电子电器架构 — 区域计算架构(Zonal Compute)备战下一代电子电气架构

我是穿拖鞋的汉子,魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。

老规矩,分享一段喜欢的文字,避免自己成为高知识低文化的工程师:

钝感力的“钝”,不是木讷、迟钝,而是直面困境的韧劲和耐力,是面对外界噪音的通透淡然。
生活中有两种人,一种人格外在意别人的眼光;另一种人无论别人如何,他们始终有自己的节奏。
过度关注别人的看法,会搅乱自己的步调,让自己更加慌乱。与其把情绪的开关交到别人手中,不如把有限的精力用在提升自己上,久而久之,你自然会更加优秀。

时间不知不觉中,来到新的一年。2025开始新的忙碌。成年人的我也不知道去哪里渡自己的灵魂,独自敲击一些文字算是对这段时间做一个记录。

副标题:一场重塑汽车“神经中枢”的底层革命

以区域计算架构(Zonal Compute)备战下一代电子电气架构(E/E Architecture):汽车行业的颠覆性变革

区域计算架构(Zonal Compute)正成为汽车电子电气架构(E/E Architecture)演进的核心方向,通过“区域控制器+中央计算单元”的分布式逻辑,彻底重构传统汽车“线束缠身、ECU割裂”的硬件格局,为软件定义汽车(SDV)时代奠定物理基础。

一、行业痛点:传统架构的“不可能三角”

在汽车产业智能化、网联化浪潮席卷而来的当下,传统汽车电子电气架构犹如一艘在时代洪流中负重前行的巨轮,深陷于“算力与成本”“功能与安全”“创新与惯性”交织而成的“不可能三角”困局,难以从容应对汽车行业日新月异的变革需求。

1、算力与成本的悖论:碎片化困局下的效率与成本之殇

传统分布式 ECU 架构宛如一座座“信息孤岛”,在汽车内部肆意蔓延,导致算力资源被无情地碎片化分割。一辆高端汽车往往搭载超过 100 个 ECU,这些 ECU 各自为政,如同分散的“算力散兵”,虽单个 ECU 可能存在一定程度的算力冗余,但整车算力却难以形成有效合力,整体效率极为低下。这种低效的算力分配模式,如同让一群各自为战的士兵去完成一场需要高度协同的战役,结果只能是事倍功半。

与此同时,硬件成本如同沉重的枷锁,压得汽车制造商喘不过气来。线束作为汽车内部的“神经脉络”,其重量竟占整车重量的 5%,成本占比更是高达 10%。这些繁杂的线束不仅增加了车辆的重量,降低了燃油经济性和续航里程,还大幅提升了制造成本。而且,在传统架构下,新功能的开发往往需要新增 ECU 和线束,进一步加剧了成本的攀升。此外,漫长的开发周期(长达 3 – 5 年)使得汽车产品难以快速响应市场变化,在科技飞速发展的今天,等一款新车上市时,其技术可能已经落后于竞争对手,这无疑给汽车制造商带来了巨大的市场风险。

2、功能与安全的博弈:带宽瓶颈与安全验证的双重挑战

随着自动驾驶(ADAS)、智能座舱等前沿技术的兴起,汽车对数据吞吐量的需求呈爆发式增长。然而,传统 CAN 总线那仅 1Mbps 的带宽,就像一条狭窄的“数据瓶颈”,根本无法满足这些高数据吞吐场景的需求。在自动驾驶过程中,车辆需要实时处理来自激光雷达、摄像头、毫米波雷达等多种传感器的海量数据,以做出精准的决策。但有限的带宽使得数据传输变得缓慢而拥堵,如同在拥堵的街道上行驶的车辆,难以快速、顺畅地到达目的地,这无疑给自动驾驶的安全性埋下了巨大的隐患。

而数百个 ECU 独立运行的模式,更是让功能安全(ISO 26262)与网络安全(ISO/SAE 21434)的验证复杂度呈指数级上升。每个 ECU 都像是一个独立的“安全堡垒”,需要单独进行功能安全和网络安全验证。这不仅需要投入大量的人力、物力和时间,而且由于 ECU 之间的交互复杂,任何一个 ECU 的安全漏洞都可能像多米诺骨牌一样,引发整个系统的连锁反应。在智能网联汽车时代,汽车面临着来自外部网络的诸多安全威胁,如黑客攻击、数据泄露等。传统架构下这种分散的安全验证模式,使得汽车在面对这些威胁时显得力不从心,难以构建起全方位、多层次的安全防护体系。

