智能汽车的本质是什么?欧冶半导体高峰:统一计算+通信的平台
3月28日-30日,以“夯实电动化推进智能化实现高质量发展”为主题的中国电动汽车百人会论坛(2025)在京隆重召开!本届论坛汇聚20+政府有关部门领导、30+院士专家、100+汽车及相关领域的企业代表,共议汽车产业变革新路径。在30日召开的AI汽车论坛上,欧冶半导体首席执行官、联合创始人高峰发表精彩演讲。以下内容为现场发言实录:
欧冶半导体首席执行官、联合创始人高峰
我是欧冶半导体高峰,今天给大家汇报的题目是《区域控制器:实现汽车智能化的关键基础》。这个话题听起来不是那么性感,但是极其重要。
上个月大家可能都关注过英伟达的GTC大会,不知道大家听完GTC大会是什么样的感觉,我有一个非常深刻的感受就是英伟达公司不仅是计算巨头,同时也是一家通信巨头。这一代新的英伟达芯片在算力、芯片的基础能力方面,并没有做特别大的改进,芯片制程也没有做进一步改进,大量的创新体现在通信上,比如基于微阵列技术的CPO(共封装光学)封装,通过先进封装在芯片层面打破I/O功耗的壁垒。在解决更有效、更低功耗的计算通信问题上,英伟达做了大量的创新,在芯片和芯片的连接方面,传统的PCI-E方式不能满足大算力芯片之间高效连接的需求,所以英伟达创建了NVLink方式,使GPU实现高效扩展,同时机器和机器之间最开始引入InfiniBand,实现大规模数据无损高效计算,而且实现绕过CPU直接的内存访问,包括这次重点发布了基于以太网的Spectrum技术,来进一步在以太网的基础上实现机器和机器之间的高效的互联。所以我们看到这次GTC大会,英伟达在通信这条路上走的越来越远、越来越深。给我们的启示是什么?一个高效的计算架构,计算和通信是融为一体的,这个感悟和我今天要汇报的主题是什么关系?
我今天的主题就是我们如何围绕汽车智能化打造一个高效的超级计算机,这里面计算和通信的技术也会越来越融为一体。
让我们从汽车的E/E架构开始讲起,中央+区域的计算架构已成为未来汽车计算承载的必然选择,已经不是一个选择题,而是一个必答题。我们看汽车E/E架构的迭代演进,最早是分布式架构,一百多个ECU承载一百多个不同的汽车的电子应用,每个ECU各自为阵,我把它比喻为部落制,每个ECU各自独立,是一个信息孤岛也是功能孤岛。
第二个架构是Domain导向,我们叫功能域融合方式,现在所有的车基本高度一致的走向中央+区域,Zonal架构的方向。三年前欧冶半导体一直在行业里面非常坚定为第三代架构,为Zonal架构呼吁,我们非常欣喜地看到今天这个时点整个行业形成了高度一致,虽然不同的主机厂具体的路径选择上略有差异,但是整个的方向高度趋同。
第三代架构演进列举一些主机厂的例子,第一条路线是行业里走的最前、到目前为止最先进的,特斯拉的架构。特斯拉从2017年发布Model3,后面的Model Y都采取了同一个架构,第一次在真正实际的车上落地了Zonal架构,但是那代Zonal架构相对比较初步。它的Zonal和Zonal之间的连接采用传统的CAN的总线连接方式,网络的吞吐量比较低,鲁棒性也比较差。但是到了Cybertruck,整个E/E架构向前迈进一大步,第一次把千兆以太网引入车内的骨干网络。
在这里面我们看到,华为、小米包括各种新势力、传统车企现在其实都在纷纷发布新的E/E架构,不管是星途、浩瀚等等,大家其实都基本上走向这样的方向。所以整体判断,我相信这也是非常明确的行业趋势,就是区域控制器从中央网关+多区域控制器,走向若干的小的区域控制器加一个大的区域器这样一个非常明确的方向。
汽车智能化最重要的本质是什么?我们一直强调的一个观点是,任何一个功能都不能去定义智能汽车,真正定义一台智能汽车的其实是它的计算架构未来是什么样。正如微信不能定义智能手机,美团也不能定义智能手机,因为它们都是智能手机上一个个应用,微信可能是超级应用,但是它也不能定义一台智能手机。智能手机的本质其实是硬件平台化、应用软件化,在智能手机出现之前,要享受各种消费电子的功能,我们实际上要采购非常多独立的硬件,比方看时间需要有电子表,导航需要买一个GPS、听收音机需要买一个收音机。但是智能手机出现之后,所有的这些独立的硬件都消失了,智能手机其实是一个统一的硬件的平台,统一的计算资源,在这个基础上所有的具体的应用变成了一个个软件。智能汽车的本质我们认为也是这样,它怎么样构建一个统一的计算+通信的平台,让应用可以软件化,这个我们认为是智能汽车最本质的特征。
