1.
什么是域控制器
過去十多年的汽車智能化和信息化發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)顯著結(jié)果就是ECU芯片使用量越來越多。從傳統(tǒng)的引擎控制系統(tǒng)、安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)；再到智能儀表、娛樂影音系統(tǒng)、輔助駕駛系統(tǒng)；還有電動(dòng)汽車上的電驅(qū)控制、電池管理系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)，以及蓬勃發(fā)展的車載網(wǎng)關(guān)、T-BOX和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等等。
傳統(tǒng)的汽車電子電氣架構(gòu)都是分布式的（如下圖2-1），汽車?yán)锏母鱾€(gè)ECU都是通過CAN和LIN總線連接在一起，現(xiàn)代汽車?yán)锏腅CU總數(shù)已經(jīng)迅速增加到了幾十個(gè)甚至上百個(gè)之多，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜度越來越大，幾近上限。在今天軟件定義汽車和汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展趨勢下，這種基于ECU的分布式EEA也日益暴露諸多問題和挑戰(zhàn)。
圖2-1 汽車分布式EEA
為了解決分布式EEA的這些問題，人們開始逐漸把很多功能相似、分離的ECU功能集成整合到一個(gè)比ECU性能更強(qiáng)的處理器硬件平臺(tái)上，這就是汽車“域控制器（Domain Control Unit，DCU）”。域控制器的出現(xiàn)是汽車EE架構(gòu)從ECU分布式EE架構(gòu)演進(jìn)到域集中式EE架構(gòu)（如圖2-2所示）的一個(gè)重要標(biāo)志。
域控制器是汽車每一個(gè)功能域的核心，它主要由域主控處理器、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件及算法等三部分組成。平臺(tái)化、高集成度、高性能和良好的兼容性是域控制器的主要核心設(shè)計(jì)思想。依托高性能的域主控處理器、豐富的硬件接口資源以及強(qiáng)大的軟件功能特性，域控制器能將原本需要很多顆ECU實(shí)現(xiàn)的核心功能集成到進(jìn)來，極大提高系統(tǒng)功能集成度，再加上數(shù)據(jù)交互的標(biāo)準(zhǔn)化接口，因此能極大降低這部分的開發(fā)和制造成本。
對于功能域的具體劃分，各汽車主機(jī)廠家會(huì)根據(jù)自身的設(shè)計(jì)理念差異而劃分成幾個(gè)不同的域。比如BOSCH劃分為5個(gè)域：動(dòng)力域（Power Train）、底盤域（Chassis）、車身域（Body/Comfort）、座艙域（Cockpit/Infotainment）、自動(dòng)駕駛域（ADAS）。這也就是最經(jīng)典的五域集中式EEA，如下圖2-2所示。也有的廠家則在五域集中式架構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步融合，把原本的動(dòng)力域、底盤域和車身域融合為整車控制域，從而形成了三域集中式EEA，也即：車控域控制器（VDC，Vehicle Domain Controller）、智能駕駛域控制器（ADC，ADAS\AD Domain Controller）、智能座艙域控制器（CDC，Cockpit Domain Controller）。大眾的MEB平臺(tái)以及華為的CC架構(gòu)都屬于這種三域集中式EEA。
圖2-2 域集中式EE架構(gòu)
2.
