智能座艙功能的落地不涉及底盤控制,安全壓力小,技術實現難度低、成果易感知,有助於迅速提升產品差異化優勢。
因此,汽車製造商在等待自動駕駛關鍵技術成熟的檔口,開始逐步將精力和資源轉移到智能座艙的升級迭代。
而消費者對產品的第一感知普遍源自視覺衝擊。因此,充滿未來科技感的座艙多屏化已成為主流趨勢。
座艙屏幕正在從過去的單屏擴展到包括中控、副駕、後座、電子後視鏡、倒車鏡、HUD等在內的多個屏幕,分別負責車輛信息顯示、娛樂、導航、駕駛員監控等功能。
比如,剛剛上市的全新一代別克GL8 Avenir,就整合了全液晶儀表、中控屏、HUD平視顯示屏等硬件,以及智能語音交互和觸屏操控等技術。
以上三個屏幕,不僅各自可以獨立顯示內容,互相之間還可以互聯互動,實現了多屏互聯、多維交互一體化。
有業內人士認為,像GL8 Avenir DIC+IVI+HUD+(RSE *2+ARS*2)這樣的組合也是豪華MPV/轎車的發展趨勢。
一、一芯多屏交互,是未來趨勢
傳統的座艙中,由於技術限制,儀表、中控等部件都是獨立存在的。隨著軟硬件技術的發展,出現了一芯多屏、多屏融合、多屏互動的方案。
比如奇瑞星途-LX採用的液晶儀表系統,需要最高的安全等級和實時性,必須保證每秒60幀的顯示刷新頻率。而該車的中控娛樂系統則需要支持各種智能駕駛艙應用,包括AR增強實景導航、地圖導航、語音控制和AI輔助駕駛等。
其電子和中控屏分別採用了Clear Linux和安卓9.0的系統。過去,這樣的功能配置通常需要至少兩顆SoC系統級芯片的支持,現在只需要一顆英特爾 Apollo Lake處理器即可搞定,同時支持兩個或者多個操作系統。
“包括特斯拉Model3 、大眾ID3、BBA等市面上主流的產品都會用一芯多屏的解決方案,這是歷史潮流的必然趨勢。”艾貝科技副總經理宋超提出,過去的解決方案基本是單芯單屏,芯片的功能十分有限。目前也僅是對價格非常敏感的主機廠或產品在使用這種方案。
而目前近半數廠家使用的多芯多屏方案則屬於單芯單屏向單芯多屏過渡的解決方案。如果主機廠想要在座艙內安裝多個屏幕,但成本壓力大,或預計出貨期短,就只能用之前的成熟方案來做。
而多芯多屏由單芯單屏演化而來,已有成熟的方案,不需要開發週期。不過,從經濟性和安全性角度,與多芯多屏的方案相比,單芯多屏方案是必然的選擇。
其關鍵優勢是可以降低系統板上因信號在多個芯片之間進出帶來的延遲而導致的性能侷限,解決了高成本的通信和性能問題。
但如果採用分離式設計,那麼每一個系統都是獨立的,不僅通信的傳輸會產生延遲,造成體驗不佳,而且成本也會增加。
從成本角度而言,使用單芯片方案的系統總成本將低於多芯片方案。
同時,單一處理器無論在硬件還是軟件方面,都需要按照最高標準設計,因此可靠性和安全性更高。
另外,一芯多屏也更加適應個性化或智能化的需求。因車聯網需要與雲端進行全面的交互,不能僅通過中控建立一個通道,而需要通過一個統一的大腦建立一個大數據網絡通道,從而能更加智能化的呈現與交互。
二、來自芯片廠商的不同配置
針對未來的自動駕駛座艙,有眾多傳統芯片廠商推出了自己的產品,包括高通的SA8155、英特爾的A3950、NXP的i.MX8、瑞薩的R-CAR H3等系列。
其中,SA8155是高通最新的汽車級系統級芯片,達到了7納米的先進製作工藝,可同時支持八個屏幕的操作,目前屬於行業頭部水平,但成本較高。
英特爾的A3950基於14納米工藝,4個內核,CPU算力42K,GPU算力為187GTOPS,已用於特斯拉Model3、長城、紅旗、寶馬,沃爾沃等品牌。
瑞薩的R-CAR H3基於16納米工藝,8個內核,CPU算力達40K,GPU為GX6650,算力288GTOPS,多應用於大眾車型。
NXP的i.MX8QM則為28納米,6個內核,CPU算力為26K,GPU算力為256GTOPS,可支持3-4個屏幕,也是中控方案保有量最多的處理器。
強大的計算能力才能讓汽車有好的體驗。比如Volvo XC40搭載了英特爾Apollo Lake A3960、廣汽傳祺Aion LX搭載了高通的SA8155、奧迪用了三星的Exynos Auto V9。
不過,如果硬件的成本增加太多,控制整體成本就成為了整車廠的直接訴求。而芯片商以及像艾貝這樣的IDH方案商能做的就是在硬件和軟件上滿足整車廠的需求。
而艾貝科技基於i.MX 8QXP的解決方案,就是是一款採用硬隔離的單芯片一拖三(DIC+IVI+HUD)高性價比電子座艙解決方案,目前已經具備成熟的量產條件。
三、Hypervisor還是硬隔離?
