹?，傳統(tǒng)燃油汽車采用的EEA是分布式物理布局，邏輯層面也是很典型的軟軟耦合的嵌入式軟件。當(dāng)?shù)搅宋锢砑械摹坝蛉诤稀焙汀翱缬蛉诤稀彪A段，實際上車企都是使用相應(yīng)的集中式控制器來支撐相應(yīng)“功能集聚整合”后的軟件運行。特斯拉早在2021年實現(xiàn)了區(qū)域集中EEA量產(chǎn)，即使今天其比較先進的EEA仍被視為行業(yè)標(biāo)桿。隨著物理維度的進一步集中，“中央計算+區(qū)域控制”正好與邏輯維度的“邏輯-控制分離”相匹配，由“中央計算”承擔(dān)復(fù)雜的“邏輯處理類軟件”，“區(qū)域控制”承擔(dān)與硬件高度相關(guān)的“I/O控制類軟件”。
然而，理想與現(xiàn)實之間總有差距，實現(xiàn)邏輯集中和物理集中的最優(yōu)匹配并不容易，常常處于不匹配的狀態(tài)。這種不匹配現(xiàn)象在“域/跨域集中式架構(gòu)”階段，常見于某域/跨域控制器硬件已經(jīng)完成了開發(fā)，而軟件層面無法將部分功能整合進來，導(dǎo)致車內(nèi)ECU數(shù)量并未減少甚至還有所增多。但是，后果更為嚴(yán)重的不匹配則體現(xiàn)在“中央集中式架構(gòu)”階段，這往往反映出企業(yè)的研發(fā)目標(biāo)與現(xiàn)有實力的不匹配。
圖4中列舉了兩個例子。第一個是某科技巨頭的概念架構(gòu)，該企業(yè)早在2020年就提出了“邏輯-控制分離”的目標(biāo)，當(dāng)時控制器的硬件水平不足以支撐實現(xiàn)這一目標(biāo)。也就是說，物理集中落后于邏輯集中，這導(dǎo)致部分傳感器、執(zhí)行器仍然需要直接接入中央計算集群，使“中央計算”的硬件設(shè)計成本明顯增加，最終該企業(yè)的相關(guān)量產(chǎn)產(chǎn)品并未按照其概念架構(gòu)來設(shè)計；第二個例子是某企業(yè)于2023年宣布實現(xiàn)了“中央計算+區(qū)域控制”的EEA 3.0量產(chǎn)，從其公開的技術(shù)資料了解到，其尚未實現(xiàn)I/O控制與邏輯處理的完全分離，仍然有很多“邏輯處理類軟件”部署在VIU上，這就是邏輯集中落后于物理集中的典型案例。
圖5展示了不同EEA集中化階段的軟件在不同硬件上的部署方式。筆者將“分布式EEA”定義為1.0階段，“域集中式EEA”定義為2.0階段，“中央集中式EEA”定義為3.0階段。從圖5中可以看出，從“域集中”到“多域/區(qū)域集中”，軟件的部署方式?jīng)]有本質(zhì)性變化，企業(yè)要做的是開發(fā)更強大的控制器以及整合更多的功能，因此即使物理和邏輯暫時不匹配也是走在正確的方向上。
需要注意的是，“部分區(qū)域化”（所謂2.9階段）的兩個軟件部署例子，可以說是既不承上、也不啟下?！拔锢砺浜笥谶壿嫛睂?dǎo)致“中央計算”的軟件架構(gòu)設(shè)計必須額外為硬件控制考慮很多安全性要求，不利于軟件的靈活迭代；“邏輯落后于物理”導(dǎo)致“區(qū)域控制”的硬件設(shè)計無法標(biāo)準(zhǔn)化復(fù)用，面向不同車型需要費時耗力重新適配，成本投入產(chǎn)生極大浪費。這種“總有一方拖累另一方”不僅體現(xiàn)在技術(shù)層面，還體現(xiàn)在技術(shù)背后的組織團隊，而團隊之間的沖突與拉扯有可能讓企業(yè)在很長一段時間都處于“3.0階段就在眼前，但一直在2.9階段打轉(zhuǎn)”的狀態(tài)。
七、集中式EEA演進面臨著哪些挑戰(zhàn)？
如前所述，推動EEA向集中化演進必須做三件事：邏輯集中、物理集中、軟硬協(xié)同。這三件事分別對應(yīng)了企業(yè)的三項能力：軟件整合與打通能力、集中化硬件開發(fā)能力和軟硬件垂直集成能力。但是其中每一項能力都面臨著技術(shù)和整供企業(yè)分工合作模式的雙重挑戰(zhàn)。
1.軟件整合與打通能力
邏輯集中必然使軟件系統(tǒng)更加復(fù)雜，這需要管理調(diào)度能力更強的OS內(nèi)核，負(fù)責(zé)管理軟件資源，以及更靈活高效的中間件來幫助軟件打通。目前OS內(nèi)核在技術(shù)上主要有兩方面挑戰(zhàn)，一方面是汽車上硬件種類多樣，現(xiàn)有的OS尚無法兼容全部的驅(qū)動；另一方面是不同軟件對OS內(nèi)核的性能需求不同，現(xiàn)有的OS產(chǎn)品難以同時兼顧。目前阿里、華為等科技公司以及極少數(shù)整車企業(yè)正在嘗試研發(fā)或改造車載OS內(nèi)核，但這種研發(fā)投入巨大，資源分散反而容易拖累整體技術(shù)進展。
