电子电气架构 --- 车载芯片现状
我是穿拖鞋的汉子，魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。
老规矩，分享一段喜欢的文字，避免自己成为高知识低文化的工程师：
所有人的看法和评价都是暂时的，只有自己的经历是伴随一生的，几乎所有的担忧和畏惧，都是来源于自己的想象，只有你真的去做了，才会发现有多快乐。人就应该满脑子都是前途，不再在意别人的看法不再害怕别人讨厌自己，不再畏手畏脚忧心忡忡也不会在睡前反回忆白天的行为，是否让对方产生误解用你那精神内耗的态度去搞学习搞事业搞钱，然后用躺平和摆烂的态度对待人际关系，烦恼能消失一大半。
无人问津也好,技不如人也罢,你都要试着安静下来,去做自己该做的事.而不是让内心的烦躁、焦虑、毁掉你本就不多的热情和定力。
时间不知不觉中，快要来到深秋。国庆假期结束，又开始新的忙碌。成年人的我也不知道去哪里渡自己的灵魂，独自敲击一些文字算是对这段时间做一个记录。
一、背景信息
电动智能化发展推动汽车芯片需求增加随着汽车新四化进程不断推进，全球新能源汽车市场将迎来快速增长，各国新能源汽车渗透率持续提升。
聚焦中国,作为全球最大的新能源汽车市场，新能源汽车保有量位居第一且消费者对汽车智能化水平接受度最高。
智能化程度已经成为消费者心中评判新能源汽车吸引力的核心指标，随着电动化及智能化水平的进一步提高，芯片对于汽车的重要性不言而喻。在感知层面，车上多传感器融和，包括通过雷达系统(激光雷达、毫米波雷达和超声波雷达)和视觉系统(摄像头)对周围环境进行数据采集。在决策层面，通过车载计算平台及合适的算法对数据进行处理，做出最优决策，最后执行模块将决策的信号转换为车辆的行为。在控制执行层面，主要包括车辆的运动控制及人机交互，决定每个执行器如电机、油门、刹车等控制信号。
芯片在汽车上的应用
芯片是智能汽车的“大脑”，GPU、FPGA、ASIC在自动驾驶AI运算领域各有所长。传统意义上的CPU通常为芯片上的控制中心，优点在于调度管理、协调能力强，但CPU计算能力相对有限。因此，对于AI高性能计算而言，人们通常用GPU/FPGA/ASIC来做加强。
功率芯片是智能汽车的“心脏”。无论是在引擎、驱动系统中的变速箱控制和制动、或者转向控制等都离不开功率芯片。
摄像头CMOS是智能汽车的“眼睛”。CMOS图像传感器与CCD(电荷耦合组件)有着共同的历史渊源，但CMOS比CCD的价格降低15%-25%，同时，CMOS芯片可与其它硅基元器件集成利于系统成本的降低。在数量上，倒车后视，环视，前视，转弯盲区等L3以上的辅助驾驶需要约18颗摄像头。
射频接收器是智能汽车的“耳朵”。射频器件是无线通讯的重要器件。射频是可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300KHZ~300GHz之间。射频芯片是指能够将射频信号与数字信号进行转换的芯片，它包括功率放大器PA、滤波器、低噪声放大器LNA、天线开关、双工器、调谐器等。未来，射频芯片将像汽车的耳朵一样将助力C-V2X技术发展，将“人-车-路-云”等交通参与要素有机联系在一起，弥补了单车智能的不足，推动协同式应用服务发展。
超声波/毫米波雷达是智能汽车的“手杖”。智能汽车通过传感器获得大量数据，L5级别的汽车会携带传感器将达到20个以上。车载雷达主要包括超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达三种。其中，中国超声波雷达已发展的相对成熟，技术壁垒不高，毫米波雷达技术壁垒较高且是智能汽车的重要传感器，目前处于快速发展的阶段，激光雷达技术壁垒高，是高级别自动驾驶的重要传感器，但目前成本昂贵、过车规难、落地难。
