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| 車聯(lián)網(wǎng)真的就在眼前了嗎？ |
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| 文章來源： 更新時間：2017/3/7 15:38:00 |
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2015年底，美國運輸部(DOT)發(fā)布的消息提到，5年后美國所有的新車都將強制配備防止碰撞的車聯(lián)網(wǎng)(Internet of Vehicles，IoV)裝置，也就是車對車(vehicle-to-vehicle，V2V)系統(tǒng)的法規(guī)制定計劃。該部會的官員并表示，車聯(lián)網(wǎng)的目的是為了要提供行駛于兩線道的駕駛在超越卡車等危險情境前預警，預期將能避免或減輕80%的非駕駛責失撞車意外。DOT、美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)預估此項計劃1年后草案將正式底定，在之后的4年內，美國所有輕型車都將強制安裝V2V車聯(lián)網(wǎng)裝置。
美國提出這樣的法規(guī)計劃，對半導體廠商或是汽車制造商而言，相當令人狂喜，對吧?賽普拉斯(Cypress)資深產(chǎn)品行銷總監(jiān)Jeff Baer表示，車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景是相當肯定的。目前市場上已經(jīng)可以普遍看到原始設備制造商(OEM)和一線業(yè)者(Tier1)推動從藍牙(Bluetooth)手機連接車上的娛樂系統(tǒng)，或是增加支持Wi-Fi和藍牙組合的設備，也就是為車輛中的移動裝置提供非常豐富連接本地支持，包括驅動程式裝置所需的熒幕，以及連接到乘客裝置以共享媒體內容和連結網(wǎng)際網(wǎng)路的能力，而這已是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程中一個常見的功能。可以說，車輛已被業(yè)者認為可扮演物聯(lián)網(wǎng)(IoT)連通裝置之一，亦即移動物聯(lián)網(wǎng)下一個階段的重要一環(huán)。
隨著汽車在3C之外成為電子科技產(chǎn)業(yè)關注的第四C之后，許多半導體大廠也開始進軍汽車電子產(chǎn)業(yè)，其中高通(Qualcomm)購并恩智浦(NXP)即是一例;據(jù)悉臺灣電子五哥也已投入汽車應用相關市場。不僅如此，汽車結合通訊技術可衍生的各式應用也開始如火如荼的發(fā)展，尤其在第三代伙伴計劃(3GPP)將于2017年第二季發(fā)布的Release 14標準，即是針對LTE車間普及和通訊服務所制定的規(guī)范，預期將可加速車聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展，再加上車廠與元件商的大力推助，可以說，車聯(lián)網(wǎng)愿景的實現(xiàn)似乎不再遙不可及。
車聯(lián)網(wǎng)激起無限應用想像
車聯(lián)網(wǎng)的概念雖然已經(jīng)出現(xiàn)一段不算短的時間，但近期的確有較大的進展。德州儀器(TI)半導體行銷與應用嵌入式系統(tǒng)總監(jiān)詹勛琪指出，車聯(lián)網(wǎng)分為車內與車外，現(xiàn)階段的發(fā)展著重駕駛與汽車間的關系和互動，且車外傳輸?shù)木嚯x也以短距離為主，因此有第三代伙伴計劃(3GPP)將于第二季推出的Release 14標準，以及發(fā)展已一段時間的專用短程通訊技術(Dedicated Short Range Communications，DSRC)，也就是IEEE 802.11p標準，未來，5G也將成為車聯(lián)網(wǎng)的重要通訊技術之一。
Baer認為，加入無線連結技術為汽車廠商提供了前所未有的功能——一個強大的連結媒介，可將許多令人興奮的新資訊娛樂和遠端資訊處理功能帶給司機和乘客，同時允許資訊在車輛內共享。且汽車的重量總是值得關注，若電線可用無線技術代替，這將直接創(chuàng)造節(jié)省整體汽車重量和更有效率的燃油消耗。
現(xiàn)今車輛還收集大量的動態(tài)效能、診斷和操作數(shù)據(jù)，而高性能Wi-Fi為服務裝置提供了一個強大的媒介，并從車輛下載這些數(shù)據(jù)。Baer強調，所有這一切都將轉化為強大和令人振奮的新功能，汽車產(chǎn)業(yè)向消費者推廣，讓他們的移動裝置能直接在汽車內無縫的使用;對于半導體產(chǎn)業(yè)來說，車聯(lián)網(wǎng)是無線半導體技術一個大膽的新市場，可將業(yè)者過去在智能型手機連接領域的研發(fā)利用于汽車中。
