汽車在電氣化與智慧化的發(fā)展下，功能的複雜性持續(xù)增加，需要算力更高且更有彈性的軟/硬體設(shè)計。因此汽車的設(shè)計概念從傳統(tǒng)的架構(gòu)，轉(zhuǎn)往軟體定義汽車(Software Defined Vehicle, SDV)與Zonal架構(gòu)的方向前進。Zonal架構(gòu)回應(yīng)軟體定義汽車的趨勢，不同的功能區(qū)域由不同的閘道器就近控制，在減少布線與設(shè)計複雜度的同時，強化運算資源管理，優(yōu)化系統(tǒng)運算效能。且整車內(nèi)的區(qū)域閘道器透過軟體更新，彈性調(diào)整功能。為了簡化汽車內(nèi)部的纜線設(shè)計、提高軟體功能更新的彈性，以及強化系統(tǒng)內(nèi)的運算效能與傳輸速度，發(fā)展Zonal架構(gòu)成為汽車產(chǎn)業(yè)關(guān)注的目標。

汽車越來越接近「四輪資料中心」，整車的運算效能與傳輸速度需求不斷提高，用以滿足大量來自駕駛輔助與資訊娛樂系統(tǒng)的資料處理需求，以提高安全性及使用者體驗。

同時，由軟體驅(qū)動的汽車翻轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的汽車架構(gòu)與概念，車廠需要適應(yīng)汽車製造模式，以及供應(yīng)鏈互動模式的轉(zhuǎn)變，車用供應(yīng)商則須克服新興的架構(gòu)設(shè)計帶來新的挑戰(zhàn)，并具備相當?shù)能涹w開發(fā)能力，以跟上軟體定義汽車的趨勢。

汽車轉(zhuǎn)向集中式運算

汽車的軟體與硬體設(shè)計架構(gòu)正經(jīng)歷劇變，Arm亞太區(qū)車用市場資深總監(jiān)鄧志偉分析，隨著汽車功能複雜化，運算資源的管理在汽車系統(tǒng)中越發(fā)重要，因此汽車的硬體架構(gòu)一定會發(fā)展為集中式運算(Central Compute)，由一個作業(yè)系統(tǒng)統(tǒng)一管理硬體的資源(圖1)。因此很多在車子裡面的I/O，需要採用Zonal架構(gòu)來管理系統(tǒng)的運算資源，集中處理顯示器、感測器等訊號的輸入/輸出。當汽車算力提升，搭配軟體功能開發(fā)/更新以及云端服務(wù)，才能實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的軟體定義汽車藍圖。

圖1　汽車的硬體架構(gòu)將發(fā)展為集中式運算　(資料來源：Arm)

為了強化整車的運算效能，車用I C從Single Die演進到Multi-die，并朝著Multi-chip，也就是小晶片(Chiplet)的方向邁進。傳統(tǒng)的Single Die已經(jīng)不足以應(yīng)付汽車日益複雜的功能，因此目前車廠多數(shù)採用Multi-die，將不同功能的晶片放在同一個PCB上，物理層的傳輸通道採用PCIe的Switch來連接晶片，并由單一作業(yè)系統(tǒng)驅(qū)動。鄧志偉進一步解釋，然而Multi-die的晶片需要透過CXL或是CCIX(Communication Protocol Transporting)協(xié)調(diào)跟溝通，導致15~25%的效能耗損。因此即便Multi-die成本較低，車廠仍投入開發(fā)車用Chiplet。

車用Chiplet的優(yōu)勢在于Chiplet內(nèi)的Die不需要每一個都採用先進製程，例如Chiplet裡面只有處理器採用先進製程，I/O介面或多媒體、人工智慧加速器則選用7nm製程，最后則透過先進封裝完成Chiplet。車用Chiplet對車廠而言是全新的技術(shù)領(lǐng)域，同時過去車廠少有與IP/晶片廠商直接合作的經(jīng)驗，因此車用Chiplet需要經(jīng)歷學習曲線后，才能實際導入到整車中。全球已知有一家車廠發(fā)出RFQ并進入執(zhí)行階段，其他車廠則還在研究，預(yù)估2027~2028年將有導入車用Chiplet的車款問世。

訊號傳輸須重視完整性

Zonal架構(gòu)與集中式運算的目的之一，就是提高車內(nèi)傳輸?shù)男?。莫?Molex)亞太南區(qū)資料通訊與汽車產(chǎn)業(yè)高級銷售總監(jiān)周善慶(圖2)指出，現(xiàn)階段市場上新推出的車款都有Level2等級的自動駕駛與智慧座艙功能，汽車系統(tǒng)為了實現(xiàn)這些智慧化功能，需要整合車外的感測器、雷達、LiDAR以及車內(nèi)的資訊。加上未來隨著汽車的自駕等級提升，汽車所需的算力與傳輸速度遽增。Level2等級的自駕僅需10 TOPS的算力，而Level3所需的算力則增加10倍，達到100 TOPS。

圖2　莫仕(Molex)亞太南區(qū)資料通訊與汽車產(chǎn)業(yè)高級銷售總監(jiān)周善慶

面對汽車自駕等級提高與軟體定義汽車的趨勢，車內(nèi)數(shù)據(jù)量與傳輸量將大幅增加，車廠投入大量心力強化汽車的訊號傳輸能力。在此趨勢下，Zonal架構(gòu)便是時勢所趨的需求，因為Zonal架構(gòu)可大幅簡化布線并集中運算資源，有助于車內(nèi)傳輸維持良好的訊號完整性與即時性。同時未來汽車也需要載用小型化且高速化的混合型連接器，連接器產(chǎn)品可透過整合低壓與高速運算(HPC)技術(shù)，協(xié)助車廠在提升汽車運算效能的同時，有效控制成本。

車廠成汽車製造PM

軟體定義汽車趨勢，除了衝擊既有的整車與車用產(chǎn)品設(shè)計思維，同時改變了供應(yīng)鏈的樣貌。周善慶表示，近年來汽車供應(yīng)鏈變化的速度加快，傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)需要48~60個月，維持5~7年的產(chǎn)品生命週期。然而中國等市場的OEM廠快速掘起，生產(chǎn)加上測試的時間縮短至24~30個月，產(chǎn)品生命週期約為3~5年，且更樂意採用新興技術(shù)。在車廠與供應(yīng)商的互動方面，鄧志偉提及，目前車廠從跟Tier1互動的供應(yīng)模式，轉(zhuǎn)為整車生產(chǎn)的大型專案管理者，除了與Tier1業(yè)者合作，也需要與其他供應(yīng)商共同開發(fā)車用產(chǎn)品，以加快實現(xiàn)Zonal架構(gòu)與軟體定義汽車的目標。

整車的設(shè)計朝向Zonal架構(gòu)與軟體定義的方向變革，透過提高算力與數(shù)據(jù)傳輸量，滿足日益複雜的汽車功能。車廠與車用供應(yīng)商皆需要靈活應(yīng)對以軟體與使用者為核心的設(shè)計思維，透過密集協(xié)作，共同實現(xiàn)軟體定義汽車的藍圖。