汽車“新四化”（電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化）的快速推進(jìn)，對半導(dǎo)體行業(yè)是重大利好，越來越多的電子系統(tǒng)為汽車行業(yè)貢獻(xiàn)了近90%的創(chuàng)新和新功能。從產(chǎn)業(yè)規(guī)模上看，全球汽車半導(dǎo)體市場2019年銷售規(guī)模為410.13億美元，預(yù)計(jì)2022年有望達(dá)到651億美元，在半導(dǎo)體細(xì)分領(lǐng)域中是增速最快的行業(yè)。

隨著智能化、電氣化技術(shù)的應(yīng)用，在市場上，網(wǎng)聯(lián)汽車以及自動駕駛開始成為吸引消費(fèi)者眼球的最大賣點(diǎn)。對于車企而言，他們對整車架構(gòu)的研發(fā)重點(diǎn)正逐漸從平臺化、模塊化、輕量化的物理架構(gòu)為主，向域融合、軟硬解耦的電氣架構(gòu)革新轉(zhuǎn)移。

汽車電氣電子架構(gòu)的變革

新技術(shù)新趨勢也帶來了新問題： 網(wǎng)聯(lián)和自動駕駛必將產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，而車輛需要以極低的延遲在各個(gè)域之間對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行安全可靠的處理和通信，這對車輛內(nèi)部的帶寬和處理能力來說都是巨大的考驗(yàn)。

傳統(tǒng)燃油車的技術(shù)進(jìn)步基本是以機(jī)械部件為主，電子系統(tǒng)相對簡單，大多采用ECU（電子控制器）分布式電子電氣（Electrical/Electronic Architecture，EEA）架構(gòu)，每個(gè)帶有嵌入式軟件的ECU對應(yīng)一個(gè)功能或少數(shù)幾個(gè)功能，通過CAN、FlexRay等總線技術(shù)連接，系統(tǒng)相對封閉。另外值得一提的是，分布式架構(gòu)在L2級別自動駕駛時(shí)基本達(dá)到了處理極限，L3級別更是超出其承受范圍。

圖1：博世公司提出的漸進(jìn)式電子電氣架構(gòu)（圖源：博世公司）

為此汽車行業(yè)內(nèi)的玩家紛紛開始考慮全新的、能夠適應(yīng)未來汽車“新四化”所需的電子電氣架構(gòu)。比如博世公司就提出了經(jīng)典的六階段汽車電子電氣架構(gòu)演進(jìn)路線圖。在圖1中可以看出，在汽車電子電氣架構(gòu)中，“域”（Domain）的概念正在走入現(xiàn)實(shí)。

異軍突起的車載網(wǎng)關(guān)

為了解決各“域”之間大量的通信需求，車載網(wǎng)關(guān)開始走到前臺。

圖2：目前主流的異構(gòu)車輛網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及車載網(wǎng)關(guān)的功能（圖源：NXP）

帶有網(wǎng)關(guān)的車輛是汽車行業(yè)的一個(gè)新興趨勢。網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)車輛電子系統(tǒng)之間安全可靠通信的電子設(shè)備。在本質(zhì)上車載網(wǎng)關(guān)充當(dāng)了車輛網(wǎng)絡(luò)域（信息娛樂、攝像頭系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)等）之間的路由器和中央計(jì)算單元。

作為車輛網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互中心，一方面車載網(wǎng)關(guān)提供異構(gòu)汽車網(wǎng)絡(luò)（CAN、LIN、MOST、FlexRay等）之間的無縫通信，并解決了數(shù)據(jù)帶寬和安全方面的挑戰(zhàn)；另一方面，獨(dú)立網(wǎng)關(guān)控制器使汽車EEA的優(yōu)化設(shè)計(jì)成為可能，讓整車的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更具可擴(kuò)展性，車輛的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全性和保密性也將得到加強(qiáng)。此外，網(wǎng)關(guān)對于實(shí)現(xiàn)自動駕駛至關(guān)重要，它能完成跨功能域ECU的安全連接和高帶寬通信。最后，車載網(wǎng)關(guān)還能帶給我們很多令人耳目一新的功能，比如使遠(yuǎn)程OTA更新成為可能。

