软件定义汽车时代,汽车线束如何“化繁为简、以少为多”?

吴子鹏
当前,随着汽车智能化趋势日益凸显,车上的电子设备可谓是琳琅满目。同时,为了打造个性化的用户体验,各个车载功能模块高度互联。汽车线束作为互联的纽带之一,在重量、长度和成本方面都显著增加。

本文来自微信公号“电子发烧友网”,作者/吴子鹏

当前,随着汽车智能化趋势日益凸显,车上的电子设备可谓是琳琅满目。同时,为了打造个性化的用户体验,各个车载功能模块高度互联。汽车线束作为互联的纽带之一,在重量、长度和成本方面都显著增加。

根据数据分析机构Global Market Monitor的预测,到2025年全球汽车线束市场规模将达到497.89亿美元,距离500亿美元大关咫尺之遥。然而,出于对油耗、能耗、成本和环保等方面的考虑,汽车产业必须控制线束数量的无限制增加,在此过程中,又不能以降低车载信号链接的性能和带宽为代价。很显然,这是一个矛盾且尖锐的产业难题。

为此,电子发烧友网记者和领先的半导体产品供应商Valens的高级副总裁兼汽车部门主管Gideon Kedem进行了深入交流,该公司为行业提供性能卓越的PHY芯片组,可以帮助汽车和音视频行业实现灵活、高效的信号链接。

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图为Valens高级副总裁兼汽车部门主管Gideon Kedem

为软件定义汽车赋能

随着汽车智能化水平提升,软件的价值得到整车厂和产业链的广泛重视。综合多份行业调查数据来看,未来软件定义汽车会是汽车产业发展的一个非常明显的趋势。在总体成本上,预计到2030年软件成本将占到汽车整体成本的30%。在代码产出方面,预计2015年-2025年间汽车软件代码量的年均复合增速约为21%。毫无疑问,软件定义汽车将重构汽车产业格局。

在Gideon Kedem看来,软件定义汽车对于汽车线束设计带来了全新的挑战,但同时也是解决问题的重要抓手。

“汽车行业正在进入软件定义汽车的时代,要求软件和硬件分离的设计转变。传统的汽车架构受到越来越多的挑战,因为整车厂希望实现更多的软件驱动功能,如ADAS、自动驾驶系统和数字座舱。每增加一个新系统都需要新的ECU和更多布线,而物理空间和重量的限制,加上随之而来的制造成本上升问题,使得这些功能根本无法扩充。”Gideon Kedem表示,“区域架构发展势头已起,即通过简化布线、更灵活地放置传感器、提供更好的可扩展性,为软件驱动的应用程序提供了一个改良框架。从边缘处理向中央处理的转变,对于许多传统的整车厂来说还需要时间,但我们发现越来越多的汽车制造商表示有意采用这种新设计方法所需的技术。”

他指出,Valens芯片组的一大优势是能够在同一个链路上集成多个接口,实现化繁为简、以少为多,从而显著降低汽车线束尺寸和成本。

在Valens官网,我们看到一张汽车信号链接的解决方案示意图,这张图很好地展示了Valens的方案优势,利用Valens芯片组,能在一条线缆上同时传输音视频、USB、电源、控制和以太网,从而验证了上方Gideon Kedem的表述。

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图源:Valens

一站式满足车载高速链接

Gideon Kedem表示,随着汽车行业迈向软件定义汽车时代,汽车制造商正在寻找更标准的连接解决方案。Valens开发了不同的芯片组系列,以满足不同的应用需求,这使得Valens成为所有车载高速应用的一站式解决方案服务商。

对此,他提到了Valens的三大芯片组系列,如下图所示,分别是面向信息娱乐连接提供高速、对称、长距离连接的VA6000芯片组系列;面向传感器应用、率先满足全球MIPI A-PHY标准的VA7000芯片组系列;以及专门应用于显示和座舱应用的VA8000芯片组系列。

VA6000芯片组系列是为信息娱乐、远程信息处理和骨干数据应用而设计的连接解决方案。这些芯片组通过单根UTP电缆提供高速、对称、长距离连接。如下图所示,VA6000芯片组系列可以通过一根长15米的非屏蔽双绞线(UTP)电缆完成音视频、数据和控制信号的传输。