3、创新与惯性的对抗:供应商主导与架构复杂性的双重掣肘

在传统汽车产业生态中,Tier 1 供应商宛如“幕后主宰”,牢牢掌控着 ECU 开发的主导权。主机厂在这场博弈中往往处于被动地位,缺乏对底层技术的控制权,如同被束缚了手脚的舞者,难以尽情施展创新的舞步。这种局面严重限制了主机厂在软件定义汽车时代的创新能力,使得它们难以根据市场需求快速推出具有差异化竞争力的产品。

车型代际兼容性需求(如燃油车与电动车平台共存)如同一个复杂的“魔方”,进一步加剧了架构的复杂性。不同平台、不同车型之间的硬件和软件差异巨大,为了实现兼容,需要投入大量的资源进行适配和优化。这不仅增加了开发成本和周期,还使得软件维护和升级变得更加困难。在这种复杂的架构环境下,OTA(Over-the-Air)升级能力也受到了极大的限制。主机厂难以对众多 ECU 进行统一、高效的软件更新,导致车辆功能无法及时得到优化和升级,用户体验大打折扣。

传统汽车电子电气架构在算力与成本、功能与安全、创新与惯性之间陷入了难以调和的矛盾之中。要打破这一困局,汽车行业迫切需要一场从底层架构到开发模式的全面革新,以适应智能化、网联化时代的发展需求。

二、区域计算架构:破局者的三重进化

在汽车产业向智能化、电动化、网联化加速转型的进程中,传统汽车电子电气架构的“不可能三角”如同高悬的达摩克利斯之剑,严重制约着汽车行业的发展。区域计算架构应运而生,它以“空间分区 + 算力集中”的创新逻辑,如同一把精准的手术刀,系统性地切入传统架构的痛点,开启了汽车电子电气架构的三重进化之路。

1、硬件架构:从“分布式散沙”到“区域化精锐军团”

传统分布式 ECU 架构下,各个 ECU 犹如散落在汽车各处的“散兵游勇”,各自为战,导致线束冗余、算力分散、效率低下。而区域计算架构则通过区域控制器(Zonal Controller)与中央计算单元(Central Computing Unit)的协同作战,构建起了一支高效有序的“精锐军团”。

区域控制器:物理空间的“区域指挥官”

区域控制器依据物理空间进行精准划分,如前舱区、座舱区、底盘区等,宛如在不同战区设立的指挥部,对附近的传感器、执行器与 ECU 功能进行高效整合。以汽车前舱区域为例,区域控制器将电池管理系统(BMS)、热管理模块、高压配电单元等关键功能集于一身。这种整合方式打破了传统架构中各功能模块之间相对孤立的状态,减少了跨区域线束的使用。线束的减少不仅降低了车辆的重量和成本,还提高了信号传输的稳定性和可靠性,减少了因线束老化、磨损等问题导致的故障风险。同时,区域控制器能够更快速、准确地响应本地设备的需求,实现了对局部功能的精细化控制,就像区域指挥官能够迅速调配本区域的兵力资源,应对各种突发情况。

中央计算单元:高算力需求的“中央大脑”

中央计算单元则是整个汽车电子电气架构的“中央大脑”,集中处理自动驾驶、智能座舱、车联网等对算力要求极高的任务。其算力可轻松扩展至 1000 + TOPS,具备强大的计算能力,能够快速处理海量的传感器数据和复杂的算法运算。通过高速以太网(如千兆/万兆 TSN)与区域控制器进行高速通信,数据延迟被严格控制在低于 1ms 的水平。这意味着中央计算单元能够在瞬间获取到来自各个区域控制器的实时数据,并迅速做出决策和指令下达,确保汽车在各种复杂路况和场景下都能做出精准、及时的响应,为自动驾驶的安全性和智能座舱的流畅体验提供了坚实的硬件基础。

典型案例:架构变革的“先锋实践”