對于中間件，雖然目前尚未打造出足夠安全、高效、靈活的量產(chǎn)產(chǎn)品，但不存在明顯的技術(shù)瓶頸。正是因此，軟件供應(yīng)商和車企都在相關(guān)研發(fā)上大量投入，且各有優(yōu)劣。軟件供應(yīng)商雖然專業(yè)性更強，在中間件方面的技術(shù)積累更多更快，但短時間內(nèi)很難將產(chǎn)品平臺化、通用化，難以同時服務(wù)好多家車企；相反，車企自研的中間件能夠更好地滿足自身需求。因此，圍繞中間件的整供博弈仍將持續(xù)。
2.集中化硬件開發(fā)能力
物理集中的核心能力是開發(fā)高集中度的域控制器或計算平臺，而這又可進一步分為核心SoC芯片層面的開發(fā)和計算平臺層面的開發(fā)。對于SoC，芯片企業(yè)無疑具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，但也有極少數(shù)車企能夠自研SoC，并與自研算法更好地協(xié)同。相較而言，車企更擅長在計算平臺層面的開發(fā)，而應(yīng)將供應(yīng)商具有更成熟的量產(chǎn)開發(fā)經(jīng)驗。
綜合來看，車企自研集中化硬件是期待能夠?qū)崿F(xiàn)更好地軟硬協(xié)同，從而降低對硬件資源的需求，從這個角度看，車企自研芯片是具有合理性的，但是研發(fā)周期長，不確定性較大；即使最終研發(fā)成功，量產(chǎn)規(guī)模能否攤平高昂的研發(fā)成本仍然是一個問題。因此，車企很可能仍需要借助專業(yè)芯片企業(yè)的能力，并探索新的整供合作模式。
3.軟硬件垂直集成能力
想要將高度復(fù)雜的軟件集成在高度集中的硬件上，是一個難度極大的工程問題。從任務(wù)內(nèi)容上看，車企是最適合負(fù)責(zé)軟硬件垂直集成的主體，但是其在傳統(tǒng)燃油車時代缺少經(jīng)驗積累而高度依賴供應(yīng)商，導(dǎo)致車企的實際能力與需求存在較大的差距。
從供應(yīng)商的能力現(xiàn)狀上看，目前主流一級供應(yīng)商一般只能提供單個功能域的軟硬集成方案，少數(shù)零部件巨頭具備跨域的軟硬件集成能力，而對于未來的中央集中式架構(gòu)下的整車級集成，幾乎不可能由供應(yīng)商實現(xiàn)。
從車企的能力現(xiàn)狀上看，大部分車企停留在單功能域垂直集成的水平，極少數(shù)車企能夠?qū)崿F(xiàn)跨域的軟硬件集成，因此整車企業(yè)在這方面還有很多功課需要補上。如果繼續(xù)依賴供應(yīng)商，那么路將越走越窄。
八、整車企業(yè)如何推動集中式EEA的落地？
車企在研發(fā)和量產(chǎn)集中式EEA時，需要綜合行業(yè)整體水平與自身能力制定適合自身的EEA演進路徑。筆者建議車企注意以下三方面問題：
1.根據(jù)實際情況選擇EEA集中化程度
在制定EEA集中化戰(zhàn)略時，過于落后于行業(yè)就容易被市場競爭淘汰；而過于先進，容易超出自身能力可以控制的范疇。車企需要牢記：沒有最好的架構(gòu)，只有最適合自己的架構(gòu)。所以車企需要根據(jù)實際情況來選定適合的EEA架構(gòu)發(fā)展策略。
首先，對于域集中式EEA，目前各類軟硬件技術(shù)已能夠滿足行業(yè)需求的平均水平，部分供應(yīng)商甚至能夠提供完整的域級解決方案，大部分車企或多或少都已具備域級軟硬件的開發(fā)和集成能力。筆者建議所有車企都應(yīng)將EEA至少升級到此階段，并逐步擺脫對域級供應(yīng)商的依賴，自主實現(xiàn)軟硬件垂直集成。
其次，對于跨域集中式EEA，目前在硬件層面，已有多家芯片企業(yè)推出了艙駕一體的芯片，雖然在成本和性能上可以進一步優(yōu)化，但也算滿足了基本需求；在軟件層面，艙駕融合所需的OS和中間件技術(shù)，預(yù)計還需1-2年才能成熟。對于不同企業(yè)來說，傳統(tǒng)車企在車控功能域上有較多積累，而在智駕和座艙上更依賴供應(yīng)商；造車新勢力則在智駕、座艙領(lǐng)域投入較多，相關(guān)能力掌握較強；還有少數(shù)巨頭車企具備全棧自研能力。
