電動車時代已揭開序幕：五項成功必備要素

電動車的時代已來臨，然而嚴(yán)格的安全要求、漫長的前置時間以及對效能的需求，讓電動車成為一個充滿挑戰(zhàn)的市場。本文前瞻敘述未來幾年值得關(guān)注的五大重要趨勢。
電動車（EV）的時代已正式展開！通用汽車表示該公司在 2035 年前，將把汽柴油引擎的車款及休旅車從商品選項中移除；福特汽車也將在 2030 年前，將在歐洲市場的車款全面電動化。英國原本發(fā)布預(yù)計在 2035 年前逐漸讓汽柴油車退出市場，隨后又把時程提早到 2030 年。
像優(yōu)比速（UPS）與亞馬遜（Amazon）等車隊用戶，已下訂了數(shù)千輛的零排放的物流車，并投資了電池驅(qū)動的長程卡車解決方案。同時，電池的售價從 2010 年起，已大幅下滑 89%。
對于消費(fèi)者與汽車迷而言，下一個十年內(nèi)前往展示中心賞車，將是高性能轎跑車世代以來，最令人興奮的時刻。據(jù)彭博社新能源財經(jīng)報導(dǎo)指出，在 2026 年前，全美的汽車展示中心將展示約 130 款不同的零排放車款，而目前大約只有 15 個車款。

由于電動車系統(tǒng)可被比喻為裝上輪子的計算機(jī)，對于電子產(chǎn)業(yè)來說，這當(dāng)然也是個好消息。不過，就像與汽車產(chǎn)業(yè)有業(yè)務(wù)來往的人士所知，嚴(yán)格的安全要求、漫長的前置時間以及對效能的需求，讓電動車成為一個充滿挑戰(zhàn)的市場。

未來趨勢焦點(diǎn)
以下是未來幾年值得關(guān)注的五個重要趨勢：

【1】處理能力將進(jìn)行整合
不久之前，車輛的運(yùn)算效能常常等于處理器的數(shù)目：一臺中階車可能搭載 30 顆，而高階車款可能配備 100 顆。

車商已開始轉(zhuǎn)戰(zhàn)至分區(qū)、更集中式的運(yùn)算架構(gòu)策略，以數(shù)量較少、但威力更為強(qiáng)大的系統(tǒng)單芯片，取代許多的微控制器。電動車將讓這個趨勢加速成形。分區(qū)與集中式運(yùn)算，實踐了把更具彈性與更普遍的智能帶進(jìn)汽車的承諾。
利用異質(zhì)核心數(shù)組打造效能更強(qiáng)大的裝置，可以監(jiān)控關(guān)鍵的安全系統(tǒng)、管理更新、與終端服務(wù)互動，并為云端架構(gòu)的人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)算法搜集與詮釋數(shù)據(jù)。有了分區(qū)的處理器，車輛可以真正成為透過軟件定義：一組效能強(qiáng)大、但獨(dú)立運(yùn)作的行車計算機(jī)，就是辦不到這點(diǎn)的。這種方法也將簡化數(shù)據(jù)管理，將電力與散熱納入考慮，進(jìn)一步降低重量并提升效率。
與服務(wù)器及智能手機(jī)一樣，車載系統(tǒng)單芯片將混搭 CPU、繪圖處理器（GPU）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU）以及供網(wǎng)絡(luò)等功能使用的專屬核心。它們也會針對特定區(qū)域，例如傳動系統(tǒng)、數(shù)字座艙或管理車輛的各種駕駛輔助系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化。

 
圖1 : 功能性安全確保像煞車與轉(zhuǎn)向等安全關(guān)鍵的功能獲得電子系統(tǒng)的支持，可以檢測、偵錯并減輕功能失靈與故障。 (source：kpattorney.com)

它們與標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)算硅晶圓不同之處，在于對功能性安全的要求。功能性安全確保像煞車與轉(zhuǎn)向等安全關(guān)鍵的功能獲得電子系統(tǒng)的支持，可以檢測、偵錯并減輕功能失靈與故障。此外，可預(yù)防或降低不同功能間干擾情況的機(jī)制，能進(jìn)一步支持功能性安全。例如 Arm 去年發(fā)表的 Mali-G78AE GPU，可以讓 OEM 廠商為混合關(guān)鍵性工作負(fù)載，打造四個獨(dú)立的硬件分區(qū)。透過這種方式，我們可以利用軟件的多功能性，促成硬件架構(gòu)的安全。

