汽车网关“革命”，中国芯“出线”

整车电子架构的革命，正在催生一个全新的细分市场。

今年4月，芯驰科技与一汽集团研发总院宣布基于前者的G9X中央网关芯片开发“龙驰”中央网关平台，未来将覆盖红旗SUV、智能小巴等车型。

这是国内首款搭载“中国芯”的自主网关量产平台，也打破了传统网关主芯片外资垄断的历史，也是继车载4G通讯、信息娱乐以及ADAS芯片国产化突围之后的又一新里程碑。

不过，和ADAS、信息娱乐属于增量市场相比，从传统网关到智能中央网关，首先是一个存量替代市场。

目前，一辆新车平均搭载超过100个ECU，这些ECU通过多个不同网络连接，比如CAN、LIN、FlexRay以及以太网，这就需要有一个网关处理异构网络数据传输和交互。

根据高工智能汽车研究院监测数据显示，2020年国内新车上险搭载独立网关为1767.76万辆，搭载率超过90%，仅有部分品牌车型仍采用集成网关的形式。

同时，随着大众ID系列纯电动车的上市，搭载大陆集团提供的车身中央服务器宣告传统独立网关正在向域集中式中央网关以及中央集中式服务器方向快速演进。

同时，网关承担的功能，也不再仅仅是车内网络通讯总线的路由功能，通过MCU+SoC的计算平台，开始承担更多复杂功能和车内大数据的中枢大脑。

换个角度来说，这是一个全新的带算力的车内网络域控制器，对于汽车零部件供应商来说，又是一个全新的细分市场。

一、带上算力的网关

作为下一代汽车电子电气架构三大核心板块，智能座舱、自动驾驶和中央网关也是面向SOA架构的基础设施。其中，对于中央网关来说，高性能处理是这一轮技术变革的核心。

尤其是随着ADAS传感器数量和类型的增加，这种演变对汽车以太网和网关功能产生了重大影响。汽车以太网和网关不仅支持数据连接，还需要支持高带宽的汽车应用程序，包括关键的安全功能和OTA管理。

MCU+SoC是核心的演进趋势，而作为传统网关MCU芯片的垄断供应商（NXP、ST、瑞萨、TI、英飞凌等），几家公司都已经陆续推出各自的解决方案。

比如，去年上市的大众ID.3搭载的大陆集团网关高性能服务器（HPC），正是基于瑞萨电子的高性能R-Car M3系统芯片(SoC)，提供车辆系统的集中控制，并配备了安全网关功能，以实现云服务连接。

通过与瑞萨RH850/U2A跨域微控制器的结合，虚拟化功能使连接到外部云服务的软件与控制车辆的软件隔离，各自能够完全独立地运行，支持ASIL D功能安全，从而形成一个完整的汽车安全服务器解决方案。

近年来，从信息娱乐向ADAS、自动驾驶征战受挫（被Mobileye、英伟达、高通、地平线等企业赶超）的NXP，是传统网关MCU的市场份额领头企业，近日宣布基于16nm工艺的S32G2汽车网络处理器正式投产。

S32G系列的性能是NXP传统网关芯片的15倍，同时降低了功耗。S32G将被用于所有新网关不仅在汽车传输数据，而且利用数据支持的高级驾驶员辅助系统以及服务在线诊断到更新软件的云。

S32G基于Cortex-M7微控制器和Cortex-A53微处理器的锁步集群，可以支持ASIL-D标准，还配备了专用的网络加速器和加密核心，可以在车内通过CAN、以太网和其他网络发送和保护数据。

芯片集成了20个CAN接口，而当前这一代汽车网络芯片只有8个。该芯片还具有4个千兆以太网接口，在当前的网关处理器范围内从100兆以太网增加到千兆以太网。

它还支持嵌入式电子产品的最高功能安全标准ASIL-D，高于上一代的ASIL-C。NXP公司表示，已开始向包括奥迪在内的早期客户供应这种新型芯片，同时5nm的下一代工艺制程也在准备中。

此外，S32G同时负责整合来自摄像头、雷达和汽车周围其他传感器的所有数据，并将所有数据提供给ADAS安全控制器。

德州仪器是在去年初宣布推出基于全新Jacinto 7处理器平台的网关处理器DRA829V和DRA821U，集成最多8端口Gbit/TSN以太网交换机、PCIe交换机，负责跨域之间高速数据连接。

现在，来自中国的芯片公司也站在了同一条起跑线上。

以芯驰科技为例，G9系列处理器是专为新一代车内核心网关设计的高性能车规级汽车芯片，采用双内核异构设计，包含高性能Cortex-A55 CPU内核及双核锁步的高可靠Cortex-R5内核。

在此基础上，G9基于芯驰第二代包处理引擎SDPEv2，在非常低的CPU占用率的情况下，可实现不同接口之间的高流量，低延迟的数据交换。

此外，G9内置了HSM，包含真随机数发生器和高性能加解密引擎，支持AES，RSA，ECC，SHA以及多种国密算法，满足安全启动，OTA，V2X等多种未来车载安全应用的需求。