據(jù)360 Market Updates發(fā)布的市場調(diào)研數(shù)據(jù)，2019年，全球汽車中央網(wǎng)關(guān)模塊市場規(guī)模為15.349億美元，預(yù)計(jì)2026年底將達(dá)到17.294億美元，2021-2026年復(fù)合年增長率為1.7%。

車載網(wǎng)關(guān)幾大玩家開始發(fā)力

目前，布局車載網(wǎng)關(guān)的技術(shù)廠商以NXP Semiconductors、Infineon Technologies、Renesas Electronics、STMicroelectronics （ ST ）、Bosch、Texas Instruments （ TI ）、Intel等跨國半導(dǎo)體企業(yè)為主；國內(nèi)也有一些企業(yè)，諸如經(jīng)緯恒潤、致遠(yuǎn)電子等也進(jìn)入了該領(lǐng)域。

實(shí)際上，過去汽車網(wǎng)關(guān)芯片在很長一段時(shí)間內(nèi)幾乎沒什么大變化，但自2020年以來，許多芯片廠商相繼推出了針對汽車網(wǎng)關(guān)的新解決方案。

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今年1月份，Cypress Semiconductor （Cypress）推出了全新的S32G車輛網(wǎng)絡(luò)處理器，它首次將傳統(tǒng)微控制器（MCU）與具備ASIL D功能安全的高性能微處理器（MPU）集成在一顆芯片上，同時(shí)集成了網(wǎng)絡(luò)通信加速器，相較之前的單一功能芯片，性能得到顯著提升。作為S32處理器系列中的新產(chǎn)品，S32G處理器可幫助汽車行業(yè)轉(zhuǎn)向高性能、基于域的車輛架構(gòu)，并降低軟件復(fù)雜性，提高加密安全和功能安全。同時(shí)，S32G并不僅僅是網(wǎng)絡(luò)處理器，其獨(dú)特的功能組合還支持新的ADAS應(yīng)用，并提供安全可靠的通信功能。其實(shí)，早在2017年，Cypress就向業(yè)界發(fā)布了針對互聯(lián)汽車、電動汽車和自動駕駛汽車的全新控制和計(jì)算平臺——S32汽車電子平臺。據(jù)悉，目前15家頂級車企中已經(jīng)有8家開始使用S32平臺開發(fā)新產(chǎn)品。

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2020年1月，TI推出了新的Jacinto 7處理器平臺。在該平臺上，DRA829V處理器可用于網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。

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2020年3月，ST公司發(fā)布了基于安全和ASIL-B Telemaco3P MPU和ASIL-D SPC58/Chorus MCU之間千兆以太網(wǎng)通信的模塊化智能網(wǎng)關(guān)平臺（SGP），為原型化汽車智能網(wǎng)關(guān)和域控制器應(yīng)用提供了一個(gè)有價(jià)值的開發(fā)工具。

博世的網(wǎng)關(guān)發(fā)展路線圖已經(jīng)從簡單的CAN/LIN網(wǎng)關(guān)發(fā)展到安全的CAN/LIN網(wǎng)關(guān)，再到以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，再到networks+FOTA網(wǎng)關(guān)，最后還將發(fā)展到汽車計(jì)算機(jī)。 目前主打的T-BOX車載通訊終端是車輛內(nèi)外信息交換的網(wǎng)關(guān)，可與ECU進(jìn)行無縫通信，具備數(shù)據(jù)預(yù)處理和邊緣計(jì)算能力。

當(dāng)然，除了使用安全網(wǎng)關(guān)芯片，網(wǎng)關(guān)供應(yīng)商還需要開發(fā)和集成更多的安全組件。

總之，汽車網(wǎng)關(guān)的組成和功能與汽車網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展密切相關(guān)。由于汽車行業(yè)比較“謹(jǐn)慎”的特點(diǎn)，目前汽車網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展還不算快，但變革已經(jīng)在進(jìn)行中！從中短期來看，以域控制器為主導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)仍將是主流。在這種架構(gòu)中，一個(gè)強(qiáng)大的汽車網(wǎng)關(guān)是必須的，也許這也是為什么有那么多的半導(dǎo)體行業(yè)的大咖企業(yè)投身其中的原因吧。

責(zé)任編輯：haq