特斯拉 Model 3/Y:线束革命的引领者:特斯拉 Model 3/Y 通过采用 CCU(中央计算模块)+ 3 个区域控制器的创新架构,成功实现了线束长度的“瘦身”。相较于 Model S 的 3 公里线束长度,Model 3/Y 的线束长度大幅缩短至 1.5 公里。这一变革不仅降低了制造成本,减轻了车辆重量,还提高了车辆的生产效率和可维护性。线束的减少使得车辆内部结构更加简洁,为后续的维修和升级提供了便利,同时也减少了因线束故障导致的安全隐患。

蔚来 ET7:OTA 升级的“全能选手”:蔚来 ET7 搭载的“中央超算平台 + 区域控制器”架构,展现出了强大的 OTA 升级能力。该架构支持全车 40 + 个域功能的 OTA 升级,无论是车辆的自动驾驶算法、智能座舱功能,还是车联网相关服务,都能够通过 OTA 技术进行快速、便捷的更新。这种能力使得蔚来 ET7 能够像智能手机一样,持续为用户带来新的功能和体验,保持车辆在技术上的领先地位,增强了用户对品牌的忠诚度和满意度。

2、软件架构:从“信号导向的线性思维”到“服务导向的生态思维”

传统软件架构以信号为导向,各个功能模块之间紧密耦合,开发过程复杂且缺乏灵活性。区域计算架构则引入了 SOA(面向服务的架构)和中间件(Middleware),实现了软件架构从“信号导向”到“服务导向”的华丽转身,构建了一个开放、灵活、可扩展的软件生态系统。

SOA:硬件功能的“标准化服务工厂”

SOA 将硬件功能抽象为标准化服务,如“车门控制服务”“空调调节服务”等,这些服务就像一个个标准化的“产品”,通过 API 接口供上层应用调用。开发者无需再为底层 ECU 型号的不同而烦恼,只需直接调用相应的服务,就能够轻松实现功能的组合与创新。例如,通过调用“车门控制服务”“车窗控制服务”“座椅调节服务”等多个服务,开发人员可以快速构建出“一键露营模式”这样的创新功能。这种以服务为导向的开发方式,大大提高了软件开发的效率和质量,降低了开发成本,同时也为汽车功能的个性化定制和快速迭代提供了可能。

中间件:软件生态的“全能管家”

中间件在软件架构中扮演着至关重要的角色,它承担着资源调度、通信协议转换、安全防护等多项关键任务。典型方案如 AUTOSAR Adaptive Platform、ROS 2.0 等,为上层应用提供了统一的运行环境和开发接口。中间件就像一个“全能管家”,能够高效地管理硬件资源,确保各个服务之间的通信顺畅无阻,同时还能为软件系统提供可靠的安全防护,抵御各种网络攻击和数据泄露风险。通过中间件的协调和管理,不同的软件模块能够在一个稳定、安全的环境中协同工作,共同构建起一个功能强大、灵活多变的汽车软件生态系统。

3、开发模式:从“链式协作的线性链条”到“生态共建的开放网络”

传统开发模式下,主机厂、Tier 1 供应商、软件开发商等各方之间形成了一条相对封闭的链式协作关系,信息流通不畅,创新效率低下。区域计算架构的出现,打破了这种传统的开发模式,推动了汽车产业向“生态共建”的开放网络转变。

主机厂角色转变:从“集成商”到“架构定义者”

主机厂在区域计算架构下,成功实现了从“集成商”到“架构定义者”的角色转变。它们不再仅仅是将各个供应商提供的零部件进行简单组装,而是主导区域控制器与中央计算单元的接口标准制定。以大众集团推出的 E³ 2.0 架构为例,大众集团开放了硬件接口,供供应商开发兼容模块。这种做法不仅增强了主机厂对底层技术的控制力,还能够更好地整合各方资源,推动汽车产业的创新发展。主机厂可以根据自身的战略规划和市场需求,灵活选择合适的供应商和技术方案,构建出具有竞争力的汽车电子电气架构。

供应链重构:催生“区域控制器 Tier 1.5”新角色

区域计算架构的发展催生了“区域控制器 Tier 1.5”这一全新的供应链角色,如安波福、维宁尔等企业。这些企业介于传统 Tier 1 与主机厂之间,既具备传统 Tier 1 的硬件制造能力,又能够深入参与到软件定义汽车的开发过程中。它们与主机厂紧密合作,共同开发区域控制器解决方案,为汽车产业带来了新的活力和创新动力。“区域控制器 Tier 1.5”的出现,打破了传统供应链的壁垒,促进了各方之间的深度合作与协同创新,推动了汽车产业生态系统的优化和升级。

