邁威爾科技(Marvell Semiconductor)在國際消費電子展(CES 2018)上展示其最新的汽車無線和乙太網路(Ethernet)連接方案,承諾竭盡所能協助汽車製造商,以因應資料負載呈指數級成長的需求,同時滿足更高效率和更低成本的要求。

先進駕駛輔助系統(ADAS)以及強化的自主、車載娛樂和遠端資訊處理等技術的採用,已經有效地將典型的汽車轉變為「車輪上的資料中心」(data center on wheels), Marvell汽車事業部副總裁兼總經理Will Chu在接受《EE Times》/ AspenCore的專訪時表示(圖1)。

20180301_Marvell_NT41P1 圖1:Marvell汽車事業部副總裁兼總經理Will Chu在CES 2018上展示最新的汽車乙太網路產品,並解釋滿足汽車製造商需求的秘密「汽車思維」(來源:AspenCore)

Chu的看法與福特執行長Jim Hackett的觀點相呼應,幾天前Hackett在CES開幕式上發表主題演講。在演講中,Hackett詳細闡述了他將汽車視為一種行動服務平台以及「運輸即服務」(transportation as a service)的看法,而且它們都是資料密集型的。所有的資料都必須在車輛內部與車輛(V2V)之間、車輛與周圍基礎設施(V2I)之間以及許多其它尚待定義的車輛連接(V2X)之間移動。

需要管理、移動和保護的資訊快速成為需要高速、可靠、低成本網路連接的大量資料,汽車乙太網路正迅速成為該網路的骨幹(圖2)。原因很多,但先從重量談起。

20180301_Marvell_NT41P2 圖2:僅ADAS全景視訊需求就必須採用多個視訊串流,這些視訊串流也連接到資訊娛樂系統和獨立的ECU(來源:Marvell Semiconductor)

Chu說:「電纜是汽車中第三重的元件,而汽車乙太網路使用非常輕便、價格便宜的非遮罩雙絞線電纜,以及成本低、體積小的連接器。」

乙太網路的第二個關鍵優勢是速度:資料速率高達100Mbits/s的100Base-T1乙太網路已經開始部署了。但其實Marvell早在2015年宣佈推出基於IEEE 802.3bp標準的88Q2112收發器時,就率先提供了1000Base-T1產品。這些設備在CES上威尼斯人酒店(Venetian Hotel)的一個僅限受邀人士參加的房間內展示,它們能連接到88Q5050安全閘道器,並連接到Marvell的88Q1010 100Base-T1解決方案。

88Q5050是Marvell為汽車乙太網路提供快速、安全解決方案策略的核心要素。這款在2017年7月發佈的8埠交換機包含了深度封包檢測(DPI)和可信任開機(Trusted Boot)等先進安全功能。

「汽車將被連接起來,這使得它們易受攻擊。」 Chu表示:「但Marvell在乙太網路和確保這些網路的安全保護方面擁有豐富的經驗。」 Chu指出,這與其說是加密,不如說是入侵保護和防止阻絕服務(DoS)攻擊。他說:「最終,我們能夠以更有效率的方式開發更安全的方案。”

借助安全閘道器和十億位元/秒(gigabit/s)資料速率,乙太網路可以匯聚來自多個不同網路(如CAN、MOST和FlexRay)的資料,並為汽車網路架構提供新方法。在一個典型的設計中,可能會使用一種網域途徑——由乙太網路處理視訊、CAN和FlexRay連接感測器和電子控制單元(ECU);Chu表示,設計師其實可以選擇分區的方法(zonal approach)。這意味著車輛是基於位置(前部、中部和後部)而不是功能組網。或者,架構可以是區位(zone)和域(domain)的混合。

這種靈活性在很大程度上源於乙太網路帶給汽車的許多強化,包括時效性網路(TSN)。 它使用虛擬通道上的保留頻寬,以確保重要資料在可預測的時間限度內進行傳送。不太關鍵的流量可以使用乙太網路預設的「盡力而為」(best effort)服務。 因此,乙太網路可以同時承載時間關鍵型資料和非時間型資料。

汽車乙太網路基於既定標準的事實則是Chu所稱該技術的第三個優點:元件的互通性。除了降低成本之外,這也使得添加連接節點變得更加容易。

Chu表示,對於無線通訊,在2011年,Marvell是第一家將Wi-Fi導入汽車的公司;而在2017年初,該公司宣佈推出88W8987xA系列汽車無線系統級晶片(SoC)。該系列整合了三個收發器,分別用於IEEE 802.11ac Wi-Fi、IEEE 802.11p (用於V2X)和藍牙5 (Bluetooth 5)。

802.11p射頻支援車載環境(WAVE)/專用短距離通訊(DSRC)中1609.x /無線接取所需的速率、可靠性和品質要求;而藍牙和Wi-Fi射頻分別處理車載資訊娛樂(IVI)系統資料和安全無線閘道系統資料。

「汽車思維」:在產品之外

正如Chu指出的,Marvell也有汽車儲存解決方案,但是擁有滿足汽車設計師需求的高性能產品只是Marvell努力的一部份。 Marvell致力於汽車產業的核心認知是:汽車製造商需要一個可靠的長期合作夥伴,願意為滿足AEC-Q100等標準所要求的汽車品質和可靠性要求而付出一切努力。

「這種『汽車思維』」(automotive mindset)是一個承諾,與產品本身同樣重要、有時甚至更重要。」 Chu說,「為了讓我們的客戶充滿信心,所有需要做的事都「正在進展中」;但我們承諾要做需要長期付出的事。」

Chu現身說法。他說:「我之所以加入Marvell,是因為它對汽車業做出了重大承諾。」鑒於Chu看到的,「汽車市場正經歷巨大的轉變,汽車客戶想要與半導體供應商建立比以往更密切的聯繫,」因而這個承諾是必要的。

這與更傳統的方法形成了鮮明的對比,相較於汽車,電子和半導體產業能以更迅速、獨立的設計週期執行。現在,半導體已經成為汽車功能不可分割的一部份,所以半導體工程師和汽車設計師以及各自的設計週期必須更密切地協調。

這是吸引Chu加入Marvell的原因。「Marvell從事乙太網路業務已有20年了,客戶真的希望Marvell的IP能應用於汽車領域。」 Chu說:「我對Marvell的承諾和我們所擁有的專業技術感到非常興奮。 我可以看到結合這兩個因素如何幫助客戶成功,並使我們的產品上市。我們的團隊都很開心,相信客戶也樂見於此。」