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图源:Valens

Gideon Kedem在应用举例时谈到了VA6000芯片组系列在卡车市场的应用,帮助卡车解决视野盲区问题。目前卡车上路普遍存在视野盲区问题,部分原因是现有连接技术无法达到卡车内部所需的数据传输水平,也难以达到卡车和拖车之间所需的连接长度。通过Valens和Stoneridge的合作,双方协力提供了长距离连接解决方案,可应用于卡车的视觉和安全系统。

根据他的描述,Valens和Stoneridge的合作正是VA6000芯片组系列和Stoneridge摄像头的结合,以此为全球卡车司机提供更安全的体验。

电子发烧友网记者通过查看Valens的产品新闻稿后发现,目前VA6000芯片组系列的最新产品为VA6003。Valens将VA6003芯片组定义为目前汽车行业内实现以太网连接的最优解决方案,提供1.5Gbps/1.5Gbps对称带宽、低功耗和业内最低误码率等领先特性。“VA6003芯片组为传统以太网链路提供了一种高度稳健的替代方案,支持在低成本电缆上工作。该芯片组支持时间敏感网络、芯片布线和高速连接器。”Gideon Kedem在受访中说到。

他强调,能够提供这些领先的方案设计源自于Valens对PHY技术的深刻理解。2019年6月,Valens对外宣布,MIPI联盟选择Valens技术作为其面向汽车应用的A-PHY物理层标准的基础,用于摄像头、显示器和雷达的高速链路,该标准已经被IEEE采用。

Valens的VA70XX芯片组系列是全球第一款满足A-PHY标准的芯片组,提供多个G的非对称连接,该产品已经在整车厂和Tier 1级零部件厂商那里进行评估,对在LVDS上扩展的传统SerDes解决方案有明显的替代趋势,后者不仅价格高,而且带宽已经不能满足当下的需求。

Gideon Kedem介绍称:“Valens致力于为每一个需要A-PHY链路的汽车传感器系统提供底层连接解决方案。A-PHY生态系统将会持续增长,已得到领先供应商的认可,如索尼、LG Innotek、Sunny Optical和Mobileye等。”

在软件定义汽车的趋势中,显示屏作为人机交互的主要界面,扛起了智能化的大旗。未来,多屏联动一定是智能座舱的必备功能。Valens的VA8000系列芯片组正是为了应对座舱中越来越多的屏幕和信息娱乐应用程序,这对高带宽链接提出了更高的要求。据悉,VA8000芯片组系列正在研发中,Gideon Kedem用了“即将推出”来表达其进度。

显然,Valens的产品和解决方案对于汽车产业而言,提出了一个全新的、高性价比的线束解决路径。不过,谨慎的汽车从业者一定会有很多顾虑。因而,笔者就抗干扰和信息安全防护进行了问询。

谈到抗电磁干扰这一项,Gideon Kedem指出,Valens的产品能够克服恶劣的汽车电磁环境,拥有PAM(脉冲幅度调制)、即时噪声消除、动态调制三大主要机制,这些机制对确保芯片组强大的电磁兼容性至关重要。汽车行业对电磁要求严格,Valens的VA6000和VA7000芯片组系列通过整车厂和Tier 1级零部件商的车规测试,确保满足要求。Valens的A-PHY兼容芯片组拥有极低的误码率,换算成时间概念,该误码率相当于该链路传输1万年才会仅出现一个错误。这比现在竞争方解决方案要低几个数量级。

谈到信息安全保护这一项,Gideon Kedem围绕A-PHY进行了阐述。“像A-PHY这样的标准解决方案的一个优势是,MIPI在整体层面上定义了安全性。A-PHY作为MASS(MIPI Automotive SerDes Solutions)的基础,将为MASS摄像头、传感器和显示组件的数据保护提供真正的端到端安全,包括认证、完整性、机密性。在MIPI的保护伞下,A-PHY兼容芯片将提供其他解决方案无法比拟的功能安全要求和网络安全保护,因为这是专有技术,而且A-PHY是一个标准。”他对此讲到。

对中国市场高度期待

在和记者的交流中,Gideon Kedem也表达了对中国市场的期待。

“中国市场有许多新的汽车公司和成熟的汽车公司,他们都极具前瞻性,能够更快地接受新技术。”Gideon Kedem表示,“随着公司的不断发展,我们对中国市场非常重视,抱有高度期待。我们在这里有专业销售团队和支持团队,目前正在与几家中国整车厂和一级/二级供应商合作,以实施互联解决方案。基于目前的合作,我们对未来充满期待。”

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