区域计算架构通过硬件架构的区域化整合、软件架构的服务化转型以及开发模式的生态化共建,系统性地解决了传统汽车电子电气架构面临的“不可能三角”难题,为汽车产业的未来发展开辟了一条崭新的道路。在这条道路上,汽车将变得更加智能、高效、安全和个性化,为人们带来更加美好的出行体验。

三、行业影响:一场“静默的革命”

在汽车产业深度变革的浪潮中,区域计算架构如同一股暗流涌动的革新力量,悄然掀起了一场“静默的革命”。它以润物细无声之势,重塑着汽车产业的成本结构、技术格局与用户体验,推动着汽车从传统交通工具向智能移动终端的华丽蜕变。

1、成本与效率革命:破局成本枷锁,开启高效新篇

在传统汽车电子电气架构下,线束冗余如同沉重的包袱,压得汽车制造商喘不过气来,而漫长的开发周期更是让企业难以快速响应市场变化。区域计算架构的出现,为这一困境带来了破局之策,引发了一场成本与效率的深刻变革。

成本瘦身:线束减负,BOM降本

区域计算架构通过区域化整合与算力集中,大幅减少了线束的使用。线束减重幅度达到 30% – 50%,这一成果不仅直接降低了车辆的重量,提升了燃油经济性和续航里程,还如同给汽车进行了一场“瘦身手术”,让车辆更加轻盈灵活。与此同时,整车物料清单(BOM)成本也显著降低 15% – 20%。成本的降低为企业赢得了更大的利润空间,使得企业能够在研发、营销等方面投入更多资源,进一步提升产品的竞争力。例如,在激烈的市场竞争中,成本优势可以让企业在定价上更加灵活,吸引更多消费者,从而扩大市场份额。

效率飞升:周期减半,迭代加速

开发周期从传统的 48 个月大幅缩短至 24 个月,这一效率的飞跃堪称汽车产业的一场“时间革命”。过去,漫长的开发周期使得汽车产品从概念到量产往往需要数年时间,等到产品上市时,市场环境可能已经发生了巨大变化,技术也可能已经落后。而现在,区域计算架构下的快速开发模式让企业能够紧跟市场趋势,及时推出符合消费者需求的新车型。企业可以更加迅速地对市场需求做出反应,快速迭代车型平台,不断推出具有创新性和竞争力的产品。这种高效的开发模式让汽车产业焕发出前所未有的活力,加速了产品的更新换代,推动了整个行业的快速发展。

2、技术主权争夺:打破依赖困局,构建自主壁垒

在传统汽车产业链中,主机厂长期受制于 Tier 1 供应商,在核心技术方面缺乏话语权。区域计算架构的兴起,为主机厂提供了掌握技术主权的契机,引发了一场激烈的技术主权争夺战。

主机厂逆袭:掌控硬件定义,摆脱深度依赖

区域计算架构赋予了主机厂硬件定义权,使其从被动接受 Tier 1 方案的“集成商”转变为主导技术创新的“架构定义者”。主机厂可以根据自身的战略规划和市场需求,自主设计区域控制器与中央计算单元的接口标准,整合各方资源,构建起符合自身发展需求的技术体系。这种转变让主机厂摆脱了对 Tier 1 的深度依赖,增强了在产业链中的话语权。例如,主机厂可以根据不同车型的定位和目标用户群体,灵活调整硬件配置和功能模块,实现产品的差异化竞争。同时,主机厂还可以更好地控制产品质量和成本,提高供应链的稳定性和可控性。

巨头筑垒:自研芯片超算,构建技术护城河

以特斯拉为代表的一批行业巨头,更是凭借区域计算架构的机遇,在核心技术领域展开了深度布局。特斯拉自研 FSD 芯片与 Dojo 超算,如同为自己打造了一座坚不可摧的技术护城河。FSD 芯片的强大算力为特斯拉的自动驾驶技术提供了坚实的硬件基础,使其在自动驾驶领域处于领先地位。而 Dojo 超算则能够高效处理海量的训练数据,加速自动驾驶算法的迭代和优化。这种在核心技术上的自主掌控,让特斯拉在市场竞争中占据了绝对优势,不仅能够抵御竞争对手的挑战,还能够通过技术输出和授权等方式,拓展新的业务领域和盈利增长点。