因此，筆者建議傳統(tǒng)車企應(yīng)優(yōu)先實現(xiàn)車控域的跨域集中，艙駕融合可以考慮與供應(yīng)商合作；造車新勢力則應(yīng)優(yōu)先自主開發(fā)艙駕融合的核心方案；而具有全棧自研能力的車企可以選擇走更為靈活的區(qū)域集中路線。
最后，對于中央集中式EEA，目前硬件層面僅有Muti-Box和One-Box的方案趨向成熟，軟件層面要實現(xiàn)真正的“邏輯-控制分離”還需要很長的發(fā)展期，并且尚無車企能真正將整車軟件整合至一個大的系統(tǒng)內(nèi)，并將其部署至中央計算集群上。因此，筆者建議車企不應(yīng)該急于推出“形似神不似”的“中央計算+區(qū)域控制”架構(gòu)，而是先在跨域融合階段積累軟硬件能力與經(jīng)驗，并推進下一代架構(gòu)的預(yù)研，等待各方面條件都成熟時再考慮量產(chǎn)。
2.基于平衡思維設(shè)計EEA
EEA的設(shè)計需要做出各種平衡，可以說是追求平衡的藝術(shù)，主要體現(xiàn)在“體驗”和“成本”、“現(xiàn)在”和“未來”、“共性”和“個性”三方面的權(quán)衡上。
對于“體驗”來說，EEA提供了計算和通信的硬件支撐，其技術(shù)的先進性決定了用戶體驗的上限，但這種先進性將造成更高的“成本”。因此，EEA的設(shè)計切勿盲目堆料，而要根據(jù)品牌定位與目標(biāo)用戶來選擇最優(yōu)性價比。
“硬件預(yù)留”是平衡“現(xiàn)在”和“未來”的關(guān)鍵。如果預(yù)留多了容易讓消費者產(chǎn)生“白花錢”的感覺，而預(yù)留少了將使得汽車后期難以持續(xù)升級迭代。想要合理預(yù)留就要求架構(gòu)師既能對未來技術(shù)變化有比較精準(zhǔn)的預(yù)測，又能對用戶的接受程度有比較好的把握。
前文已有提及，EEA設(shè)計應(yīng)能做到跨車型、跨品牌、跨平臺復(fù)用，從而分?jǐn)偝杀?，這其實指的是基礎(chǔ)共性功能，當(dāng)然不可能一套配置就滿足所有用戶對功能配置的個性化需求，所謂千人千面、千車千面。因此，EEA設(shè)計實際要做的是努力實現(xiàn)硬件標(biāo)準(zhǔn)化、平臺化，同時打造算力、主干網(wǎng)帶寬、區(qū)域控制器、功能硬件等配置可靈活調(diào)節(jié)的架構(gòu)。
要做好上述平衡，對于架構(gòu)師的要求非常高，既需要了解具體的軟硬件技術(shù)，又要了解用戶需求與業(yè)務(wù)，還要具備強大的抽象化系統(tǒng)思考。這類人才資源極為稀缺。因此，筆者建議各車企下一步要著重招攬或培養(yǎng)這類稀缺的人才。
3.面向中央集中式架構(gòu)推動企業(yè)能力與產(chǎn)業(yè)分工變革
目前行業(yè)已經(jīng)處在從EEA 2.5向3.0邁進的發(fā)展階段，而面對高度整合、空前復(fù)雜的中央集中式EEA架構(gòu)，只有車企才能主導(dǎo)架構(gòu)的設(shè)計和資源的協(xié)同，因此車企必須盡快儲備相應(yīng)能力，并及時調(diào)整分工合作模式，從而實現(xiàn)整車軟硬件的橫向整合與打通。筆者預(yù)測的理想情況下中央集中式架構(gòu)的產(chǎn)業(yè)分工詳見圖6。
圖6理想情況下中央集中式架構(gòu)的產(chǎn)業(yè)分工
對于“電子電氣器件”，車企應(yīng)主導(dǎo)定義底層功能硬件的標(biāo)準(zhǔn)化接口，至少也要做到與供應(yīng)商聯(lián)合定義，這樣才能實現(xiàn)軟硬解耦；而供電配電、通信等組件，由于功能相對基礎(chǔ)且單一，車企依賴供應(yīng)商即可；而域控制器、計算平臺等核心計算節(jié)點，考慮到車企很難具備強大的芯片設(shè)計能力，建議車企與芯片企業(yè)深度綁定或者聯(lián)合研發(fā)，將自己的重心放在集成電路板或機盒的開發(fā)上。
對于“電子電氣器件的連接關(guān)系”，EEA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須由車企自研或主導(dǎo)設(shè)計，且必須與軟件架構(gòu)深度協(xié)同，而線束等具體載體只需要借助成熟的供應(yīng)鏈即可。
筆者相信，在符合實際情況規(guī)劃、平衡設(shè)計以及合理分工下，企業(yè)將快速推動EEA架構(gòu)發(fā)展，進而行業(yè)將加速向中央集中式的EEA 3.0進化，智能汽車的產(chǎn)品形態(tài)也將迎來新一階段的升華，讓我們共同期待！