域控制器市場概述
2018年，基于德爾福提供的域控制器技術(shù)，奧地利TTTech公司開發(fā)的zFAS控制器率先應(yīng)用在奧迪A8當(dāng)中。偉世通公司則推出了SmartCore域控制器，集成信息娛樂、儀表板、信息顯示、HUD、ADAS等功能。這些產(chǎn)品開創(chuàng)了商用功能域控制器產(chǎn)品之先河，全球各大Tier 1供應(yīng)商紛紛跟進(jìn)，整個(gè)域控制器市場逐漸發(fā)展起來。
在國內(nèi)市場，華為、德賽西威、航盛電子、東軟等企業(yè)也推出了DCU解決方案，并得到了國內(nèi)車企的采用。比如，2020年小鵬汽車推出的智能轎跑P7就采用了德賽西威基于英偉達(dá)Xavier打造的自動(dòng)駕駛域控制器產(chǎn)品——IPU03。
當(dāng)前，整個(gè)業(yè)界對DCU市場都有非常樂觀的預(yù)期。據(jù)佐思產(chǎn)研的預(yù)測，2025年全球汽車DCU（座艙+自動(dòng)駕駛）出貨量將超過1400萬套，2019-2025期間年平均增長高達(dá)50.7%。
圖2-3 全球域控制器市場預(yù)測
整個(gè)汽車行業(yè)普遍認(rèn)為，域控制器是汽車電子行業(yè)未來競爭門檻最高的部分，因此利潤也最高，芯片廠商和核心算法供應(yīng)商將會(huì)受益。
(一) 域控制器市場快速增長背后的驅(qū)動(dòng)因素
更多更好的ADAS功能和智能座艙與信息娛樂功能一直是推動(dòng)域控制器市場快速增長的主要因素，這些新功能能明顯提高整車的科技感和用戶體驗(yàn)，因此也是主機(jī)廠開發(fā)新車型時(shí)的投入重點(diǎn)。L1到L2+級別之間的ADAS應(yīng)用是這幾年發(fā)展非常快，很多功能都正在快速普及，比如：停車輔助、車道偏離預(yù)警、自適應(yīng)巡航、碰撞避免、盲點(diǎn)偵測、駕駛員疲勞探測等。
域控制器需要一顆性能更強(qiáng)、集成度越高的主控處理器來作為其大腦，更多原本通過分離ECU實(shí)現(xiàn)的功能現(xiàn)在可以放到域主控處理器上來實(shí)現(xiàn)，也因此就能更加節(jié)省功能域里所需的ECU用量和其它硬件資源。更高的集成度可以更主機(jī)廠供應(yīng)鏈管理實(shí)現(xiàn)ADAS域控和相關(guān)零部件平臺(tái)化和標(biāo)準(zhǔn)化的要求。
(二) 對域控制器供應(yīng)鏈的影響
汽車E/E架構(gòu)的演進(jìn)和發(fā)展，也深刻影響了主機(jī)廠和汽車電子供應(yīng)商的供應(yīng)關(guān)系。主機(jī)廠的核心競爭力從以前的機(jī)械制造為主，全面轉(zhuǎn)向軟件和算法為重點(diǎn)。預(yù)計(jì)未來整車廠與Tier 1供應(yīng)商之間將可能有兩種合作模式：
- 其一，Tier 1負(fù)責(zé)域控制器硬件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，以及中間層Middleware軟件部分。整車廠負(fù)責(zé)自動(dòng)駕駛軟件部分。Tier 1的優(yōu)勢在于以合理的成本將產(chǎn)品生產(chǎn)出來并且加速產(chǎn)品落地，因此整車廠和Tier 1進(jìn)行合作生產(chǎn)方式是必然，前者負(fù)責(zé)自動(dòng)駕駛軟件部分，后者負(fù)責(zé)硬件生產(chǎn)、中間層以及芯片方案整合。這種模式下，在項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)，整車廠又可能跨過Tier 1直接與芯片廠商確定方案的芯片選型。
- 其二，Tier 1自己與芯片商合作，做方案整合后研發(fā)中央域控制器并向整車廠銷售，例如大陸ADCU、采埃孚ProAI、麥格納MAX4等。
2.1 智能座艙域控制器
座艙智能化的實(shí)質(zhì)是基于汽車駕駛艙中的人機(jī)交互場景，將駕駛信息與娛樂信息兩個(gè)模塊進(jìn)行集成，為用戶提供高效的、直觀的、充滿未來科技感的駕駛體驗(yàn)。智能座艙的設(shè)計(jì)訴求主要是用于提升用戶的駕乘體驗(yàn)，同時(shí)還要保證用戶駕乘的安全性和舒適性，最終實(shí)現(xiàn)汽車作為人們工作和家庭場景以外的第三生活空間這一終極目標(biāo)。
智能座艙域包括HUD、儀表盤（Cockpit）和車載娛樂信息系統(tǒng)（In-Vehicle Infotainment，簡稱IVI）三個(gè)最主要的組成部分。
