“新四化”趋势下的汽车网关的大变局

汽车“新四化”（电动化、智能化、网联化、共享化）的快速推进，对半导体行业是重大利好，越来越多的电子系统为汽车行业贡献了近90%的创新和新功能。从产业规模上看，全球汽车半导体市场2019年销售规模为410.13亿美元，预计2022年有望达到651亿美元，在半导体细分领域中是增速最快的行业。

随着智能化、电气化技术的应用，在市场上，网联汽车以及自动驾驶开始成为吸引消费者眼球的最大卖点。对于车企而言，他们对整车架构的研发重点正逐渐从平台化、模块化、轻量化的物理架构为主，向域融合、软硬解耦的电气架构革新转移。

汽车电气电子架构的变革

新技术新趋势也带来了新问题： 网联和自动驾驶必将产生海量数据，而车辆需要以极低的延迟在各个域之间对这些数据进行安全可靠的处理和通信，这对车辆内部的带宽和处理能力来说都是巨大的考验。

传统燃油车的技术进步基本是以机械部件为主，电子系统相对简单，大多采用ECU（电子控制器）分布式电子电气（Electrical/Electronic Architecture，EEA）架构，每个带有嵌入式软件的ECU对应一个功能或少数几个功能，通过CAN、FlexRay等总线技术连接，系统相对封闭。另外值得一提的是，分布式架构在L2级别自动驾驶时基本达到了处理极限，L3级别更是超出其承受范围。

图1：博世公司提出的渐进式电子电气架构（图源：博世公司）

为此汽车行业内的玩家纷纷开始考虑全新的、能够适应未来汽车“新四化”所需的电子电气架构。比如博世公司就提出了经典的六阶段汽车电子电气架构演进路线图。在图1中可以看出，在汽车电子电气架构中，“域”（Domain）的概念正在走入现实。

异军突起的车载网关

为了解决各“域”之间大量的通信需求，车载网关开始走到前台。

图2：目前主流的异构车辆网络架构以及车载网关的功能（图源：NXP）

带有网关的车辆是汽车行业的一个新兴趋势。网关是实现车辆电子系统之间安全可靠通信的电子设备。在本质上车载网关充当了车辆网络域（信息娱乐、摄像头系统、动力传动系统等）之间的路由器和中央计算单元。

作为车辆网络的数据交互中心，一方面车载网关提供异构汽车网络（CAN、LIN、MOST、FlexRay等）之间的无缝通信，并解决了数据带宽和安全方面的挑战；另一方面，独立网关控制器使汽车EEA的优化设计成为可能，让整车的拓扑结构更具可扩展性，车辆的网络数据的安全性和保密性也将得到加强。此外，网关对于实现自动驾驶至关重要，它能完成跨功能域ECU的安全连接和高带宽通信。最后，车载网关还能带给我们很多令人耳目一新的功能，比如使远程OTA更新成为可能。

据360 Market Updates发布的市场调研数据，2019年，全球汽车中央网关模块市场规模为15.349亿美元，预计2026年底将达到17.294亿美元，2021-2026年复合年增长率为1.7%。

车载网关几大玩家开始发力

目前，布局车载网关的技术厂商以NXP Semiconductors、Infineon Technologies、Renesas Electronics、STMicroelectronics （ ST ）、Bosch、Texas Instruments （ TI ）、Intel等跨国半导体企业为主；国内也有一些企业，诸如经纬恒润、致远电子等也进入了该领域。

实际上，过去汽车网关芯片在很长一段时间内几乎没什么大变化，但自2020年以来，许多芯片厂商相继推出了针对汽车网关的新解决方案。

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今年1月份，Cypress Semiconductor （Cypress）推出了全新的S32G车辆网络处理器，它首次将传统微控制器（MCU）与具备ASIL D功能安全的高性能微处理器（MPU）集成在一颗芯片上，同时集成了网络通信加速器，相较之前的单一功能芯片，性能得到显著提升。作为S32处理器系列中的新产品，S32G处理器可帮助汽车行业转向高性能、基于域的车辆架构，并降低软件复杂性，提高加密安全和功能安全。同时，S32G并不仅仅是网络处理器，其独特的功能组合还支持新的ADAS应用，并提供安全可靠的通信功能。其实，早在2017年，Cypress就向业界发布了针对互联汽车、电动汽车和自动驾驶汽车的全新控制和计算平台——S32汽车电子平台。据悉，目前15家顶级车企中已经有8家开始使用S32平台开发新产品。

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2020年1月，TI推出了新的Jacinto 7处理器平台。在该平台上，DRA829V处理器可用于网关系统。

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2020年3月，ST公司发布了基于安全和ASIL-B Telemaco3P MPU和ASIL-D SPC58/Chorus MCU之间千兆以太网通信的模块化智能网关平台（SGP），为原型化汽车智能网关和域控制器应用提供了一个有价值的开发工具。

博世的网关发展路线图已经从简单的CAN/LIN网关发展到安全的CAN/LIN网关，再到以太网网关，再到networks+FOTA网关，最后还将发展到汽车计算机。 目前主打的T-BOX车载通讯终端是车辆内外信息交换的网关，可与ECU进行无缝通信，具备数据预处理和边缘计算能力。

当然，除了使用安全网关芯片，网关供应商还需要开发和集成更多的安全组件。

总之，汽车网关的组成和功能与汽车网络体系结构的发展密切相关。由于汽车行业比较“谨慎”的特点，目前汽车网络体系结构发展还不算快，但变革已经在进行中！从中短期来看，以域控制器为主导的网络架构仍将是主流。在这种架构中，一个强大的汽车网关是必须的，也许这也是为什么有那么多的半导体行业的大咖企业投身其中的原因吧。

责任编辑：haq