用户体验跃迁:打破功能定式,开启个性化出行

在消费者需求日益多样化的今天,传统汽车单一、固定的功能模式已经难以满足用户的个性化需求。区域计算架构的出现,为用户体验带来了一场前所未有的跃迁,让汽车从冰冷的交通工具变成了懂用户、可定制的智能伙伴。

3、功能可编程:APP赋能,自由定义

区域计算架构支持“功能可编程”特性,这一创新让用户可以通过 APP 自由自定义车辆功能,真正实现了“我的汽车我做主”。用户不再需要被动接受厂家预设的功能模式,而是能够根据自己的驾驶习惯、喜好和实际需求,对车辆的加速曲线、转向手感、座椅调节、空调温度等多项功能进行个性化设置。例如,喜欢激烈驾驶的用户可以将加速曲线设置为更激进的模式,享受风驰电掣的快感;而注重舒适性的用户则可以将转向手感调整为更轻盈的模式,让驾驶更加轻松惬意。这种个性化的功能定制,让每一辆车都成为了独一无二的存在,满足了用户对于个性化和差异化的追求。

场景化创新:模式解锁,畅享多元

极氪 001 等车型通过区域控制器实现了“漂移模式”“弹射起步”等场景化功能,为用户带来了全新的驾驶体验。这些场景化功能并非简单的功能堆砌,而是基于区域计算架构的强大算力和灵活的软件架构,对车辆的多个系统进行了深度整合和优化。在“漂移模式”下,车辆的电子稳定系统、动力系统、悬挂系统等协同工作,为用户打造出专业级的漂移驾驶感受;而“弹射起步”功能则能够让车辆在瞬间爆发出强大的动力,带来极致的加速体验。这些场景化功能的推出,不仅丰富了用户的驾驶乐趣,还展示了区域计算架构在实现复杂功能和创新应用方面的巨大潜力。用户可以根据不同的场景和心情,随时切换车辆的模式,享受多元化的出行体验。

区域计算架构引发的这场“静默的革命”,正以不可阻挡之势重塑着汽车产业的未来。它打破了传统架构的束缚,降低了成本、提高了效率,让主机厂掌握了技术主权,为用户带来了前所未有的个性化体验。在这场革命的推动下,汽车产业将迎来更加辉煌的明天,为人们创造更加美好的出行生活。

四、挑战与应对:转型路上的“三座大山”

在区域计算架构引领汽车产业变革的浪潮中,主机厂与产业链各方虽已扬帆起航,但前行之路并非坦途,技术标准碎片化、工程能力断层、供应链博弈三座“险峰”横亘在前,考验着每一家企业的智慧与决心。

1、技术标准碎片化:乱局中的“破冰之钥”

-> 困局:标准缺失,协作受阻

当前,区域计算架构领域犹如一片尚未开垦的荒原,行业缺乏统一的区域控制器接口协议。在供电、通信、热管理等关键环节,不同企业各自为政,制定出五花八门的标准。这种技术标准的碎片化,导致主机厂与供应商之间的协作困难重重。主机厂在整合不同供应商的零部件时,需要花费大量的时间和精力去解决标准不兼容的问题,增加了产品的开发成本和周期。同时,标准的不统一也限制了技术的共享和创新,使得整个行业的资源无法得到高效配置。

-> 破局:联盟聚力,标准融合

要打破这一困局,主机厂需携手共进,联合推出联盟标准。将 ASPICE(汽车软件过程改进及能力测定)与 ISO 26262(道路车辆功能安全)等现有标准进行融合认证,便是一条可行之路。ASPICE 为汽车软件开发过程提供了规范和指导,确保软件的质量和可靠性;ISO 26262 则专注于功能安全,保障汽车在各种工况下的安全性。通过两者的融合认证,可以建立起一套既符合软件开发规范又保障功能安全的统一接口标准。主机厂可以联合行业内的主要企业、科研机构和标准制定组织,共同参与标准的制定和推广,形成行业共识。这样一来,不同企业的产品能够实现无缝对接,加速区域计算架构的普及和应用,推动整个行业向标准化、规范化的方向发展。