HUD是非常實(shí)用的功能，將ADAS和部分導(dǎo)航功能投射到擋風(fēng)玻璃上，諸如ACC、行人識(shí)別、LDW、路線提示、路口轉(zhuǎn)彎提示、變道提示、剩余電量、可行駛里程等。HUD將很快會(huì)演變?yōu)锳R HUD，在L3和L4時(shí)代成為標(biāo)配。
進(jìn)入L3時(shí)代，駕駛員狀態(tài)監(jiān)測（Driver Status Monitor，DMS）將成為必備的功能，包括：面部識(shí)別、眼球追蹤、眨眼次數(shù)跟蹤等將引入機(jī)器視覺和深度學(xué)習(xí)算法。而L4時(shí)代則必備V2X（Vehicle to everything）。
另外，多模態(tài)交互技術(shù)的蓬勃發(fā)展將會(huì)極大改變用戶與汽車的交互模式。基于語音識(shí)別功能的語音交互技術(shù)越來越普及，常用于跟IVI系統(tǒng)的交互操作。進(jìn)一步還能通過語音來對駕駛員進(jìn)行情緒狀態(tài)分析。當(dāng)DMS系統(tǒng)檢測到駕駛員昏昏欲睡時(shí)，系統(tǒng)可以通過播放音樂或者釋放香味來喚醒駕駛員；基于多場景下的汽車座艙多模態(tài)交互技術(shù)未來一定會(huì)重新定義人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展。
所有這些智能座艙新技術(shù)的發(fā)展，都將推動(dòng)對座艙域計(jì)算資源需求的暴增。
智能座艙域控制器領(lǐng)域，全球Tier 1廠商主要包括：博世、大陸汽車、哈曼、偉世通和Aptiv（安波福）等。中國本土企業(yè)主要有德賽西威、航盛和東軟睿馳等。
| 廠商 | 芯片平臺(tái) | 座艙域控制器名稱 | 操作系統(tǒng)/Hypervisor | 客戶 |
| 偉世通 | 高通 | SmartCore | Android，Linux | 吉利汽車、戴姆勒奔馳、東風(fēng)、廣汽 |
| 大陸 | 高通/瑞薩 | 集成式車身電子平臺(tái)IIP | QNX/PikeOS |
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| 博世 | 高通 | AI Car Computer | AGL | 通用 |
| Aptiv | 英特爾 | ICC | Linux/ARCN | 長城、奧迪、沃爾沃 |
| 德賽西威 |
高通820A TI Jacinto6 |
智能座艙域控制器 |
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理想汽車 |
| 東軟睿馳 | 英特爾 | C4-A1fus | Linux/ARCN |
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表2-1 全球主要座艙域控制器廠商信息
2.2 ADAS域控制器
ADAS域控制器通常需要連接多個(gè)攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器設(shè)備，要具備多傳感器融合、定位、路徑規(guī)劃、決策控制、無線通訊、高速通訊的能力，要完成包含圖像識(shí)別、傳感器數(shù)據(jù)處理等諸多功能，因此要完成大量運(yùn)算，域控制器一般都要匹配一個(gè)核心運(yùn)算力強(qiáng)的處理器，能夠提供自動(dòng)駕駛不同級別算力的支持，目前業(yè)內(nèi)有NVIDIA、華為、瑞薩、NXP、TI、Mobileye、賽靈思、地平線等多個(gè)方案。
自動(dòng)駕駛技術(shù)目前是全球科技行業(yè)最前沿的方向。L1到L2+級別的輔助駕駛技術(shù)和功能已經(jīng)日趨成熟，搭載ADAS功能和應(yīng)用的很多車型開始進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)。可以遇見L1/L2級別ADAS功能的市場滲透率將快速提升，而L3/L4級別自動(dòng)駕駛系統(tǒng)仍處于小規(guī)模原型測試階段。
當(dāng)今的自動(dòng)駕駛行業(yè)，中國市場絕對是主力。今年中國L2的搭載量預(yù)計(jì)突破80萬，中國品牌占據(jù)絕大部分份額。未來中國市場ADAS功能的滲透率還將持續(xù)快速提高，中低端汽車所配置的ADAS功能將逐步增多。根據(jù)艾瑞咨詢研究報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)2025年ADAS功能在乘用車市場可以達(dá)到65%左右的滲透率。L3級別的高速自動(dòng)領(lǐng)航HWP功能和L4級別的AVP自動(dòng)泊車功能，目前車型滲透率較低，未來提升空間較大。
