電動(dòng)車(chē)時(shí)代已揭開(kāi)序幕：五項成功必備要素

電動(dòng)車(chē)的時(shí)代已來(lái)臨，然而嚴格的安全要求、漫長(cháng)的前置時(shí)間以及對效能的需求，讓電動(dòng)車(chē)成為一個(gè)充滿(mǎn)挑戰的市場(chǎng)。本文前瞻敘述未來(lái)幾年值得關(guān)注的五大重要趨勢。
電動(dòng)車(chē)（EV）的時(shí)代已正式展開(kāi)！通用汽車(chē)表示該公司在 2035 年前，將把汽柴油引擎的車(chē)款及休旅車(chē)從商品選項中移除；福特汽車(chē)也將在 2030 年前，將在歐洲市場(chǎng)的車(chē)款全面電動(dòng)化。英國原本發(fā)布預計在 2035 年前逐漸讓汽柴油車(chē)退出市場(chǎng)，隨后又把時(shí)程提早到 2030 年。
像優(yōu)比速（UPS）與亞馬遜（Amazon）等車(chē)隊用戶(hù)，已下訂了數千輛的零排放的物流車(chē)，并投資了電池驅動(dòng)的長(cháng)程卡車(chē)解決方案。同時(shí)，電池的售價(jià)從 2010 年起，已大幅下滑 89%。
對于消費者與汽車(chē)迷而言，下一個(gè)十年內前往展示中心賞車(chē)，將是高性能轎跑車(chē)世代以來(lái)，最令人興奮的時(shí)刻。據彭博社新能源財經(jīng)報導指出，在 2026 年前，全美的汽車(chē)展示中心將展示約 130 款不同的零排放車(chē)款，而目前大約只有 15 個(gè)車(chē)款。

由于電動(dòng)車(chē)系統可被比喻為裝上輪子的計算機，對于電子產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，這當然也是個(gè)好消息。不過(guò)，就像與汽車(chē)產(chǎn)業(yè)有業(yè)務(wù)來(lái)往的人士所知，嚴格的安全要求、漫長(cháng)的前置時(shí)間以及對效能的需求，讓電動(dòng)車(chē)成為一個(gè)充滿(mǎn)挑戰的市場(chǎng)。

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

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

車(chē)商已開(kāi)始轉戰至分區、更集中式的運算架構策略，以數量較少、但威力更為強大的系統單芯片，取代許多的微控制器。電動(dòng)車(chē)將讓這個(gè)趨勢加速成形。分區與集中式運算，實(shí)踐了把更具彈性與更普遍的智能帶進(jìn)汽車(chē)的承諾。
利用異質(zhì)核心數組打造效能更強大的裝置，可以監控關(guān)鍵的安全系統、管理更新、與終端服務(wù)互動(dòng)，并為云端架構的人工智能與機器學(xué)習算法搜集與詮釋數據。有了分區的處理器，車(chē)輛可以真正成為透過(guò)軟件定義：一組效能強大、但獨立運作的行車(chē)計算機，就是辦不到這點(diǎn)的。這種方法也將簡(jiǎn)化數據管理，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)器及智能手機一樣，車(chē)載系統單芯片將混搭 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(zhuān)屬核心。它們也會(huì )針對特定區域，例如傳動(dòng)系統、數字座艙或管理車(chē)輛的各種駕駛輔助系統，進(jìn)行優(yōu)化。

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

它們與標準的運算硅晶圓不同之處，在于對功能性安全的要求。功能性安全確保像煞車(chē)與轉向等安全關(guān)鍵的功能獲得電子系統的支持，可以檢測、偵錯并減輕功能失靈與故障。此外，可預防或降低不同功能間干擾情況的機制，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(chǎng)商為混合關(guān)鍵性工作負載，打造四個(gè)獨立的硬件分區。透過(guò)這種方式，我們可以利用軟件的多功能性，促成硬件架構的安全。

【2】電池要變得更聰明
瓦錫蘭（Wartsila）公司Greensmith 能源儲存部門(mén)創(chuàng )辦人 John Jung 表示：「電池就是計算機?！龟帢O與電解液雖然會(huì )沖擊電池組與電動(dòng)車(chē)的價(jià)格、效能與長(cháng)期使用年限，但例如充/放電率、電池平衡與預測性分析等因素同樣也會(huì )造成影響，而這些都由電池、模塊與電池組內的硅晶圓及軟件進(jìn)行控制。
想象一下，若想把車(chē)輛的續航力額外延長(cháng) 25 英里，為了因應這樣的挑戰恐怕會(huì )產(chǎn)生焦慮。你可以藉由增加電池容量達成這個(gè)目標，或是打造超級省電模式，讓電池管理系統在加速時(shí)調降出力。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(chē)、經(jīng)濟型車(chē)輛、休旅車(chē)與雙門(mén)敞篷車(chē)，打造出差別化的電池組。你可能也會(huì )看到制造商使用這些系統來(lái)強調加速性（也就是峰值電力輸出），而其它車(chē)款則是強調續航性。
未來(lái)十年，電池管理與控制系統將是創(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(gè)別駕駛的習慣，并與電池管理系統一起運作。博世（Bosch）預測他們的云端電池系統可以減少 20% 的電池損耗。

