西部數據：敏捷工作流程在汽車(chē)行業(yè)的用例

西部數據公司中國及亞太區銷(xiāo)售副總裁Stefan Mandl

隨著(zhù)造車(chē)新勢力的崛起及近期疫情的影響，汽車(chē)設計和制造正逐步采用更為創(chuàng )新、敏捷的開(kāi)發(fā)流程。2021-2022年間，全球半導體行業(yè)面臨著(zhù)多方挑戰，這也給汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了制約。新的敏捷流程能夠幫助汽車(chē)企業(yè)更好地應對這一挑戰。

近日，西部數據聯(lián)合Coughlin Associates發(fā)布了白皮書(shū)^[1]，以分析敏捷工作流程在汽車(chē)行業(yè)的應用。數據存儲分析師Tom Coughlin在白皮書(shū)中寫(xiě)道，采用更快、更好、更有效的敏捷流程的汽車(chē)企業(yè)將具有明顯的、可衡量的競爭優(yōu)勢，其原因在于：1) 這些企業(yè)使用的零部件與主流半導體產(chǎn)品更加一致；2) 它們的工作速度更快，可實(shí)現多線(xiàn)程同步運行；3) 及早的執行可以降低成本，并提高盈利能力。

除此之外，實(shí)現先進(jìn)的駕駛功能、信息娛樂(lè )需要更多的汽車(chē)電子設備，同時(shí)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)量持續增長(cháng)，對數據存儲和內存的需求與日俱增。事實(shí)上，現今汽車(chē)中所使用的軟件代碼量已經(jīng)超過(guò)了戰斗機、筆記本電腦和社交媒體網(wǎng)站，并預計將持續大幅增長(cháng)。

軟件代碼量對比

存儲器和內存對于實(shí)現更靈活的汽車(chē)設計與制造，當下和未來(lái)豐富的汽車(chē)功能的實(shí)現也發(fā)揮著(zhù)日益重要的作用。

Tom Coughlin在白皮書(shū)里探討了汽車(chē)制造商采用敏捷工作流程來(lái)優(yōu)化和推動(dòng)未來(lái)生產(chǎn)力時(shí)需要考慮的四個(gè)快速變化的因素，包括：

1.       開(kāi)發(fā)和認證流程 – 加快上市速度，快速過(guò)渡到更新的技術(shù)

2.       硬件技術(shù) – 采用最新的半導體技術(shù)，實(shí)現競爭優(yōu)勢和先發(fā)優(yōu)勢，并且節約成本

3.       平臺 – 創(chuàng )建可升級、無(wú)依賴(lài)性且可以快速采用實(shí)施的硬件、軟件平臺，以實(shí)現持續增量改進(jìn)

4.       協(xié)作 – 利用反饋閉環(huán)，確保未來(lái)的需求可預測，盡量避免干擾實(shí)現需求

開(kāi)發(fā)與認證流程

多年來(lái)，傳統汽車(chē)公司一直在努力縮短新車(chē)型的開(kāi)發(fā)周期。隨著(zhù)越來(lái)越多的競爭對手在汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用尖端半導體企業(yè)快速開(kāi)發(fā)的模式，傳統汽車(chē)公司也愈加需要縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，并在汽車(chē)行業(yè)采用創(chuàng )新技術(shù)。

此外，在新冠疫情期間，汽車(chē)公司在制造過(guò)程中采用人工智能技術(shù)實(shí)現開(kāi)發(fā)自動(dòng)化，進(jìn)一步加快響應速度。在2021年4月的一次行業(yè)活動(dòng)上，寶馬公司介紹了公司如何使用數字孿生技術(shù)實(shí)時(shí)優(yōu)化汽車(chē)裝配廠(chǎng)的運營(yíng)，包括多項機器人功能^[2]。

數字孿生是實(shí)體設備或系統的計算機模型，能夠精確地模擬建模實(shí)體的屬性和操作。這些計算機模型可用于優(yōu)化和測試建模實(shí)體，比在設備或系統上更快地進(jìn)行實(shí)際操作。數字孿生技術(shù)的不斷改善，將加快推進(jìn)汽車(chē)設計和制造創(chuàng )新。

