高效能+高可靠開啟智慧座艙新時代

智慧座艙的核心就是高可靠和高效能。在以前的汽車中，更多的是採用一些分立的方式，比如液晶儀表盤、指標式儀表盤；娛樂和導航通常也是分開的，三個系統在車上沒有融合。

近兩年，隨著晶片工藝、人工智慧演算法技術的發展，以及現在人們消費水平的提升，出現了智慧座艙的概念，試圖把虛擬儀表盤、導航系統，還有娛樂系統進行融合。說到智慧座艙，我們不得不提另外一個詞——第三空間，第一個空間是家庭，第二個空間是工作場所，第三個空間當然是智慧座艙。人們中午可以在車中睡覺，還可以吹一下空調，聽一下音樂。

未來智慧汽車的全場景

車中還有另外幾個場景，第二個場景是輔助駕駛，比如自動泊車。第三個場景是自動駕駛；還有一個網聯及閘道器，更多強調的是車內的互聯或區域互聯；最後一個是聯網，跟車外進行通訊，比如傳統的t-box和智慧天線，還有現在的5G和V2X等。最後一個場景是電氣動力總成，還需要一些VCU/MCU/BMS，這是芯馳看到的未來智慧汽車的全場景。

汽車E/E架構的變遷

從汽車的E/E架構變化看，第一代汽車E/E架構是搭積木式，每需要一個功能，比如車窗控制器，就需要裝一個ECU來控制玻璃馬達的轉動，同時實現防夾功能。有了單獨控制車窗升降功能就會很方便。

第二代的升降車窗、雨刮控制器，還有速度檢測等功能進行了高度融合。比如現在的一輛比較智慧的車，在突然下雨時就會自動把車窗關上，這種功能雖然很簡單，但實現起來很難。

想象一下，如果在洗車時車窗突然關上，鑰匙鎖在車裡，也是蠻尷尬的。所以這時需要把車分成很多域，大概分成3-4個，如自動駕駛域、智慧座艙域、車控域和智慧閘道器，不同的車廠可能定義不一樣，但基本上大同小異。可以看到，4個橙色小方塊是區域控制器，這些區域控制器下面的小圓點是執行。

我們認為，2030年前後會有一個從域控制器往中央計算平臺的演化過程，那時就會出現中央計算加上Zonal處理器。演化過程中會有跨域融合，比如會把智慧座艙跟自動駕駛做一個融合，這樣的好處是硬體簡化，算力集中，兩個域之間有一些共同的部分不必再重複去做。

因為座艙需要用到攝像頭，自動駕駛也需要用攝像頭，在某種情況下可以共用，這樣會簡化車輛架構。另外，可以明顯節省電纜，此外也會有艙駕和艙泊一體的融合。

芯馳的中央計算架構1。0版本中三個綠色部分是智慧座艙、自動駕駛和中央閘道器三個中央計算單元，下方是一個區域控制器，前面是4個區域控制器，中央區域控制器可以用E3或G9產品線實現，智慧座艙是用X9，自動駕駛是用V9。

未來的智慧座艙

回到座艙，未來的智慧座艙功能非常多。首先是虛擬儀表盤，旁邊是中控，或者叫導航系統，右邊是副駕娛樂系統。如果是兩排或三排車，後面通常還有第二排、第三排娛樂系統。在物理上，有的還會增加一個HUD抬頭顯示。除了普通HUD外，現在還有AR/VR HUD，車中現在普遍會加DMS和CMS駕駛員檢測系統，包括360度環視泊車及語音助手。

現在導航大多是用手機，未來的座艙中會整合導航，人機互動也會增加語音部分，因為聲音無所不在，360度喊一聲就可以馬上響應，不需要像觸控一樣一定要按某個鍵，特別是在高速行駛時，如果要去調一下空調，還是語音更好。

還有一個不能少的是安全模組，HSM座艙是使用者財產，其中有大量的使用者資料，比如家裡有幾口人，每個人的駕駛習慣都會在座艙中體現。透過駕駛員人臉識別，可以知道現在的司機是誰。對座艙進行調整原來要按幾個鍵，現在變成了自動識別。

資訊保安的問題在於，使用者使用的資訊都儲存在車中，一些第三方機構，比如保險公司也想知道車到底是誰在開，希望拿到這些資料。現在國家也在針對資訊保安立法，不光是汽車，包括物聯網的安全。

軟體定義汽車複雜度幾何級提升

隨著硬體算力的提升，車上的軟體越來越多，座艙系統的開放程度也越來越大，大量的應用都在從手機端或電腦端往汽車上遷移。常見的導航用的是凱莉德導航，現在基本上都用高德和百度，這是在手機上形成的使用者習慣，甚至可以上一秒用手機導航，下一秒切到汽車上，之前所有的資料都會帶到汽車中。