这里画了一张图,就是我们理解的可能很长一段时间的一个终极架构,这是一个分层架构,和数据中心里面的架构非常类似,中间是CCU计算单元,围绕车的合理的物理位置分布若干个区域控制器,最外边一圈有非常多的执行器、传感器、智能化端侧部件以及未来可扩展的外设。基于统一计算平台,在上面可以诞生OS,所谓的软件定义汽车、应用的软件化,在这样一个统一的计算平台上可以得到实现。
这是Cybertruck的E/E架构,Cybertruck全车总共368个端点,每一条线如何连接我们进行了非常深入的技术拆解和研究,这里做一个简单的展示。我们技术团队花了很多的时间对Cybertruck整体的架构进行了非常深入的拆解。我简单讲几点,第一我画了三个横圈的地方是三个区域控制器,分别分布在前舱的左边、右边还有一个在尾部,三个物理控制器。三个红圈中间一个略微粗一点的蓝线,就是千兆以太网,构成了车里面的骨干传输网络,所有的传感器、执行器都是按照就近的位置就入到区域控制器。这里面还有两个地方没画出来的,就是它的AP和Media unit controller,这两个是合封在一个计算机里面承载特斯拉的中央计算,CCU也是用以太的方式连接到骨干网上,这样就构成了前页所展示的那张图,也是目前最接近终极的车载超级计算机的一个架构。当然我们现在也看到目前国内非常多的主机厂在架构上的追赶速度非常快,甚至将来国内有可能是领先的。
稍微回顾一下车里面的通信技术的发展,车里面原来是相对独有的一个产业生态,它里面通信协议包括像CAN、LIN这些大家非常熟悉,非常稳定、成本非常低,但是总线带宽受到比较大的限制,像传统的CAN的最高带宽一般达到1兆,LIN 20K左右,当然CAN为了应对车内通信越来越高的带宽需求,向CAN-FD这个方向演进。
另一个路线是来自于互联网、来自于IT技术,IP化以太网传输技术。我们现在非常明显看到基于IP、IT的网络技术正在迅速向车里面进行渗透和覆盖,传统的CAN、LIN通信的模式和来自于车以外的行业的以太网的两条路线正在争夺车里面通信的主导权。因为我以前是在通信行业从业很长的时间,这个就非常像互联网刚刚兴起之初,最开始电话的交换网和数据通信网是两张完全不同的网,所以在互联网刚刚兴起的时候也有两条路线:1、ATM路线,就是基于传统的数字交换机,这条技术路线衍生出大容量通信的传输模式叫ATM;2、IP,这条路线当时在行业里面是非常弱小的声音,大家觉得是互联网公司的小玩意,怎么能承载大规模的通信的需求。但是后来市场选择了IP,基于IP以太网的技术其实随着互联网过去整个大的产业的发展、锤炼、成熟,已经非常的完善。现在我们也看到,其实在车里面以太网也会变成越来越重要的一个骨干网的传输模式。
下一代Zonal架构需要的核心通信技术,我们其实也可以稍微梳理一下。
1、控制器之间、控制器到执行器之间的通信的需求。
根据不同车企对下一代Zonal架构的规划来看,车载以太网作为车载的骨干网络,是必然的趋势,只是这里面有千兆、万兆不同的选择。通信的带宽会越来越高,产业来看中期未来3年甚至5年,千兆可能还是最主流的应用趋势,但是长期来讲我们觉得也会走向越来越大的带宽。
下面是10兆以太网和CAN-XL之间的竞争,现在来看10兆以太网在车端应用逐渐成熟,这方面的步子比CAN-XL要走的更快一些。
2、算力拓展的通信需求。
未来在车里也会面临这样的需求,包括像开放的PCI-E,或类似于NVlink这样的技术,一辆车的生命周期比较长,在路上至少跑6-8年,甚至10年以上,但是芯片是遵循摩尔定律,也就意味着现在最新的芯片在一年半、两年之后可能就变成过时老旧芯片,在两个完全不同节奏的产业结合的时候,预埋硬件这条道路真的可行吗?大家可以思考一下,预埋硬件这条道路有可能不是最优选择,我们怎么实现算力的灵活可扩展,随着算法演进需求、应用需求,我觉得未来这种可扩展的模式其实是我们在汽车的计算平台的承载方式上,可能是一个需要重点考虑的一个方向,因为和手机不一样,手机一年半两年可以换一台手机,一年半换一台车可能不是一个太现实的选择。
