安波福朱魁：定义及实现下一代智能汽车架构，打造软件定义的汽车平台
由盖世汽车、AUTOSAR组织、上海车展三方联合主办的SDVF2021第二届软件定义汽车高峰论坛暨AUTOSAR2021中国日于4月19-21日在上海举办，本次活动也是2021上海车展的同期活动之一，同时也是AUTOSAR组织在中国区唯一官方活动。本次会议邀请到了安波福主动安全及用户体验事业部先进工程总工程师朱魁先生在本次论坛进行了题为《定义及实现下一代智能汽车架构，打造软件定义的汽车平台》的主题演讲，以下是他在本次演讲的主要内容：
大家下午好，今天我的演讲主题主要是智能汽车架构打造软件定义的汽车平台。
SVA其实是一个设计理念，它将定义未来5-10年汽车行业最重要的变革，所以我将从安波福视角来分享SVA的设计理念，它将如何解决当前行业的痛点问题，助力智能网联和自动驾驶汽车的实现与量产。
安波福是一家有着上百年历史的Tier1，主要聚焦在自动驾驶技术，转型成为面向未来移动出行的科技公司。
当前安波福在全球约有16万名雇员，超过1.9万名科学家和工程师，其中有近6000名软件和算法工程师，在全球三大汽车市场北美、欧洲和亚太均有所布局。其中上海是安波福在亚太区的总部，1993年进入中国到现在有30年历史，1.6万名本地雇员和3000名科学家和工程师，是安波福全球研发和工程体系的重要组成部分。
安波福主营业务是智能汽车的大脑和神经系统，也是业内唯一一家同时拥有这两方面能力的供应商，我们致力于成为整车客户的技术合作伙伴，提供面向未来移动出行的安全绿色和互联的解决方案。同时安波福也拥有未来智能汽车从底层感知执行，数据和信号传输，计算平台，汽车软件，这包含了智能驾驶域，智能座舱域和车身控制域，云端软件的全栈式能力。这使得我们在服务好整车客户的同时，也更容易发现当前汽车行业所面临的潜在问题。
回到今天的主题，如果用一个词来描述当前行业潜在问题，我会用“复杂”，这里我引用一位整车客户的原话，“架构的复杂程度已经临近崩塌的边缘。“。传统汽车架构的复杂已经大大减缓了新功能的交付和产品的创新，当前全球大部分量产汽车是基于功能架构，该架构源于上世纪90年代，当时汽车电子功能很少，汽车电子系统也并不复杂，汽车处理器也是以8或者16位单片机为主。受限于处理器能力，汽车每增加一个新的功能都会增加新的电子控制单元ECU实现。时至今日，随着更高算力处理器的芯片出现，即使我们通过很多架构优化，比如说通过高算力的处理器整合过去多个低算力ECU实现的功能，一辆汽车的电子系统在今天仍然需要50-100个ECU，其中最高配的车型需要支持上千个车辆功能，其中这些功能加起来有2亿行软件代码实现，并分布在100多个独立的ECU中。传统汽车架构的复杂在汽车生命周期各个阶段及量产后都带来了极大的挑战。
在功能架构中一个汽车的功能的开发需要同时修改多个ECU软件，以及相关的通信软件来完成。在过去30年中，大家可以想象一下，通过无数人的开发和迭代，任何一个车厂整车平台ECU之间的软件相互依赖关系已经可以说用剪不断理还乱来形容，这也导致了整车厂最费工夫的地方就是测试。在生产制造阶段其实复杂度也带来了相当大的挑战，首先汽车的内部空间已经相当的紧张，以乘用车2×5×1.6米空间为例，在保证整车造型，行驶安全有很多防撞的结构设计，驾乘人员空间舒适之后，车里空间要大，沙发够软，但是留给电子件ECU空间越来越少，并且ECU和整车线束在工厂里是由人工安装的。无法实现自动化装配，也无法满足未来自动驾驶汽车更加严格的质量要求。
在谈到量产后，消费者对未来智能汽车的期望并不像今天传统汽车一样交付即结束，而是可以像今天的智能手机一样可以不断地升级。在这里我以国内头部车厂每年100-200万年销量举例，在一个车辆生命周期15年里，乐观地说，如果把所有车转成智能车，可能在市场上需要支持OTA的汽车总量是1500-3000万辆之间，这还不是以全球前三的整车厂来举例，他们的年产销量是在900-1000万辆。
如果我们做一次OTA软件升级需要考虑多少因素呢？首先整车平台，整车厂往往会维护多个整车平台，SUV，MPV，小轿车，A级，B级和C级，而且对每一个平台每隔4-5年做一次架构升级。平台ECU，一个整车平台当中可能需要50-100个ECU，基本上每2-3年换一代，而且车厂都会搞采购供应链策略，一个ECU有多个供应商来供。如果将来中国车厂走向世界，不同地区的法律法规和功能标准都是不一样的，所以大家不难想象如果真的把所有的车都变成智能车，一次OTA软件要产生的差异化版本数量是多少? 基本上可以认为是无穷尽的。
当然这还不是最坏的情况，随着智能网联和自动驾驶汽车的发展，每年都会有大的新的功能增加，当前的汽车架构已经面临瓶颈，无法满足未来智能汽车不断升级的需求。所以我们认为汽车行业需要新的电子电气架构来解决这些潜在问题，这也是安波福推出智能架构的主要目标。我们首先要帮助车厂客户简化智能汽车的电子系统，降低智能软件对硬件平台的依赖。其次，我们要帮助车厂在车辆的生命周期中统一对汽车软件的维护，不会产生那么多版本，最终希望能赋能整车客户完全掌控未来智能汽车的用户体验。我们认为每一个车厂都应该100%掌控他自己的驾乘体验。