今年，芯驰科技推出了最新一代G9Q，一款高性能中央网关处理器，在2020年推出的G9X的基础上，将单核CPU升级到了四核CPU，算力增加能够承载更多的应用软件。

同时，在CPU内核升级的同时，G9Q还特别增加了SMMU来支持虚拟化。而G9V是面向跨域融合的高性能处理器，在G9Q的基础上，增加了高清视频输入和显示输出，并配备了高性能3D GPU。

通过一个G9V处理器，可以在一个域控制器上将核心网关和3D仪表融合在一起，进一步提高系统的集成度，提升系统效率。

两款SoC的四个高性能A55内核，配合的一对高可靠双核锁步R5内核，可以在一个处理器上同时部署Classic AutoSAR和Adaptive AutoSAR，配合高速内部核间通信架构，实现跨核、跨域、跨系统之间的未来SOA架构支撑。

二、传统网关格局重构

而作为传统独立网关的主要供应商，大陆、博世、迈隆、联电、李尔等几家公司过去占据市场的主要份额。以高工智能汽车研究院监测数据显示，2020年国内新车上险搭载的独立网关前十大供应商市场份额超过90%。

作为排名市场第一的大陆集团，大众ID系列的车身高性能服务器（HPC网关）的率先量产，带来了全新的开发经验和理解，“未来几年，软件控制的车辆功能将从10%增加到40%。”

在该公司相关负责人看来，网关的集成化，将大幅降低开发成本，汽车内部的信息流将从单“车道“网络升级为“高速公路”网络系统。

这意味着，基于服务器的架构，意味着不仅要改变汽车硬件，还要实现全新的软件部署。最典型的对比，就是最新一代高尔夫和大众ID系列纯电动车。

前者采用的仍是基于传统网关、车身控制器和其他多个ECU的传统电子架构。“这种架构下的功能和复杂性已经达到了极限，集中式高性能计算正在重新定义。”上述负责人表示。

按照计划，大陆集团给大众汽车开发的ICAS1（中央智能服务器）将在未来几年搭载到超过20款ID系列车型。“我们是第一家在市场上实现这种范式转变的供应商。”

此外，数据处理的效率提升以及跨域数据协同、安全冗余也是新技术迭代升级的着力点。

“未来不仅仅是移动数据，从原始数据到有用数据，减少数据处理量本身就是一项巨大的成本节省。”NXP汽车网络处理器产品线管理总监布莱恩·卡尔森(Brian Carlson)表示，在4G/5G网络上，这是非常重要的。

同时，功能性安全水平也会提高。典型的网关是ASIL-B级别，但接下来中央网关处理器将要求达到ASIL-D级别，尤其是处理涉及到ADAS安全控制器的域处理时。

比如，安波福推出的SVA整车电子架构，除了为高级别自动驾驶提供的数据处理算力之外，额外的网关服务器将能够提供内部冗余，从而提供数据错误检测。

布莱恩·卡尔森表示，输入/输出和网络能力非常适合多传感器融合获取原始数据。然后，Arm处理可以为驱动辅助算法处理和融合这些数据。

此外，网络加速功能可以减轻Arm处理器的工作负载，传统架构下，千兆以太网处理要消耗处理器大约90%的处理能力。启用加速器后，这一比例将下降到0.2%左右。

同时，未来中央网关服务器还将作为自动驾驶域控制器的数据处理冗余，“独特的网络、性能和安全特性结合在一起，非常适合用于下一代ADAS域控制器。”奥迪自动驾驶ECU开发总监Bernhard Augustin表示。

“自动驾驶市场正在经历指数级增长，还将面临许多挑战。随着逐步转向自动驾驶开发，需要一个更灵活的软件驱动架构，以适应汽车内外部的实时信息流。”RTI相关负责人表示。

尤其是在异构硬件和开放软件环境中，开发HPC服务型网关对于汽车制造商和一级供应商来说都是巨大的挑战和机会。

未来几年，整个汽车网关市场将呈现双线并行的发展趋势。其中，安全以太网网关基于MCU设计，满足整车网关的基本需求，具有极大的成本优势，可以支持整车OTA。

同时，部分车型（尤其是智能电动平台）将启用网关计算平台，适用于域控制器架构或者区域控制架构，计算平台采用异构SoC方案，面向整车SOA，支持Adaptive AUTOSAR。

此外，以华为代表的IT企业，提出了分布式网关概念。与现在的集中网关架构相比，后续传感器和执行器可以就近接入到几个分布式网关（VIU）上，形成一个环网。

同时，几个网关互为冗余，这样可以实现更高的功能安全，另外还可以节省线束。“这是一种典型的IT架构，计算和通信的架构。”华为负责人表示。

可以预见的是，整个汽车网关市场，无论是上游芯片供应商，下游网关组件设备制造商，还是IT行业新进参与者，都在争夺新机会。