作業系統的數量也是原來的3-5倍，原來一箇中控導航跑一個Android就行了，現在單個晶片中的作業系統數量也在增加，一個晶片能夠支援多個作業系統。有了這麼多的作業系統，喜歡用Android可以把Android應用放上去，喜歡別的系統也可以把別的系統應用放上去，生態就會好很多，也不用再重複開發。

智慧座艙的多元化互動

智慧座艙的互動也逐漸在多元化，語音確實非常方便，還有多屏互動，一個比較典型的場景是副駕把導航設定推送給中控，只要做一個手勢就可以實現，一秒鐘就可以完成，以前需要重新登入，再輸入地址，很不方便。

還有一種場景，比如滴滴使用者，在後排用屏設好一點推送，司機就可以看到，可避免語言溝通方面的問題。還可以在副駕和後排之間實現互動，比如家長可以把小孩要看的電影設定推送到後排，後排兩個小朋友各自看一個屏也不會打架。

物理按鍵在逐步消失，除了一些特別重要的像雙閃不可以取消，大部分都在往螢幕中融合；除了語音，人臉識別、手勢識別現在也比較流行。

另外，智慧座艙最關鍵的一點是，除了駕駛員外，對乘客也有互動。比如上一次出門看的電影，可以在下一次坐後排時繼續看。它會記住瀏覽記錄和播放記錄。

多功能也就意味著智慧座艙面臨著變革，最重要的是高安全、高可靠，因為把多個系統，像儀表中控和娛樂都整合進去，系統的複雜度在提升，這時就不能像以往一樣，只是導航出問題沒關係，儀表盤絕對不能出問題。第二是高安全，資料在傳輸儲存和身份驗證時要特別注意資訊保安。

多使用者和響應快使互動變得更加複雜，對系統性能的要求非常高，如果嘗試觸碰或喚醒沒有反應，體驗就會很糟糕，只有做到極致使用者體驗才不會打折扣。

智慧座艙晶片技術發展趨勢

晶片層面的挑戰也來自多系統，在一個硬體上要跑多個系統，而不是在多個硬體上單獨跑一個系統，再把它合併起來。當多個系統都執行在一個處理器上時，需要多高的效能才能保證所有的使用者、所有的應用程式能及時響應是一個很大的挑戰。

另外，軟體硬體的複雜度對功能安全也是很大的挑戰，在晶片設計時要仔細考慮，與主機廠和tiel 1反覆溝通，分析這些需求，哪些是必須，哪些是可選。

最後是資料安全，在一個多系統、多使用者系統中，資料安全第一非常重要。在晶片層面需要提供一個加密引擎，硬體加密的速度很快，能夠讓對手沒有時間解密。

智慧系統軟硬體設計面臨的挑戰

除了晶片層，軟硬體設計也有很大的挑戰，這體現在CPU和GPU的效能是不是足夠，架構中不能有瓶頸，以保證不同廠商CPU和GPU的效能。

硬體雖然比較接近，但是因為軟體的條件不一樣，效能還是會有很大差別。利用真正的硬隔離，每個CPU都有單獨中斷，每組CPU之間也可分組，有為座艙系統設定的專門顯示處理單元，就可以做高畫素填充，對圖形做各種變化，以節省3D GPU的算力。

需要強調的是，要有一個真正獨立的安全島MCU子系統，系統電源外設時鐘和鎖相環都是獨立的，在應用系統在出現問題時安全島還能夠工作，同時可以很好地替換外部的獨立MCU，支援AutoSAR MCAL。

多系統旗艦座艙平臺化、易擴充套件

芯馳科技的一芯多屏方案，中間是三連屏，可以做虛擬儀表加中控、副駕娛樂；前排是空調屏，包括HUD後視鏡，右邊後排的娛樂顯示，也包括空調屏，共有9個螢幕。

在這個系統中，有兩個Android、兩個Linux、一個AutoSAR和一個安全OS。晶片作業系統有6個區域，很像大腦的左右兩個半球，每個半球又分很多顳葉額葉，可以跑非常豐富的應用。

也可以使用很多攝像頭，如果不想要那麼多螢幕，可以用5屏方案，同樣是1箇中控、HUD和空調，後排沒放屏。三個區Linux、Android和AutoSAR，可以接DVR攝像頭、環視攝像頭，還可以接12個雷達用於安全控制。把智慧座艙跟泊車做在一起，這樣右邊的算力也不會浪費，可以用來做API演算法，因為攝像頭和座艙是共用的。

功能安全+資料安全讓座艙互動更安全可靠

我們認為，智慧座艙系統需要車規高效能晶片，研發流程、人員配置及產品本身需要分別經過ASIL B或D的認證，芯馳的流程通過了ASIL D認證，座艙通過了ASIL B等級。E3最高可以到ASIL D等級。這些都需要考慮功能安全和資訊保安，比如失效保護、線上診斷及狀態監控冗餘設計，要做大量的工作。資訊保安和加密控制兩者並不是孤立的，在晶片實現時會產生一些聯動，需要對車規有很深的認知才能協調好。