數字孿生技術(shù) – 推動(dòng)實(shí)物與機械設計流程，加快優(yōu)化與測試

汽車(chē)研究中心 (CAR) 的Brett Smith指出：“在很大程度上，汽車(chē)公司是由其制造流程驅動(dòng)的。利用技術(shù)提高工廠(chǎng)質(zhì)量、良品率和產(chǎn)量對于行業(yè)的革新至關(guān)重要?！?/p>

硬件技術(shù)

半導體已成為現代化汽車(chē)中最重要的組件之一，汽車(chē)原始設備制造商紛紛將半導體采購作為更優(yōu)先的事項。原始設備制造商正在轉向半導體供應商（包括代工廠(chǎng)）直接采購，而不是將半導體視為二級組件，從分包商處采購。

2021年11月，福特汽車(chē)與芯片供應商Global Foundries開(kāi)展合作，增加公司短期和長(cháng)期半導體芯片供應^[3]。高通等其他芯片供應商也越來(lái)越多地被半導體原始設備制造商視為一級組件供應商和關(guān)鍵合作伙伴, 賦予下一代汽車(chē)更多新功能。

在2022年CES大會(huì )上，高通指出，隨著(zhù)行業(yè)往電動(dòng)汽車(chē)(EV)^[4]的方向發(fā)展，公司用于互聯(lián)和智能車(chē)輛的Snapdragon數字底盤(pán)的多項新功能將發(fā)揮越來(lái)越高的價(jià)值。數字底盤(pán)中值得特別關(guān)注的功能包括車(chē)輛數字孿生系統，它可以管理車(chē)輛的整個(gè)生命周期，并允許對最新的軟件進(jìn)行測試，然后將其推送到邊緣和車(chē)輛中。另外，軟件定義的車(chē)輛方法可以采用在云端托管和基于微服務(wù)的架構，來(lái)運行一些與底層硬件架構無(wú)關(guān)的應用。

這一思路為車(chē)輛的設計、開(kāi)發(fā)、測試、診斷和更新提供了新的機遇。該架構考慮了需要與硬件和嵌入式軟件嚴格匹配的功能，以確保安全性和低延遲，并提高靈活性，使各項功能以微服務(wù)形式更好地運行。

電動(dòng)汽車(chē)需要達到傳統汽車(chē)的預期壽命，而這遠超許多大眾市場(chǎng)消費類(lèi)設備。因此，可能需要通過(guò)采用模塊化、刀片式或盒式的新硬件架構，從而通過(guò)升級硬件來(lái)延長(cháng)車(chē)輛的整體壽命。

通過(guò)將車(chē)輛的一些功能從嚴格的硬件控制轉為由軟件控制，將是保持車(chē)輛功能的同時(shí)進(jìn)行硬件更換（包括半導體）的一個(gè)重要因素。它有助于更靈活地采購組件，從而避免未來(lái)汽車(chē)半導體的短缺。模塊化的硬件升級方法也將有助于車(chē)輛在整個(gè)生命周期內保持最新?tīng)顟B(tài)。

除了這些芯片和軟件定義的架構之外，新的產(chǎn)品設計方法也能有助于更低光刻節點(diǎn)（大眾市場(chǎng)半導體）產(chǎn)品通過(guò)汽車(chē)公司的認證，包括在車(chē)輛測試中使用數字孿生技術(shù)，以減少對物理測試的依賴(lài)，并且轉向與軟件定義的架構相關(guān)的并行汽車(chē)系統設計方法，從而設計出科技行業(yè)常用的敏捷設計流程。

平臺

諸多因素促使車(chē)輛使用更多的半導體設備，包括內存和存儲器。半導體用于高級駕駛員輔助系統 (ADAS) （包括嵌入式AI系統）、車(chē)對車(chē)和車(chē)對基礎設施通信、信息娛樂(lè )和遠程信息處理、動(dòng)力傳動(dòng)系統控制，甚至用于車(chē)身和提供便利功能。此外，電動(dòng)汽車(chē)的增長(cháng)將進(jìn)一步推動(dòng)對汽車(chē)電子產(chǎn)品的需求增加。