2、工程能力断层:转型中的“人才困局”与“破壁之策”

-> 困局:人才短缺,架构难驭

传统车企在长期的发展过程中,形成了以机械制造为核心的人才体系,在“硬件 + 软件 + 系统”复合型人才方面存在严重短缺。区域计算架构的复杂度远超传统架构,它涉及到硬件设计、软件开发、系统集成等多个领域的知识和技术。传统车企的工程师往往只精通其中某一个领域,难以驾驭区域架构的复杂度。在开发过程中,可能会出现硬件与软件不匹配、系统性能无法达到预期等问题,导致项目进度延迟、产品质量下降。这种工程能力的断层,成为了传统车企向智能化转型的重大阻碍。

-> 破局:校企携手,共建实验室

为突破这一困局,传统车企可与科技公司展开深度合作,共建联合实验室。以上汽与 Momenta 合作开发智驾域控为例,双方充分发挥各自的优势。上汽作为传统车企,拥有丰富的汽车制造经验和庞大的用户基础,对汽车的性能、安全和市场需求有着深刻的理解;Momenta 则是自动驾驶领域的科技新锐,具备强大的软件开发能力和算法创新能力。通过共建联合实验室,双方可以实现资源共享、优势互补。在联合实验室中,上汽的工程师可以学习到 Momenta 在软件开发和算法优化方面的先进技术,Momenta 的团队也能够深入了解汽车制造的工艺和流程。这种合作模式能够加速复合型人才的培养,提升传统车企在区域计算架构领域的工程能力,为产品的研发和创新提供有力支持。

3、供应链博弈:利益纷争中的“平衡之道”

-> 困局:降维冲击,反扑风险

区域计算架构的兴起,对 Tier 1 供应商的传统业务模式造成了“降维打击”。在传统架构下,Tier 1 供应商凭借在硬件制造和系统集成方面的优势,占据了产业链的重要位置。然而,区域计算架构使得主机厂对硬件的控制力增强,对软件和系统的需求也发生了变化,Tier 1 供应商的业务空间受到挤压。为了维护自身的利益,Tier 1 供应商可能会采取专利壁垒或价格战等手段进行反扑。它们利用自身在专利技术方面的积累,设置技术门槛,限制主机厂和其他供应商的发展;或者通过降低产品价格,以低价策略争夺市场份额,导致整个产业链的利润空间被压缩,影响行业的健康发展。

-> 破局:股权绑定,合作共赢

面对 Tier 1 供应商的反扑,主机厂可以通过股权投资的方式绑定核心供应商。以广汽投资中创新航、地平线为例,广汽通过股权投资,与这两家核心供应商建立了更加紧密的合作关系。中创新航在动力电池领域具有领先的技术和产能优势,地平线则在智能驾驶芯片和算法方面成果斐然。广汽的股权投资不仅为这两家供应商提供了资金支持,促进了它们的技术研发和产能扩张,也确保了广汽在动力电池和智能驾驶芯片等关键零部件上的稳定供应。同时,双方还可以在技术研发、产品创新等方面展开深度合作,共同应对市场挑战。这种股权绑定的模式,能够平衡主机厂与 Tier 1 供应商之间的利益关系,实现合作共赢,推动区域计算架构产业链的协同发展。

区域计算架构的普及,无疑是汽车行业从“机械定义汽车”迈向“软件定义汽车”的关键跨越。这一变革绝非单纯的技术路线抉择,而是技术主权争夺、成本结构优化、用户体验升级的全方位较量。在智能电动汽车竞争的下半场,谁能率先构建起“中央计算 + 区域控制”的下一代架构,谁就能在这场没有硝烟的战争中拔得头筹。

区域计算架构的全面落地仍需 5 – 10 年的过渡期,但趋势已如滚滚洪流,不可阻挡。传统车企若不想在变革的浪潮中沦为“硬件代工厂”,此刻便是破釜沉舟、背水一战的关键时刻。唯有直面挑战,积极应对,才能在未来的汽车市场中占据一席之地,书写属于自己的辉煌篇章。

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