在智能型手機產(chǎn)業(yè)有很大投入與成果的高通亦認為，該公司致力于提供最先進的技術和產(chǎn)品，因此也希望把智能型手機相關技術應用到汽車產(chǎn)業(yè)中。就高通觀察，未來汽車廠商對汽車的定位是“擁有車輪的智能型手機”，所以也預期將有很多智能型手機相關技術都可以應用于汽車中。
從Wi-Fi、藍牙到DSRC、5G…等通訊技術陸續(xù)加入汽車中，不僅將衍生許多車聯(lián)網(wǎng)的應用，也會改變現(xiàn)有汽車的架構。
整車管理架構：中央V.S地方分權
現(xiàn)階段許多汽車已配備先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)，每一個小系統(tǒng)都有電子控制單元(ECU)控制，以確保各項輔助功能可帶給駕駛與行人最高的行車及用路安全。詹勛琪表示，未來車聯(lián)網(wǎng)的時代，不僅需要更多有線與無線通訊技術、各式各樣包含雷達、光達(LiDAR)的傳感器，還要配備分析數(shù)據(jù)的芯片，做出判斷。
這樣的組成架構相對現(xiàn)況勢必更加龐大，因此許多業(yè)者如英特爾(Intel)、輝達(NVIDIA)積極將其中央處理器(CPU)或繪圖處理器(GPU)帶入汽車，能借重這些運算能力強大的IC，成為汽車各項系統(tǒng)的主控制核心。
今年美國拉斯維加斯消費性電子展(CES)，個人電腦(PC)產(chǎn)業(yè)開發(fā)出來的許多高效能處理器有許多的宣傳造勢，強調未來的汽車絕對需要功能強大、運算能力巨大的處理器。例如高通今年初在CES中也與松下(Panasonic)電子共同合作發(fā)布了下一代車載資訊娛樂系統(tǒng);此外高通還與奧迪(Audi)、愛立信(Ericsson)、SWARCO交通系統(tǒng)公司和德國凱撒勞頓大學(University of Kaiserslautern)共同進行了關于蜂巢式-V2X(Celluar-V2X)的測試合作。不過，這樣的中央集權架構，車廠是否真的會買單?
詹勛琪指出，目前汽車的每一個小系統(tǒng)都是由自己的ECU進行分析、管理，并做出回應，再將結果通報所謂的中央主控系統(tǒng)進行記錄，換個形容即為“地方分權”，這樣的架構已經(jīng)普遍受到車廠的認可，更重要的是，沒有一個ECU可以把一臺汽車所有的功能獨立做完。
事實上，汽車各項功能的整合并不如其他產(chǎn)業(yè)所想來得“前衛(wèi)”與容易。以現(xiàn)有的汽車架構分析，可以說是模組化架構分層負責再層層向上，可以降低許多總系統(tǒng)的運算負擔，反應也較為即時。若是以單一顆強大的處理器負責所有的事項，不僅處理器的負擔會加重許多，處理器本身的散熱就會是很大的問題，更遑論在處理大量的數(shù)據(jù)后，馬上傳遞該做什么的反應資訊到子系統(tǒng)，這中間的傳輸時間如何變得更快。
未來進入到車聯(lián)網(wǎng)的時代，汽車所要接收與處理的訊息再也不是幾百kb，而是海量的資訊，多個子系統(tǒng)個別處理或是采用單一主控芯片“掌控全局”，何者能夠達到車廠所要的最高安全等級?則得交由車廠與市場進行測試與認定。
信息娛樂系統(tǒng)亦為車聯(lián)網(wǎng)一體
先前已提到，車聯(lián)網(wǎng)尚未風風火火發(fā)展時，汽車資訊娛樂系統(tǒng)(Infotainment system)是汽車內部首個透過個人移動裝置添加連網(wǎng)能力的部份。想當然爾，汽車資訊娛樂系統(tǒng)未來也將在車聯(lián)網(wǎng)應用或架構中扮演重要角色。
芯科科技(Silicon Labs)資深產(chǎn)品經(jīng)理陳子良表示，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，汽車市場每年約有1億臺的出貨量，而車聯(lián)網(wǎng)勢必改變汽車資訊娛樂系統(tǒng)，并衍生更多元的應用情境，成為未來半導體廠商兵家必爭之地。舉例來說，隨著歐盟欲逐漸將傳統(tǒng)的類比調頻(FM)廣播停用，全面啟用數(shù)字化的數(shù)字音訊廣播(Digital Audio Broadcasting，DAB);挪威(Norway)已率先響應于2017年全面中止FM服務;英國則預計2020年停用;美國也計劃停用FM廣播改用數(shù)字廣播系統(tǒng);中國大陸甚至推出自有標準中國數(shù)字廣播(CDR);印度則是計劃采用全球數(shù)字廣播(DRM)標準�？梢�，廣播訊號數(shù)字化已箭在弦上。
不僅如此，廣播系統(tǒng)全面數(shù)字化后，意味著可以透過廣播系統(tǒng)傳輸資訊到車內。陳子良認為，現(xiàn)在的汽車系統(tǒng)已有透過調幅(AM)與FM或是DAB系統(tǒng)收集交通資訊的應用，搭配ADAS，將有更多應用會由想像變?yōu)檎鎸�。未來，車�?lián)網(wǎng)架構成形，許多通訊技術，例如最新的5G通訊陸續(xù)進駐車內，不僅可以將更多智能型手機或是個人電腦的娛樂應用放進車內，還能讓車內的數(shù)字廣播系統(tǒng)進一步傳輸影像或是視訊數(shù)據(jù)，提升車內娛樂體驗與行車安全。