3、大通量的传感器之间的通信需求。
我们看到为了实现更高阶自动驾驶,接入传感器数量越来越多,包括作为视觉采集承载主体的摄像头分辨率越来越高,意味着对通信带宽的要求越来越高。长期来看有可能用以太的方式,但短期内我们认为SerDes这种传输方式仍然是主流,包括特斯拉到目前camera不是接入Zonal控制器,而是直接接入自动驾驶的控制器。
右边的图我们看的是中期,不是特别长期的未来,蓝线的部分基本以千兆以太网为主,这是Zonal之间的连接方式,芯片之间会需要用到超过一个G的连接速率。在端侧可能还会继续沿用CAN和LIN,但是端侧长期也会逐渐被十兆以太网取代。
Zonal控制器需求来源刚开头的时候我们也简单的讲到,最开始其实来自于车里面各个计算单元之间的计算资源不共享、难以拓展、难以升级、线束极其复杂、线束的重量极其重、线束的成本极其高、装配的效率极其低,这是我们传统第一代架构上面临的问题。之前的ZCU也存在数据的吞吐量低、网络的鲁棒性差等等问题。现在应对所有车企向中央区域架构转型,里面必须解决Zonal控制器核心的计算需求,我们必须有增强性的ZCU芯片解决方案。Zonal控制器我们认为它的核心价值总结为三个HUB:1、Data Hub,必须提供高性能边缘计算;2、I/O Hub,能够实现高效果的实时通信;3、Power Hub实现智能供电,这是需求的来源。
这页我们想讨论一颗好的主控芯片需要具备什么特征。
1、片上的存储非常重要,以前有很多外挂Flash方式,计算行业要持续满足产业的需求,当整个产业向Zonal转变的时候,没有合适的芯片承载时,大家只能选用市场上已有的芯片方案去做承载,外挂Flash这种方式其实存在巨大的信息安全的隐患,Zonal控制器是车里面承上启下重要的一个计算节点和网络节点,所以片上内置NVM、内置存储我觉得是未来所谓ZCU芯片必须具有的排他性的条件。
2、对于以太网的支持要非常的丰富,刚才我们花很多时间讨论了车载以太网演进的方向。
3、时延,车内的以太网时延非常重要,刚才我们看特斯拉的那张图里面,特斯拉怎么把所有的硬件资源变成共享化,怎么在这个基础上用软件定义功能。我举一个简单的例子,比如特斯拉做的车内的主动降噪,这个功能不算特别复杂的功能,很简单,就是通过侦测噪声源波形,通过扬声器发出反向波形对它进行抵消,这样实现主动降噪。计算逻辑是什么?首先是噪音源麦克风要采集到这个信号,采集到信号之后通过网络的传输到处理器计算得到反向波形,同时这个数据要发放到执行器,也就是末端的扬声器来给出反向的波形。但是要实现完美的主动降噪的功能,所有的从采集到计算、到发指令、到执行器完成所有的工作,整个的过程必须控制在100毫秒以内,如果超过100毫秒的话,主动降噪就不能实现,所以这是对整个网络的时延提出非常高的要求。这仅仅是一个例子,包括我们说的线控底盘,不管是线控的刹车、转向、悬挂,也都会对整个网络的时延提出很高的要求。
所以我们认为,网络的交换与控制的紧密耦合会变的非常重要,我们必须控制好以太到以太、以太到CAN的转化时延。当然欧冶的芯片我们做到业界的极低,都是个位数的微秒级别,对于未来ZCU控制器也是非常核心的价值主张。
4、AI。AI+everything,我们认为未来区域控制器其实也存在大量的AI优化的空间,包括智能的分配电、智能流量调度,也需要AI的算力作为区域控制器重要的能力。
5、丰富的I/O,车里面所有的端点通过ZCU拓展和连接。
最后这部分讲的是,我们认为一个好的区域控制器的芯片应该具备什么样的特征。所以我们也希望后续在所有的车企走向更先进的E/E架构过程中,我们从芯片的层面能够去做更多的支持。华为以前是一个通信公司,但是由通信现在变成了计算的巨头;英伟达其实是一个计算公司,但是从计算变成了通信巨头。计算和通信本来是融为一体的,当我们在思考车载超级计算及应该如何打造时候,我们不仅要思考算力本身,我们还要思考ZCU控制器怎么把我们车里面的所有的计算资源融为一个整体,真正把它变成车载计算的平台。
欢迎和大家进一步探讨,谢谢大家。
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