整體上,業界對於座艙的SOC解決方案大致分為兩大類別,一類是廠商普遍採用的軟件虛擬化方案,另一類是以NXP i.MX8為代表的硬隔離方案。
目前來看,硬隔離方案做到量產的有啟辰星一款車型,搭載了15.6+12.3英寸雙大屏。而市面上的一芯多屏方案多數採用了QNX Hypervisor軟件虛擬化的方案。
通過虛擬化技術可以充分利用CPU、GPU等資源,在單SoC上運行多個操作系統。使硬件和軟件資源按照產品需求,靈活在不同的OS中分配。
根據不同應用端的不同偏好,儀表一般採用QNX、Linux、FreeRTOS等RTOS系統,中控則大多采用QNX、WinCE、Linux、AGL、Android ASOP、Android Automotive等。
“不過,這種方案開發週期很長,平均需要12-18個月或以上。開發的難度就在於Hypervisor軟件虛擬化測試驗證。”黑莓QNX公司大中華區代表董淵文指出,Hypervisor主要難點在於實現系統的穩定性,可靠性和安全性。
艾貝採用的則是基於i.MX 8QXP硬隔離的單芯片多系統解決方案 ,可同時支持Android Automotive IVI信息娛樂、Amazon FreeRTOS/Mentor Nucleus RTOS DIC數字儀表和HUD抬頭顯示器功能。
該方案不依賴Hypervisor軟件虛擬化技術,可以有效地降低軟硬件成本,壓縮開發週期,很大程度上提升了系統的安全性、穩定性和一致性。同時,硬隔離不佔用CPU資源,效率更高,可靠性更強。
而軟件虛擬化開發週期長的原因也在於此。由於軟件佔用CPU負荷高,因此保障安全性和可靠性的難度更高。不過軟件虛擬化的好處是靈活性高,可以跑更多的操作系統。
相比之下,硬隔離的靈活性稍遜,但也可以取長補短,混合使用,所以軟件虛擬化和硬隔離要解決的主要問題都是一致的,在技術上並沒有絕對的領先與落後。如果真的要來一場比拼的話,就是要看誰做得更接地氣了。
三、一芯多屏,難在哪
奇瑞雄獅智能互聯事業部總經理陸海濤提出,一芯多屏的單件成本似乎很有競爭力,但在芯片廠商方面,主機廠前期投入的費用會非常昂貴。
《高工智能汽車》調研數據顯示,芯片需要客戶獲得授權(許可費約數百萬元)後,才能獲得所有代碼;軟件系統方案開發商則須收取數百萬元的技術支持;操作系統的SOP方案還需要數千萬人民幣。
在長城汽車相關負責人看來,SOP的平臺開發費用投入巨大。
《高工智能汽車》調研數據顯示,基於高端平臺的整套電子座艙的開發報價一般在3000-5000萬元人民幣不等。
目前來看,高端智能座艙因為涉及車型銷量和投資回報率問題,基本上只有頭部公司在做。沒有足夠的產能平攤或者盈利能力是沒有投資回報率的。
對於芯片廠商來說,實現一芯多屏的搭建需要強大的處理器以及複雜的軟件操作系統。由於單芯片要運行多個系統,所以軟件的複雜度會呈指數級增加,技術門檻也隨之水漲船高。
芯片廠商需要在架構設計驗證過程中投入巨量資金和技術研發成本。包括佈局異構CPU架構、 開展多核CPU/GPU/DSP/NPU/ISP等內核級別的軟件或者硬隔離虛擬化的設計驗證。
另外,傳統汽車處理器SOC AEC-Q100和FuSa ISO26262 ASIL-B軟件功能安全認證,包括PPAP文檔等,也都需要巨量研發資金和SOP成功經驗。
不過隨著座艙系統的普及化,這一成本將勢必走低。
目前來看,偏中低端車型若想做所謂的創新,但在資金和研發方面沒有足夠投入的話,則會產生諸如用戶反饋的屏幕反應延遲、死機、黑屏等問題。
陸海濤提出,屏幕的問題與企業壓縮成本後的硬件品控、軟件穩定性都有很大的關係。現在擺在車廠面前現實的問題是,車機的用戶界面在不斷豐富,汽車需要更強的芯片來驅動這些應用。
接下來,就要思考如何在計算能力和成本之間做出更好的權衡。