根據S&P Global Mobility（前身為IHS Markit的汽車(chē)團隊^[5]）的數據，在美國輕型汽車(chē)生產(chǎn)領(lǐng)域，存儲器集成電路 (IC) 和傳感器將成為銷(xiāo)量最高的七大類(lèi)汽車(chē)半導體產(chǎn)品之一，到2030年，年使用量預計將超過(guò)10億件。據估計在2020年，內存和存儲器在汽車(chē)半導體設備中占到了7%^[6]。

S&P Global Mobility估計，由于業(yè)界對各種擁有照明和生物識別功能的傳感器需求巨大，到2031年，45-110納米半導體產(chǎn)量的累計年增長(cháng)率 (CAGR) 將達到42.9%。

據S&P Global Mobility預測，為了存儲來(lái)自這些傳感器和其他電子功能的信息，以用于人工智能分析等用途，10-18納米內存IC（LPDDR、DRAM和NAND閃存）的復合年增長(cháng)率將達到28.4%，到2031年，美國輕型汽車(chē)生產(chǎn)需要的內存IC將達到12億塊⁵。

電動(dòng)（包括混合動(dòng)力）汽車(chē)的銷(xiāo)量占比持續增長(cháng)。例如在美國，電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)份額從2019年的約4.3%上升到2021年的9.5%^[7]。未來(lái)，政策的支持將推動(dòng)這一需求持續增高。例如，拜登總統呼吁到2030年^[8]實(shí)現無(wú)排放汽車(chē)銷(xiāo)量達到50%，且諸多汽車(chē)制造商已宣布在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域投入大量資金——福特宣布在五年內投入300億美元^[9]；通用汽車(chē)表示，到2025年^[10]，公司將投入350億美元；梅賽德斯-奔馳表示，到2026^[11]年，公司將投入600億歐元；大眾將在五年內投入1,000億美元^[12]。多家汽車(chē)公司已宣布到2030年及以后，它們銷(xiāo)售的大部分汽車(chē)都將是電動(dòng)汽車(chē)。

電動(dòng)汽車(chē)將需要更多的電子產(chǎn)品，加上ADAS（包括AI）、信息娛樂(lè )、云通信、動(dòng)力總成控制和便捷功能，都將推動(dòng)汽車(chē)半導體需求激增，包括汽車(chē)中與功能無(wú)關(guān)的固態(tài)存儲和內存數量的增長(cháng)。

協(xié)作

隨著(zhù)汽車(chē)開(kāi)發(fā)出更多的自主功能，產(chǎn)生出多樣化的海量數據，而管理所有這些應用則需要進(jìn)行戰略規劃、精心協(xié)調和智慧執行能力。半導體供應商、一級供應商和原始設備制造商必須采用并遵守與軟件定義的架構相關(guān)且基于并行設計方法的敏捷工作流程。這是整個(gè)行業(yè)成功的核心。

“敏捷意味著(zhù)要保持一個(gè)積極的反饋閉環(huán)。反饋閉環(huán)對電子元件制造商、一級供應商和汽車(chē)制造商都非常重要，這能夠讓他們協(xié)調未來(lái)產(chǎn)品新功能的設計，因為新功能的實(shí)現要求元件供應商改進(jìn)其產(chǎn)品。同樣，處理器、傳感器和數據存儲技術(shù)的進(jìn)步需要及時(shí)傳達給汽車(chē)制造商和一級供應商，讓他們利用最新的功能。這種強大的反饋機制就像一種結締組織，可以更有效地讓整個(gè)行業(yè)和電子元件供應商保持協(xié)調一致?！?西部數據公司中國及亞太區銷(xiāo)售副總裁Stefan Mandl 談道。

