电动汽车时代来临,Arm指出完成这5项重要条件才能“完美造车”

电动汽车(EV)的时代已正式展开!通用汽车表示该公司在2035年前,将把汽柴油引擎的车款及休旅车从商品选项中移除;福特汽车也将在2030年前,将在欧洲市场的车款全面电动化。英国原本发布预计在2035年前逐渐让汽柴油车退出市场,随后又把进程提早到2030年。

像优比速(UPS)与亚马逊(Amazon)等车队用户,已下订了数千辆的零排放的物流车,并投资了电池驱动的远程卡车解决方案。同时,电池的售价从2010年起,已大幅下滑89%。

对于消费者与汽车迷而言,下一个十年内前往展示中心赏车,将是高性能轿跑车时代以来,最令人兴奋的时刻。据彭博社新能源财经报道指出,在2026年前,全美的汽车展示中心将展示约130款不同的零排放车款,而目前大约只有15个车款。

不久之前,车辆的运算性能常常等于处理器的数目:一台中端车可能搭载30颗,而高端车款可能配备100颗。

车商已开始转战至分区、更集中式的运算架构策略,以数量较少、但威力更为强大的系统单芯片,取代许多的单片机。电动汽车将让这个趋势加速成形。分区与集中式运算,实践了把更具弹性与更普遍的智慧带来汽车的承诺。利用异质核心数组打造性能更强大的设备,可以监控关键的安全系统、管理更新、与终端服务交互,并为云计算架构的人工智能与机器学习算法搜集与诠释数据。有了分区的处理器,车辆可以真正成为通过软件定义:一组性能强大、但独立运行的行车计算机,就是办不到这点的。这种方法也将简化数据管理,将电力与散热纳入考量,进一步降低重量并提升效率。

与服务器及智能手机一样,车载系统单芯片将混搭CPU、GPU(绘图处理器)、NPU(神经网络处理器)以及供网络等功能使用的专属核心。它们也会针对特定区域,例如传动系统、数字座舱或管理车辆的各种驾驶辅助系统,进行优化。

它们与标准的运算硅芯片不同之处,在于对功能性安全的要求。功能性安全确保像刹车与转向等安全关键的功能获得电子系统的支持,可以检测、调试并减轻功能故障与故障。此外,可预防或降低不同功能间干扰情况的机制,能进一步支持功能性安全。例如Arm去年发布的Mali-G78AE GPU,可以让OEM厂商为混合关键性工作负载,打造四个独立的硬件分区。通过这种方式,我们可以利用软件的多功能性,促成硬件架构的安全。

瓦锡兰(Wartsila)公司的Greensmith能源存储部门创办人John Jung表示:“电池就是计算机。”阴极与电解液虽然会冲击电池组与电动汽车的价格、性能与长期使用年限,但例如充/放电率、电池平衡与预测性分析等因素同样也会造成影响,而这些都由电池、模块与电池组内的硅芯片及软件进行控制。

想象一下,若想把车辆的续航力额外延长25英里,为了应对这样的挑战恐怕会产生焦虑。你可以借由增加电池容量完成这个目标,或是打造超级省电模式,让电池管理系统在加速时调降出力。后者可能成本较低,且增加的重量也比较少。

至于性能,电子学将让制造商利用一套共享电池,为豪华轿车、经济型车辆、休旅车与双门敞篷车,打造出差别化的电池组。你可能也会看到制造商使用这些系统来强调加速性(也就是峰值电力输出),而其它车款则是强调续航性。

未来十年,电池管理与控制系统将是创新的热点。电池管理将获得云计算分析的辅助,而后者则可分析个别驾驶的习惯,并与电池管理系统一起运行。博世(Bosch)预测他们的云计算电池系统可以减少20%的电池损耗。

对于内燃机车辆,电力此次要的考量。但是对于电动汽车,座舱内消耗的电力会直接影响续航里程:暖气最多可能让续航里程减少三成。同时,原本在高端轿车中控台的高级娱乐系统,也将逐渐导入到较经济的车款。汽车制造商未来必须进行肉眼看不到的车辆能耗减重,并密切关注处理能力与算法效率。打造智能手机与物联网设备学到的提升效率的心得,这里可以派上用场。

在电动汽车里,刹车、动力系统与其它关键的系统,也必须靠电池来运行。我们需要通过先进的处理器与软件达到更高的效率,不过效率绝对不能干扰性能。

座舱或分区处理器取得的效率提升,也会带来其他的正面效益。散热设计与机械设计都会变得更简单。汽车制造商、开发人员以及他们的硅芯片伙伴,都必须持续延展每瓦性能的最大极致。

另一个好处是:与其让更轻的车体材料商业化,或挤出额外的空气动力效果,效率的提升可以更快地完成,成本也更低。

车主不是唯一的观众。电动汽车将需要更多的充电站、更多电力容量与电网的升级。以电动汽车行驶100英里所消耗的电量,相当于美国一个家庭一整天的耗电量。德州大学于2018年进行的思考实验曾估计,倘若整个德州的汽车全面电动化,电力生产必须提升三成。

太阳能则会增添另一个难题。太阳能在六点左右开始下降,而这时候许多驾驶正准备为爱车彻夜充电。

所幸电网的优化是另一个典型的优化问题。未来当我们在充电站充电时,你的爱车也将连上网络,这个网络会连接到制定电力生产预测的智慧电网进行分析、主控即时电力市场的云计算应用、局部的能源存储,当然还有公共充电站内部、以及你的爱车内复杂的处理器。

自动驾驶汽车最后都会是电动汽车。与内燃机引擎相关的可靠性与维修等问题,对于想要利用它打造自动驾驶汽车队的人,负担实在是太大。此外,电动汽车(目前)的成本溢价,车队也比较容易摊掉。

今日车队从电池管理与分区控制所学到的心得,将有效地成为汽车自动化推出的发展平台。效率的重要性也会越来越高,完全(第五级;Level 5)自驾系统每秒运算力将达到4,000 TOPS。

我们也会看到其它与电动汽车相关的改变。加油站已经开始转型成电动汽车充电咖啡厅。电动汽车预计会让车队/共乘-共享模式更受欢迎;果真如此,长期下来,将可以释放出相当数量的停车位与私人停车场、及其使用的土地空间(此类用地占洛杉矶市13%的土地)。