存储芯片是智能汽车的“记忆“。智能汽车产业对存储器的需求与日俱增，在后移动计算时代，车用存储将成为存储芯片中重要的新兴增长点和决定市场格局的力量。DRAM、Hlash、NAND未来将被广泛地应用在智能汽车各个领域。此外，随着云和边缘计算将在智能汽车领域大放异彩，以及L4/L5级自动驾驶汽车发展出复杂网络数据及应用高级数据压缩技术，未来本地存储数量将趋于稳定，甚至可能出现下降。
汽车面板呈多屏化趋势。目前车载显示设备主要包括中控显示屏和仪表显示屏，此外智能驾驶舱仪表显示屏、挡风玻璃复合抬头显示屏、虚拟电子后视镜显示屏、后座娱乐显示屏逐渐成为智能汽车发展的新需求方向。
LED已经全面普及至智能汽车的照明领域。LED在照明的亮度和照射距离上做到了过去卤素灯无法企及的高度，可以做到弯道辅助(随动转向)、随速调节、车距警示等功能。随着LED体积、技术的发展，其智能化开始被大力开发，进而向着高亮、智能、酷炫的方向大步迈进。
与传统燃油车相比，新能源单车使用芯片数量逐渐变，大。以自动驾驶技术为例，自动驾驶级别越高，对传感器数量要求越多，L3级别自动驾驶平均搭载8个传感器芯片，而L5级别自动驾驶所需传感器芯片数量提升至20个。同理，车辆所需处理与储存的信息量也与自动驾驶技术成熟度正相关，进一步提升了控制类芯片和储存类芯片的搭载量。据统计，至2024年，新能源汽车车均芯片搭载量约1600个，与传统燃油车搭载芯片数量逐渐拉开距离。
此外,以电力系统作为动力源的新能源汽车,对电子元器件功率管理，功率转换的要求更高，提升了汽车芯片的价值。随着自动驾驶技术逐渐成熟，单车搭载芯片的价格也将更高。据统计,至2025年,汽车电子元器件 BOM(物料清单)价值将有显著提升，这主要是来自于新能源汽车电池管理及电动动力总成对电子元器件的需求(如逆变器、动力总成域控制器 DCU、各类传感器等)。
二、汽车电子电气化架构走向集中式,推动芯片性能发生结构性转变
随着近年来消费者对汽车经济性、安全性、舒适性、娱乐性等需求的提升,分布式电子电气架构已无法满足未来更高车载计算能力的需求。不仅如此，电动智能化进一步推动了电子控制器的数量,随着车内ECU、传感器数量增加,整车线束成本和布线难度也跟着大幅提升。因此无论是对更强大的算力部署、更高的信号传输效率需求，还是出于车身减重和成本控制的考量,都要求汽车电子电气的硬件架构从传统分布式朝着“集中式、轻量精简、可拓展”的方向转变。
近年来，随着消费者对汽车经济性、安全性、舒适性和娱乐性等方面需求的不断提升，传统的分布式电子电气架构已经逐渐显露出其局限性，无法满足未来汽车对于更高车载计算能力的需求。这一转变的背后，是电动智能化技术的快速发展，它极大地推动了汽车电子控制器（ECU）和传感器的数量增加。
随着车内ECU和传感器数量的不断增加，整车线束的成本和布线难度也随之大幅提升。这不仅增加了汽车制造商的生产成本，还可能对车辆的可靠性和安全性产生不利影响。因此，寻找一种更加高效、经济且可靠的汽车电子电气架构变得尤为重要。
为了满足更强大的算力部署需求、提高信号传输效率，并出于车身减重和成本控制的考量，汽车电子电气的硬件架构正在经历从传统分布式向“集中式、轻量精简、可拓展”方向的转变。这种转变具有以下显著优势：
-> 集中式架构：通过减少ECU的数量，采用高性能的计算中心来处理复杂的计算任务，可以显著提高计算效率，降低能耗，并减少线束的使用量。这不仅降低了成本，还提高了车辆的可靠性和安全性。
-> 轻量精简：通过优化硬件设计，采用更轻、更坚固的材料，以及更高效的能源管理系统，可以进一步减轻车身重量，提高燃油经济性或延长电动汽车的续航里程。
-> 可拓展性：集中式架构更容易实现硬件和软件的升级和扩展。随着技术的不断进步，汽车制造商可以轻松地添加新功能或升级现有功能，以满足消费者日益增长的需求。
汽车电子电气架构的转变是汽车行业发展的必然趋势。它不仅有助于满足消费者对汽车性能、舒适性和娱乐性的更高需求，还可以降低生产成本，提高车辆的可靠性和安全性。因此，汽车制造商应积极拥抱这一变革，加大研发投入，推动汽车电子电气架构的创新与发展。