作為全球存儲架構提供商，西部數據的一個(gè)重要反饋閉環(huán)是與汽車(chē)系統設計師合作——幫助他們準確計算汽車(chē)的潛在數據工作負載。如果在設計車(chē)輛系統時(shí)沒(méi)有提前計劃，在汽車(chē)使用壽命結束之前，ADAS、eCockpit或信息娛樂(lè )系統中的存儲空間就有可能耗盡。

Stefan Mandl提到，因為已經(jīng)知道存儲設備的耐久性取決于寫(xiě)入的數據量（以TB為單位），而且這會(huì )根據存儲容量而變化。每件設備都有一個(gè)限額，因此，根據車(chē)輛生命周期內的實(shí)際系統工作負載確定數據寫(xiě)入要求非常重要。

對于硬件工程師，了解基于軟件的車(chē)輛的未來(lái)工作負載正成為一項更棘手的挑戰。他們要根據大容量軟件更新的潛在意外場(chǎng)景，以及更新后的軟件如何讀取和寫(xiě)入存儲設備而提前做出規劃。

西部數據還認為，企業(yè)可以通過(guò)組建更多跨職能團隊而實(shí)現更高的敏捷性，這些團隊會(huì )為實(shí)現共同的目標而持續協(xié)作。對于傳統的工作結構，獨立的團隊會(huì )爭搶資源，并且可能會(huì )經(jīng)常出現交接、溝通錯誤、重復工作和延遲等問(wèn)題。

Stefan Mandl表示：“新一代汽車(chē)系統需要管理大量傳感器、攝像頭數據以及豐富、復雜的車(chē)載應用，這對車(chē)載存儲系統提出了更高的挑戰。西部數據擁有閃存和HDD兩大核心技術(shù)優(yōu)勢，能夠提供具備高性能、大容量、高可靠性的存儲解決方案，以支持車(chē)-邊-云新型數據架構在汽車(chē)領(lǐng)域的應用。同時(shí)，西部數據公司在全球跨職能項目、制造和營(yíng)銷(xiāo)團隊中實(shí)施嚴格的管理制度，以更高效的方式將新車(chē)推向市場(chǎng)，并利用創(chuàng )新成果，幫助行業(yè)取得更大的成功。”

[1]敏捷工作流在汽車(chē)行業(yè)的用例https://tomcoughlin.com/wp-content/uploads/2022/04/The-Case-for-Agile-Workflows-in-the-Auto-Industry-0422pdf.pdf

[2] 寶馬集團和NVIDIA將虛擬工廠(chǎng)計劃提升到新的高度，寶馬新聞稿，2021年4月13日。

[3] GlobalFoundries與福特聯(lián)手應對汽車(chē)芯片供應短缺并滿(mǎn)足日益增多的需求，福特新聞稿，2021年11月18日。

[4] CES 2022: Snapdragon數字底盤(pán)如何推動(dòng)汽車(chē)行業(yè)轉型，高通博客，2022年1月4日。

[5] IHS Markit定制美國輕型車(chē)輛半導體需求預測，2021年6月

[6] 美國國際貿易委員會(huì )貿易行政簡(jiǎn)報，2019年5月。

[7] 半導體和汽車(chē)—有何利害關(guān)系？CAR Bernard Swiecki在SEMICON West 2021上的演講

[8] 拜登推動(dòng)逐步淘汰汽油車(chē)，推出更嚴格的污染法規，《紐約時(shí)報》，2021年8月5日。

[9] 福特宣布向電動(dòng)汽車(chē)投入300億美元的增長(cháng)計劃，令投資者驚嘆《底特律新聞》，2021年5月26日

[10] 通用汽車(chē)宣布在電動(dòng)汽車(chē)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)的投資到2025年增加到350億美元，通用汽車(chē)新聞稿，2021年6月16日

[11] 監事會(huì )確認商業(yè)計劃：梅賽德斯-奔馳未來(lái)將投資600億歐元，梅賽德斯-奔馳新聞稿，2021年12月2日

[12] 大眾汽車(chē)將電動(dòng)汽車(chē)投入增加到1,000億美元，CNN，2021年12月9日。