这里我带大家简单回顾一下SVA的设计理念。首先，我们将引入开放式服务器平台 OSP的概念。OSP将依据功能安全等级对汽车软件进行分级，并为不同等级的软件提供相应的算力服务；再根据服务器架构对整车软件进行分层，并为每一层定义标准化接口。从而使得软件和硬件分离，按照不同生命周期进行迭代。硬件最快是18个月可以发布，软件是今天改了明天就可以发布。其次，我们实现了车辆输入输出与计算的分离。我们将引入区域控制器的概念，车辆IO设备按照物理分区进行管理。今天一个车可能就一个BCM，但是将来车可能会有多个BCM，这也是我们提的区域控制器的概念。在简化电子电气架构的同时把车辆信号转为服务，以前车辆控制只是一个信号，我们要考虑将来怎么把它转化为服务，提供给服务器来使用。如果我们把未来智能汽车比作4个轮子加电脑的话，大家可以把区域控制器想象为电脑的扩展坞，使未来智能汽车像今天云计算那样扩展算力和部署软件。
图中所示SVA架构设计，中央计算集群是其中重要组成部分，还有5个独立的计算平台构成，有2个是可互为冗余的开放式服务平台，一个是用于智能座舱域，一个用于自动驾驶域，当自动驾驶域出问题时，我们可以把智能座舱域的OSP（开放式服务器平台）用来进行自动驾驶域的运算; 一个推进底盘控制器，用于适配不同的动力系统; 一个中央车辆控制器用于车辆安全互联网关和车身主控功能，传统车身架构中BCM在这个架构中拆分为多个部分; 一个车联网服务器用于边缘计算和车内数据服务。
在四个角上可以看到PDC，将实现车辆IO设备的分区管理。车辆的传感器和外设，都将由PDC实现电源管理和数据传输，根据不同车型和自动驾驶等级车辆需要2-6个PDC。比如说Tesla的Model3就是有左右两个控制器组成。中央计算集群，PDC和车辆I/O设备将通过电源和数据总线环路进行连接。当车辆发生碰撞的时候，环路一段发生故障，无论是电力供应或者数据传输都可以通过另外一段恢复，从而实现更高等级自动驾驶所需要的架构冗余。
不难看出，如果一辆智能汽车完全按照SVA设计理念来实现，它将解决之前提及的所有问题，最终解锁软件定义汽车，让智能汽车像今天智能手机一样不断升级。除此以外，SVA还将帮助整车客户降低智能汽车在生命过程当中各个阶段平台成本。我将分阶段跟大家介绍。在功能开发阶段SVA打破软硬件线性开发模式，未来汽车软件和硬件可以分布式进行开发和测试。这不仅仅加速了新功能的上市时间，还将降低整车客户75%的系统集成和测试成本，以及75%的软件质量成本。
在生产制造阶段，在保持整车算力持续增长的同时，SVA将比传统架构减轻约20%计算平台总重和空间占用，并相应减轻20%线束重量，节省50%人力成本，20%物料管理和厂房装配空间。
在量产后阶段，汽车软件维护在车辆生命周期得以统一，无论是新增功能，还是原有功能，我们的目标是让整车厂只需要维护一套软件库即可以适配到所有量产车型，这可能是几千万到上亿辆的概念，最终可以100%消除汽车软件OTA的版本维护成本。
让我们再回到技术路线图，我们所推出的智能汽车架构将在2025年得以落地，其中围绕SVA所开发的相关技术和解决方案也将在今天的域架构和下一阶段的区域架构中得以应用。当前全球大部分研发中的车型所采用的都是域架构，基于更高算力的SoC，域控制器已经实现了相近功能ECU的进一步功能和整合。时至今日，我们在全球有11个域控制器同步开发，涉及自动驾驶域，智能座舱域和车身控制域。
全球已经有多个整车厂开始了下一代的区域架构的研发。通过区域控制器进行车辆I/O的分区控制和管理，进一步降低整车电子电气架构的复杂度。我们所推出的区域控制器也将于2022年实现量产。在此基础上，通过下一次的行业迭代，随着更高性能车辆处理器的出现，OSP将得以实现。将分布在各个域控制器中的软件进一步集中和整合，从而真正从汽车架构上解锁软件定义汽车。
当然在工程实现上我们也发现了很多车厂正在采用SVA设计理念来优化现有量产架构，这可能是域架构，也可能是功能架构，我们把这一条技术路线定位为部分SVA，这种形态在2030年以前也将成为常态。
我们认为未来软件定义汽车一定是一个开放的平台，只有开放的平台才能带来无限的创新和可能。有句话说的好，众人拾柴火焰高，软件定义汽车需要全行业共同的参与和定义！除了给大家提供软件定义汽车的基础平台，我们也目标成为未来汽车应用层软件的玩家。我们将把功能架构，域架构，区域架构中所积累的大量IP和核心技术，例如辅助驾驶和自动驾驶协议栈，通过软件产品和软件服务注入到开放平台中，并在将来积极与整车厂和第三方合作伙伴共建智能汽车的美好未来。
我在这里做一个简单的总结，安波福所推出的SVA设计理念将突破传统汽车架构的瓶颈。通过软件与硬件的分离，车辆IO与计算的分离，使得计算平台服务化，车辆接口标准化，真正解锁软件定义汽车，让智能汽车可以像智能手机一样不断地升级。SVA还将帮助整车客户降低智能汽车在生命周期中的平台成本，助力他们实现模块化的平台设计。向消费者提供他们所需要的安全、绿色、互联的用户体验。谢谢大家！
