汽車需要跑的更快,不僅僅是在路上,還有車輛內部的電子網絡。隨著自動駕駛及智能互聯時代的到來,車身網絡的數據傳輸速度瓶頸凸顯。
汽車長期依賴于一個相對簡單的網絡標準,稱為CAN或控制器局域網總線。CAN總線協調所有微處理器和電子控制單元,或ECU,它們需要交換發動機、動力系統和診斷信息,傳輸諸如傳動狀態和流體水平等細節。
隨著更多的電子元器件增加,如車窗和座椅控制被添加到汽車,CAN總線經過多年的調整,增加了本地互連網絡(比如LIN),以處理膨脹的通信負荷。
但CAN總線最初是由博世在33多年前開發的,它正在“遠離”它的時代。
不斷豐富的ADAS系統功能,如自動緊急制動、電子穩定控制和車道保持輔助要求即時通信。因此,汽車制造商一直在補充他們的網絡,例如,增加100兆比特每秒(Mbps)以太網布線。
此外,L3級及以上自動駕駛對車身傳感器的數量要求越多越多,這意味著更多的傳感器和更多的數據傳輸。未來的自動駕駛汽車可能包括多達16個攝像頭、12個雷達傳感器、六個超聲波傳感器和4個或5個激光雷達傳感器,甚至還有更多。
“我們看到了數據帶寬的爆炸性增長,”Aptiv公司的副總裁李·鮑爾透露,自動駕駛汽車每小時將產生4兆字節的數據。這包括有關道路狀況、天氣、周圍物體、交通和街道標志的實況信息——所有這些信息必須在汽車部件之間共享,并用于瞬間做出駕駛決策。
同時,這些數據需要300萬億的計算能力,芯片供應商相關負責人表示,萬億次運算是每秒一兆次運算,這意味著每一輛車都是超級計算機。而連接所有這些部件的網絡必須非常靈活。
但現在并沒有人解決如何將所有數據流實時傳輸到中央處理器的問題?雖然工程師和汽車制造商一致認為,今天的汽車需要完全重新布線,但對許多人來說,辦法是什么?
通過使用短距離無線系統完全不需要電纜將是縮小差距的最簡單方法。然而,無線系統易受無線電頻率干擾的影響,這會影響可靠性并危及安全。相比有線網絡,無線系統更容易受到安全威脅。
光纖提供了目前相對最高的速度和輕質重量。但是光纖價格昂貴且易碎;濕度、振動和連接器中的灰塵都會導致信號損失。
到目前為止,汽車內部網絡布線最熱門的候選仍是銅。盡管銅在長距離傳輸高速數據方面面臨一些挑戰,但大多數汽車所需的長度相對較短,而且汽車制造商有數十年的使用經驗。
但比物理布線更重要的,是汽車應該使用何種網絡協議來加速大量數據的流動。最常見的局域網協議是以太網,這種格式幾十年來一直是商業和家庭網絡標準。
但是大多數當前的以太網網絡的最高速度通常為每秒1千兆位(Gbps)——不足以處理自動駕駛車輛將產生的龐大數據流。
為了加快速度,鼓勵使用以太網,幾家公司最近成立了無人駕駛汽車網絡(NAV)聯盟。NAV聯盟包括主要的零部件和系統供應商,如博世和大陸,以及芯片制造商Nvidia和高端網絡設備制造商Aquantia以及汽車制造商大眾。
聯盟的目標是推動下一代Multi-Gig以太網網絡所需要的生態系統的發展,最初提出的速度為2.5Gbps,最終為10Gbps。
NAV聯盟的核心是Aquantia公司的芯片,它支持的Multi-Gig以太網網絡能夠以最高每秒10吉字節的速度傳輸數據。
與高級神經系統類似,下一代網絡架構的基礎元件將是引擎控制單元(ECU)、中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)、高清攝像頭、感應器、網關和存儲器。所有這些基礎元件通過高速Multi-Gig以太網網絡進行連接,從而在車內安全穩定地傳輸數據。
這非常類似早年LIN協議的推出。在CAN協議獨霸一方的情況下,1998年末,寶馬、Volvo、奧迪、VW、戴姆勒-克萊斯勒、摩托羅拉和VCT等五家汽車制造商,一家半導體廠商以及一家軟件工具制造商發起定義一套開放的標準,針對車輛中低成本的內部互聯網絡。
同樣,Multi-Gig也有其他競爭者,比如HDBASET。HDBaseT最初是為了處理高分辨率的視頻和音頻而開發的,它還可以通過非屏蔽銅線傳輸功率和基于以太網的通信,最高可達6Gbps。
HDBASET由Valens公司開發,已經獲得了包括LG電子、索尼和三星電子在內的主要消費電子公司的支持,這些公司也在自動駕駛汽車技術方面進行了大量投資。HDBASET的支持者還認為更新版本將很快達到20 Gbps和40 Gbps的速度。
但無論誰贏得把這場汽車高速網絡標準的競賽,都有可能獲得意外的收獲,這將為支持新標準的數百萬新的連接芯片、網關和控制器創造巨大的市場空間。
靈活性最終可能是決定因素。但傳統的CAN和LIN網絡不可能很快被放棄。
業內人士表示,“CAN總線將用于非常基本的東西,而LIN將控制喇叭或閃光燈,因為那些芯片非常便宜。而新的高速以太網或HDBASET網絡都必須與這些系統向后兼容。”
此外,由于目前自動駕駛車輛上使用的各式各樣傳感器還處于技術更新周期,這些傳感器并非一定成為未來的主流配置。而新的高速網絡還必須考慮如何兼容這些傳感器部件。
“我去了兩家汽車制造商,我得到了三種不同的意見”關于他們想要什么樣的系統,有業人士表示,“他們都想要一個高速網絡。”
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原文標題:智能汽車都想要一個高速網絡,但未來是什么?| GGAI爭論
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