圖2-4 中國ADAS功能市場滲透率預(yù)測
ADAS域控制器正在從過去的分布式系統(tǒng)架構(gòu)演變到域集中式架構(gòu)。過去一套ADAS系統(tǒng)，要有好幾個(gè)獨(dú)立的ECU才能實(shí)現(xiàn)，比如車道偏移和交通識(shí)別ECU、前向碰撞預(yù)警ECU、泊車輔助ECU等。現(xiàn)在有了功能強(qiáng)大的集中式ADAS域控制器后，一個(gè)域控制器就實(shí)現(xiàn)了所有功能。系統(tǒng)的軟硬件復(fù)雜度大大降低，可靠性也得到了提高。
目前業(yè)內(nèi)提供ADAS域控芯片平臺(tái)的有NVIDIA、華為、瑞薩、NXP、TI、Mobileye，以及國內(nèi)本土的地平線和黑芝麻等多個(gè)方案。下表2-2總結(jié)了全球主要ADAS域控制器廠商及其客戶和伙伴信息。
|
廠商 |
ADAS域 控制器名稱 |
計(jì)算芯片平臺(tái) | 自動(dòng)駕駛等級 | 功能安全 | 操作系統(tǒng) | 客戶和量產(chǎn)、SOP計(jì)劃 |
| 偉世通 | DriveCore | 支持NVIDIA、高通和NXP的處理器架構(gòu) | L2-L4 | ASIL-D | AutoSAR CP，Auto AP，Linux等 | 廣汽，以及歐洲2家主機(jī)廠，計(jì)劃2022年SOP |
| 大陸 | ADCU |
NVIDIA DRIVE Xavier |
L3/L4 | ASIL-D | AutoSAR Adaptive平臺(tái) | 與NVIDIA合作的L3級別自動(dòng)駕駛域控制器平臺(tái) |
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車載服務(wù)器 （ICAS1） |
NVIDIA | L2 | ASIL-C/D | 大眾MEB平臺(tái)ID.3系列電動(dòng)汽車 |
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| 博世 | DASy 1.0 | NVIDIA | L2/L2+ | ASIL-C/D | AutoSAR CP，AutoSAR AP | 已于2019年SOP，支持HWP/TJA等L2+級別的功能 |
| DASy 2.0 | NVIDIA DRIVE Xavier | L3/L4 | ASIL-D | AutoSAR AP，Linux | 2022年SOP |
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| TTTech | zFAS/iECU | NVIDIA TX2/Xavier | / | / | / | 奧迪、上汽 |
| Aptiv | 中央傳感定位和規(guī)劃（CSLP）平臺(tái) | Intel Mobileye | / | / | / | / |
| Veoneer |
宙斯Zeus Super Computer |
NVIDIA Xavier |
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/ | / | / |
| 采埃孚 | 中央控制器ProAI | NVIDIA Xavier | / | / | / | 跟百度Apollo合作，客戶是奇瑞 |
| 麥格納 | MAX4 | / | / | / | / | 寶馬 |
| 環(huán)宇智行 | TITAN | NVIDIA Xavier | / | / | / | / |
| 布谷鳥 | Auto Wheel | NXP | / | / | / | 合作伙伴包括NXP、Renesas、Sony等 |
| 知行科技 | iMo DCU中央控制器 | TI Jacinto/NXP | / | / | / | 眾泰 |
| 經(jīng)緯恒潤 | ADAS Domain Controller | NXP | / | / | / | / |
| 東軟睿馳 | ADAS DCU | Xilinx | / | / | / | 乘用車和商用車主機(jī)廠 |
| 德賽西威 | 自動(dòng)駕駛平臺(tái) | NVIDIA Xavier | / | / | / | 小鵬汽車 |
表2-2 全球主要ADAS域控制器廠商信息
轉(zhuǎn)自汽車ECU開發(fā)
