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前言 汽車“新四化”（電動化、智能化、網聯化、共享化）的快速推進，對半導體行業是重大利好，越來越多的電子系統為汽車行業貢獻了近90%的創新和新功能。從產業規模上看，全球汽車半導體市場2019年銷售規模為410.13億美元，預計2022年有望達到651億美元，在半導體細分領域中是增速最快的行業。 隨著智能化、電氣化技術的應用，在市場上，網聯汽車以及自動駕駛開始成為吸引消費者眼球的最大賣點。對于車企而言，他們對整車架構的研發重點正逐漸從平臺化、模塊化、輕量化的物理架構為主，向域融合、軟硬解耦的電氣架構革新轉移。 汽車電氣電子架構的變革 新技術新趨勢也帶來了新問題：網聯和自動駕駛必將產生海量數據，而車輛需要以極低的延遲在各個域之間對這些數據進行安全可靠的處理和通信，這對車輛內部的帶寬和處理能力來說都是巨大的考驗。 傳統燃油車的技術進步基本是以機械部件為主，電子系統相對簡單，大多采用ECU（電子控制器）分布式電子電氣（Electrical/Electronic Architecture，EEA）架構，每個帶有嵌入式軟件的ECU對應一個功能或少數幾個功能，通過CAN、FlexRay等總線技術連接，系統相對封閉。另外值得一提的是，分布式架構在L2級別自動駕駛時基本達到了處理極限，L3級別更是超出其承受范圍。 
圖1：博世公司提出的漸進式電子電氣架構（圖源：博世公司） 為此汽車行業內的玩家紛紛開始考慮全新的、能夠適應未來汽車“新四化”所需的電子電氣架構。比如博世公司就提出了經典的六階段汽車電子電氣架構演進路線圖。在圖1中可以看出，在汽車電子電氣架構中，“域”（Domain）的概念正在走入現實。 異軍突起的車載網關 為了解決各“域”之間大量的通信需求，車載網關開始走到前臺。
圖2：目前主流的異構車輛網絡架構以及車載網關的功能（圖源：NXP） 帶有網關的車輛是汽車行業的一個新興趨勢。網關是實現車輛電子系統之間安全可靠通信的電子設備。在本質上車載網關充當了車輛網絡域（信息娛樂、攝像頭系統、動力傳動系統等）之間的路由器和中央計算單元。 作為車輛網絡的數據交互中心，一方面車載網關提供異構汽車網絡（CAN、LIN、MOST、FlexRay等）之間的無縫通信，并解決了數據帶寬和安全方面的挑戰；另一方面，獨立網關控制器使汽車EEA的優化設計成為可能，讓整車的拓撲結構更具可擴展性，車輛的網絡數據的安全性和保密性也將得到加強。此外，網關對于實現自動駕駛至關重要，它能完成跨功能域ECU的安全連接和高帶寬通信。最后，車載網關還能帶給我們很多令人耳目一新的功能，比如使遠程OTA更新成為可能。 據360 Market Updates發布的市場調研數據，2019年，全球汽車中央網關模塊市場規模為15.349億美元，預計2026年底將達到17.294億美元，2021-2026年復合年增長率為1.7%。 車載網關幾大玩家開始發力 目前，布局車載網關的技術廠商以NXP Semiconductors、Infineon Technologies、Renesas Electronics、STMicroelectronics ( ST )、Bosch、Texas Instruments (TI)、Intel等跨國半導體企業為主；國內也有一些企業，諸如經緯恒潤、致遠電子等也進入了該領域。 實際上，過去汽車網關芯片在很長一段時間內幾乎沒什么大變化，但自2020年以來，許多芯片廠商相繼推出了針對汽車網關的新解決方案。 1. 2020年1⽉，Cypress Semiconductor (Cypress)推出了全新的S32G車輛網絡處理器，它首次將傳統微控制器（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，同時集成了網絡通信加速器，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品，S32G處理器可幫助汽車行業轉向高性能、基于域的車輛架構，并降低軟件復雜性，提高加密安全和功能安全。同時，S32G并不僅僅是網絡處理器，其獨特的功能組合還支持新的ADAS應用，并提供安全可靠的通信功能。其實，早在2017年，Cypress就向業界發布了針對互聯汽車、電動汽車和自動駕駛汽車的全新控制和計算平臺——S32汽車電子平臺。據悉，目前15家頂級車企中已經有8家開始使用S32平臺開發新產品。 2. 2020年1月，TI推出了新的Jacinto 7處理器平臺。在該平臺上，DRA829V處理器可用于網關系統。 3. 2020年3月，ST公司發布了基于安全和ASIL-B Telemaco3P MPU和ASIL-D SPC58/Chorus MCU之間千兆以太網通信的模塊化智能網關平臺（SGP），為原型化汽車智能網關和域控制器應用提供了一個有價值的開發工具。 博世的網關發展路線圖已經從簡單的CAN/LIN網關發展到安全的CAN/LIN網關，再到以太網網關，再到networks+FOTA網關，最后還將發展到汽車計算機。目前主打的T-BOX車載通訊終端是車輛內外信息交換的網關，可與ECU進行無縫通信，具備數據預處理和邊緣計算能力。 當然，除了使用安全網關芯片，網關供應商還需要開發和集成更多的安全組件。 總之，汽車網關的組成和功能與汽車網絡體系結構的發展密切相關。由于汽車行業比較“謹慎”的特點，目前汽車網絡體系結構發展還不算快，但變革已經在進行中！從中短期來看，以域控制器為主導的網絡架構仍將是主流。在這種架構中，一個強大的汽車網關是必須的，也許這也是為什么有那么多的半導體行業的大咖企業投身其中的原因吧。 文章來源：貿澤電子 作者：Doctor M |