【2】電池要變得更聰明
瓦錫蘭（Wartsila）公司Greensmith 能源儲存部門創(chuàng)辦人 John Jung 表示：「電池就是計算機(jī)?！龟帢O與電解液雖然會沖擊電池組與電動車的價格、效能與長期使用年限，但例如充/放電率、電池平衡與預(yù)測性分析等因素同樣也會造成影響，而這些都由電池、模塊與電池組內(nèi)的硅晶圓及軟件進(jìn)行控制。
想象一下，若想把車輛的續(xù)航力額外延長 25 英里，為了因應(yīng)這樣的挑戰(zhàn)恐怕會產(chǎn)生焦慮。你可以藉由增加電池容量達(dá)成這個目標(biāo)，或是打造超級省電模式，讓電池管理系統(tǒng)在加速時調(diào)降出力。后者可能成本較低，且增加的重量也比較少。
至于效能，電子學(xué)將讓制造商利用一套共享電池，為豪華轎車、經(jīng)濟(jì)型車輛、休旅車與雙門敞篷車，打造出差別化的電池組。你可能也會看到制造商使用這些系統(tǒng)來強(qiáng)調(diào)加速性（也就是峰值電力輸出），而其它車款則是強(qiáng)調(diào)續(xù)航性。
未來十年，電池管理與控制系統(tǒng)將是創(chuàng)新的熱點(diǎn)。電池管理將獲得云端分析的輔助，而后者則可分析個別駕駛的習(xí)慣，并與電池管理系統(tǒng)一起運(yùn)作。博世（Bosch）預(yù)測他們的云端電池系統(tǒng)可以減少 20% 的電池?fù)p耗。

【3】車輛的效率必須更高

 
圖2 : 在電動車?yán)?，煞車、動力系統(tǒng)與其它關(guān)鍵的系統(tǒng)，必須靠電池來運(yùn)作。(source：Benzinga)

對于內(nèi)燃機(jī)車輛，電力是次要的考慮。但是對于電動車，座艙內(nèi)消耗的電力會直接影響續(xù)航哩程：暖氣最多可能讓續(xù)航哩程減少三成。同時，原本在高階轎車中控臺的高級娛樂系統(tǒng)，也將逐漸導(dǎo)入到較經(jīng)濟(jì)的車款。汽車制造商未來必須進(jìn)行肉眼看不到的車輛耗能減重，并密切關(guān)注處理能力與算法效率。打造智能手機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)裝置學(xué)到的提升效率的心得，這里可以派上用場。
在電動車?yán)?，煞車、動力系統(tǒng)與其它關(guān)鍵的系統(tǒng)，也必須靠電池來運(yùn)作。我們需要透過先進(jìn)的處理器與軟件達(dá)到更高的效率，不過效率絕對不能干擾效能。
座艙或分區(qū)處理器取得的效率提升，也會帶來其他的正面效益。散熱設(shè)計與機(jī)械設(shè)計都會變得更簡單。汽車制造商、開發(fā)人員以及他們的硅晶圓伙伴，都必須持續(xù)延展每瓦效能的最大極致。
另一個好處是：與其讓更輕的車體材料商業(yè)化，或擠出額外的空氣動力效果，效率的提升可以更快地達(dá)成，成本也更低。

【4】不只跟車輛本身有關(guān)
車主不是唯一的觀眾。電動車將需要更多的充電站、更多電力容量與電網(wǎng)的升級。以電動車行駛 100 英哩所消耗的電量，相當(dāng)于美國一個家庭一整天的耗電量。德州大學(xué)于 2018 年進(jìn)行的思考實驗曾估計，倘若整個德州的汽車全面電動化，電力生產(chǎn)必須提升三成。

太陽能則會增添另一個難題。太陽能在六點(diǎn)左右開始下降，而這時候許多駕駛正準(zhǔn)備為愛車徹夜充電。
所幸電網(wǎng)的優(yōu)化是另一個典型的優(yōu)化問題。未來當(dāng)我們在充電站充電時，你的愛車也將連上網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)會鏈接到訂定電力生產(chǎn)預(yù)測的智慧電網(wǎng)進(jìn)行分析、主控實時電力市場的云端應(yīng)用、區(qū)域性的能源儲存，當(dāng)然還有公共充電站內(nèi)部、以及你的愛車內(nèi)復(fù)雜的處理器。

【5】開始思考自動駕駛
自駕車最后都會是電動車。與內(nèi)燃機(jī)引擎相關(guān)的可靠性與維修等問題，對于想要利用它打造自駕車隊的人，負(fù)擔(dān)實在是太大。此外，電動車（目前）的成本溢價，車隊也比較容易攤掉。
今日車隊從電池管理與分區(qū)控制所學(xué)到的心得，將有效地成為汽車自動化推出的發(fā)展平臺。效率的重要性也會越來越高，完全（第五級；Level 5）自駕系統(tǒng)每秒運(yùn)算力將達(dá)到 4,000 TOPS。
我們也會看到其它與電動車相關(guān)的改變。加油站已經(jīng)開始轉(zhuǎn)型成電動車充電咖啡廳。電動車預(yù)計會讓車隊/共乘-共享模式更受歡迎；果真如此，長期下來，將可以釋放出相當(dāng)數(shù)量的停車位與私人停車場、及其使用的土地空間（此類用地占洛杉磯市 13% 的土地）。
但有一件事是不變的：車輛將繼續(xù)存在。對于我們的生活，它扮演著中心的角色。我們今日完成的創(chuàng)新，將會讓我們口中的「汽車」、以及對于行動力的認(rèn)知持續(xù)演化，并讓此產(chǎn)業(yè)繼續(xù)朝下一個世紀(jì)邁進(jìn)。
(本文作者Chet Babla為Arm 車用事業(yè)部副總裁)