【3】車(chē)輛的效率必須更高

 
圖2 : 在電動(dòng)車(chē)里，煞車(chē)、動(dòng)力系統與其它關(guān)鍵的系統，必須靠電池來(lái)運作。(source：Benzinga)

對于內燃機車(chē)輛，電力是次要的考慮。但是對于電動(dòng)車(chē)，座艙內消耗的電力會(huì )直接影響續航哩程：暖氣最多可能讓續航哩程減少三成。同時(shí)，原本在高階轎車(chē)中控臺的高級娛樂(lè )系統，也將逐漸導入到較經(jīng)濟的車(chē)款。汽車(chē)制造商未來(lái)必須進(jìn)行肉眼看不到的車(chē)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(chǎng)。
在電動(dòng)車(chē)里，煞車(chē)、動(dòng)力系統與其它關(guān)鍵的系統，也必須靠電池來(lái)運作。我們需要透過(guò)先進(jìn)的處理器與軟件達到更高的效率，不過(guò)效率絕對不能干擾效能。
座艙或分區處理器取得的效率提升，也會(huì )帶來(lái)其他的正面效益。散熱設計與機械設計都會(huì )變得更簡(jiǎn)單。汽車(chē)制造商、開(kāi)發(fā)人員以及他們的硅晶圓伙伴，都必須持續延展每瓦效能的最大極致。
另一個(gè)好處是：與其讓更輕的車(chē)體材料商業(yè)化，或擠出額外的空氣動(dòng)力效果，效率的提升可以更快地達成，成本也更低。

【4】不只跟車(chē)輛本身有關(guān)
車(chē)主不是唯一的觀(guān)眾。電動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)行駛 100 英哩所消耗的電量，相當于美國一個(gè)家庭一整天的耗電量。德州大學(xué)于 2018 年進(jìn)行的思考實(shí)驗曾估計，倘若整個(gè)德州的汽車(chē)全面電動(dòng)化，電力生產(chǎn)必須提升三成。

太陽(yáng)能則會(huì )增添另一個(gè)難題。太陽(yáng)能在六點(diǎn)左右開(kāi)始下降，而這時(shí)候許多駕駛正準備為愛(ài)車(chē)徹夜充電。
所幸電網(wǎng)的優(yōu)化是另一個(gè)典型的優(yōu)化問(wèn)題。未來(lái)當我們在充電站充電時(shí)，你的愛(ài)車(chē)也將連上網(wǎng)絡(luò )，這個(gè)網(wǎng)絡(luò )會(huì )鏈接到訂定電力生產(chǎn)預測的智慧電網(wǎng)進(jìn)行分析、主控實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)的云端應用、區域性的能源儲存，當然還有公共充電站內部、以及你的愛(ài)車(chē)內復雜的處理器。

【5】開(kāi)始思考自動(dòng)駕駛
自駕車(chē)最后都會(huì )是電動(dòng)車(chē)。與內燃機引擎相關(guān)的可靠性與維修等問(wèn)題，對于想要利用它打造自駕車(chē)隊的人，負擔實(shí)在是太大。此外，電動(dòng)車(chē)（目前）的成本溢價(jià)，車(chē)隊也比較容易攤掉。
今日車(chē)隊從電池管理與分區控制所學(xué)到的心得，將有效地成為汽車(chē)自動(dòng)化推出的發(fā)展平臺。效率的重要性也會(huì )越來(lái)越高，完全（第五級；Level 5）自駕系統每秒運算力將達到 4,000 TOPS。
我們也會(huì )看到其它與電動(dòng)車(chē)相關(guān)的改變。加油站已經(jīng)開(kāi)始轉型成電動(dòng)車(chē)充電咖啡廳。電動(dòng)車(chē)預計會(huì )讓車(chē)隊/共乘-共享模式更受歡迎；果真如此，長(cháng)期下來(lái)，將可以釋放出相當數量的停車(chē)位與私人停車(chē)場(chǎng)、及其使用的土地空間（此類(lèi)用地占洛杉磯市 13% 的土地）。
但有一件事是不變的：車(chē)輛將繼續存在。對于我們的生活，它扮演著(zhù)中心的角色。我們今日完成的創(chuàng )新，將會(huì )讓我們口中的「汽車(chē)」、以及對于行動(dòng)力的認知持續演化，并讓此產(chǎn)業(yè)繼續朝下一個(gè)世紀邁進(jìn)。
(本文作者Chet Babla為Arm 車(chē)用事業(yè)部副總裁)