В связи со все более жёсткими требованиями к передовому автономному вождению с точки зрения вычислительной мощности, пропускной способности каналов связи, программного обеспечения и безопасности, архитектура автомобильной электроники и электротехники (EEA) постепенно эволюционировала от централизованной архитектуры к интеграции распределённых вычислений. В настоящее время основными идеями этого процесса в автомобилестроении выступают следующие направления:
— Центральная область управления объединяет кузов, шасси, источник питания, шлюз передачи данных и т.д.;
— Элементы цифрового управления шасси отвечает за интеллектуальное вождение;
— Вычислительная платформа для интеграции управления функционалом в салоне;
— Центральная вычислительная платформа в основном одноплатная (One Box), оснащённая одним или несколькими высокопроизводительными чипами, использующая технологию соединений на уровне платы.
— Квазицентральная многоядерная вычислительная платформа, располагаемая в едином неразборном корпусе;
В настоящее время многие производители используют только центральную вычислительную платформу, хотя некоторые уже стали практиковать интеграцию с квазицентральной, и большинство игроков также вступили в стадию предметной интеграции. С развитием автономного вождения система распределённых вычислений становится обязательной, и производители оригинального оборудования ускоряют внедрение моделей междоменной интеграции.
Например, китайская центральная вычислительная платформа ADAM устраняет необходимость кодирования и декодирования между различными узлами автомобиля, устраняя необходимость в чипах кодирования и декодирования, источниках питания, теплоотводе, жгутах проводов и т. д. Она напрямую заменяет гигабитный Ethernet благодаря травлению схем на печатной плате, а пропускная способность между системой интеллектуального вождения и приборной панелью значительно увеличивается с гигабита до 16 Гбит/с, обеспечивая более чем десятикратное увеличение скорости передачи данных. Кроме того, благодаря кросс-доменному распределению вычислительной мощности можно более рационально распределять каждую крупную потребность в вычислительной мощности, что позволяет интеллектуальному чипу решать соответствующие задачи.
В июне 2024 года компании Neta, NXP, HiRain и Wind River совместно выпустили первый интегрированный продукт для управления автономными электромобилями — суперкомпьютер Haozhi XPC-S32G. Он создан на основе развивающейся архитектуры EEI платформы Neta Shanhai и оснащен высокопроизводительным автомобильным сетевым процессором S32G3 от NXP на базе Arm Cortex-M7 и Cortex-A53, передовым решением операционной системы RT-Linux от Wind River и программной архитектурой SOA на базе мощной интегрированной среды разработки. Это, по сути серверное решение, может использоваться в качестве основы для магистральной системы автомобильной сети и сервисно-ориентированной архитектуры SOA. Система может рассматриваться как «хаб» магистральной сети автомобильной связи с девятью функциями: центральный шлюз, управление температурой автомобиля, зарядом аккумулятора, крутящим моментом, периферийными вычислениями, удалённая диагностика, калибровка, сбор всех данных, сервисный шлюз и мастер обновлений системы (Over-The-Air update — OTA). Система может реализовывать взаимодействие высокозащищённых междоменных функциональных данных, а также киберзащиту автомобиля, отвечая за управление транспортным средством (ТС), обеспечивая вывод информации с чрезвычайно низкой задержкой и имея перспективные возможности итерации многих функций автомобиля.
С 2024 года OEM-производители успешно внедряют архитектуру кросс-доменной интеграции и постепенно переходят к центральной вычислительной платформе. В этом процессе интеграция управления функциями в салоне и самим движением + другими узлами, концентрируют вычислительную мощность всего транспортного средства центральной вычислительной платформой и элементами периферийных вычислений (умные датчики и процессоры других узлов, имеющие свободные мощности). В настоящее время этот подход являются одним из основных направлений кросс-доменной интеграции. Судя по текущей структуре поставок, большинство решений уже реализованы именно по такому принципу.
Высокопроизводительное решение для выполнения функций высокого уровня «кокпит-вождение-парковка», благодаря одноплатной интеграции двух высокопроизводительных систем (SOC), реализовано интеллектуальное управление движением, где вычислительная мощность может быть разумно распределена для каждого требуемого модуля, включая HWA (помощь на шоссе), ALC (автоматическая помощь при смене полосы движения), APA (автоматическая помощь при парковке), RPA (дистанционное управление парковкой), а также DMS (система мониторинга водителя), полноценное голосовое взаимодействие HMI (человеко-машинный интерфейс) и другие функции. К тому же тут используется высокоскоростная передача данных PCIe, эффективность которой более чем в 10 раз выше, чем у традиционных модулей. Благодаря высокой вычислительной мощности двух SOC, он поддерживает функции автономного вождения L2 + и выше, чтобы соответствовать требованиям рынка к автономному вождению высокого уровня. В то же время масштабируемая архитектура в целом обеспечивает большую гибкость при распределении вычислительной мощности чипов в будущем. Интегрированное программное и аппаратное обеспечение значительно повышает эффективность разработки и значительно снижает стоимость решения.
Традиционные производители кузовной электроники постепенно разрабатывают кросс-доменные центральные контроллеры, которые в дальнейшем интегрируются с шасси, силовыми установками и новыми энергетическими системами. В 2023 году компания UAES приобрела и синхронизировала разработку платформы «центральное вычисление + зональный контроллер + SOA» на новой архитектуре для 8 клиентов, а также осуществила массовое производство первого продукта зонального контроллера. Благодаря зональной архитектуре можно интегрировать почти 20 независимых ЭБУ, а скорость передачи данных можно увеличить с 2 Мбит/с до 1000 Мбит/с.
Но развёртывание нескольких наборов функций на одном кристалле значительно увеличит сложность программного обеспечения, что не только создаёт новые проблемы для производителей оригинального оборудования, но также и насущную необходимость решения этой проблемы. В ответ на тенденцию развития кросс-доменной интеграции, централизованных вычислений и реальные потребности массового производства в условиях глобализации, компания ECARX запустила кросс-доменную программную платформу ECARX Cloudpeak для мирового рынка интеллектуальных автомобилей. Платформа разработана на основе концепции SOA для обеспечения стандартизации компонентов, охватывая базовое системное программное обеспечение (виртуализацию Cloudpeak), многооперационные системы, промежуточное программное обеспечение, прикладные модули верхнего уровня и глобальные экосистемы приложений. Платформу можно комбинировать с различными вычислительными платформами для создания комплексного решения, легко реализуя кросс-доменную функциональность. Она уже была развёрнута и успешно протестирована в полевых условиях эксплуатации на нескольких моделях массового производства.
Информация, полученная с датчиков, отвечающих за интеллектуальное вождение и распознавание, обрабатывается и отображается на центральном экране управления в режиме реального времени. Кроме того, система объединяет в себе навигацию по полосам движения и функцию NOA в области интеллектуального вождения (позволяющую автомобилю двигаться в заданную точку назначения без постоянного вмешательства водителя). Такая комбинация идеально реализует получение захватывающего интерактивного опыта совместного вождения человека и компьютера через интерфейс нового типа.
В рамках тенденции к архитектуре централизованных вычислений автомобильная операционная система начала эволюционировать от доменной ОС к бортовой. Интеграция функций бортовой операционной системы, интеллектуальной операционной системы вождения и системы управления безопасностью автомобиля через центральную вычислительную платформу позволяет повысить эффективность разработки для OEM-производителей.