圖1：車聯(lián)網(wǎng)時代需要更高的安全性，才能降低數(shù)據(jù)受駭客攻擊的可能性(來源：英飛凌)
連線安全性
車聯(lián)網(wǎng)的概念是車對所有都可以互連、互動，也就是V2X，還需涵蓋車內通訊，才能是完整的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，這當中需要許多連網(wǎng)技術的加持，才能實現(xiàn)。英飛凌(Infineon)大中華區(qū)汽車半導體業(yè)務事業(yè)處資深經(jīng)理Hans Joachim Schatz表示，汽車內建多種通訊技術后，等于是將很多汽車與駕駛人的資訊暴露在空中，因此提高安全性將是當務之急。
現(xiàn)階段車聯(lián)網(wǎng)應用中，已陸續(xù)有些已發(fā)生或未來可預見的“問題”。例如特斯拉(Tesla)的自動巡航(AutoPilot)功能、歐盟已諭令新車都需具備的自動緊急呼叫(eCall)系統(tǒng)，或是一些遠端網(wǎng)際網(wǎng)路服務、娛樂應用程式(App)…等，都曾經(jīng)因為遠端軟件更新出問題或是駭客入侵的機會，而發(fā)生可避免的事故。甚至臺灣高速公路采用的電子收費系統(tǒng)(ETC)，未來也將因車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，而成為駭客的攻擊目標。
也因為2017年或之后的未來將陸續(xù)實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)中的V2V這一塊應用，因此汽車現(xiàn)有的分散式安全架構需要進一步升級。Schatz指出，現(xiàn)在的汽車各部分功能的安全只有幾顆安全芯片全權負責，但這樣的架構在車聯(lián)網(wǎng)時代不足以應付“無孔不入”的駭客，因此需要有層次(architecture)的安全架構。
所謂有層次的安全架構，除了從軟件轉為片上安全防護(on-board Security)的必要性之外，各部分的安全防護都需要各自獨立。Schatz進一步解釋，現(xiàn)今汽車安全防護系統(tǒng)是什么部分都與主控端連結，給予駭客許多入侵的管道，一旦入侵成功，防護系統(tǒng)會完全崩潰，駭客想要什么數(shù)據(jù)或是控制車輛都像“桌上拈柑”;但層次化的安全架構則是各部份各自獨立，具備更多的安全機制，且彼此無法跨界，不會因為一個部分失守而全盤皆輸。
圖2：汽車層次化的安全架構(來源：英飛凌)
車聯(lián)網(wǎng)帶來更多商機
各式元件雞犬升天
除了微控制器(MCU)之外，CPU等級的處理器業(yè)者也看到其產(chǎn)品能發(fā)揮的空間——全車主控制系統(tǒng)的大腦。高通認為，未來車聯(lián)網(wǎng)會帶入許多現(xiàn)有的移動裝置娛樂體驗，因此高效能的處理器勢不可免，也能透過處理器為汽車增添更多智能功能。就高通來看，汽車要智能化其實很簡單，也就是客戶期望這些終端裝置能提供跟智能型手機一樣的使用者體驗，這需要先進的運算能力以實現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)。比如，汽車的儀表與中控系統(tǒng)需要智能地共用資訊，兩者必須保持連接并適時傳遞資訊。
不僅如此，汽車更加智能化后，大腦也須擔任連接車外與車內聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的橋梁，因此人工智能(AI)、深度學習(deep learning)也會陸續(xù)成為高效能處理器的臂膀;同時也提升高效能處器進軍車用市場的契機。
車聯(lián)網(wǎng)需要大量的傳感器，如影像傳感器、MEMS傳感器、雷達傳感器…等，還需要數(shù)字訊號處理器(DSP)處理影像方面的資訊。因此這些元件在車聯(lián)網(wǎng)市場中的需求只會提升，而不會漸少。
此外，安全芯片也將因車聯(lián)網(wǎng)而有更多被采用的機會。試想，汽車若是被駭客入侵，將造成極大的損失，也會對品牌商譽造成極大的影響。Schatz強調，對車廠而言，安全是最重要的，不會輕易為了要降低成本而漸少該有的安全防護措施，汽車產(chǎn)業(yè)正在轉變，不僅功能再進化，與更高安全性的進一步連結更將受到更多的重視。
通訊技術扮演關鍵角色
車聯(lián)網(wǎng)的命脈是通訊技術，車內有Wi-Fi、藍牙與CAN、LIN等無線與有線通訊技術;車外通訊技術則分為短距的DSRC及即將公布的3GPP Release 14標準規(guī)范，還有負責長程通訊的4G和5G。
詹勛琪表示，現(xiàn)階段車外連網(wǎng)的發(fā)展以短距為主，3GPP采用5.9GHz頻段的Release 14標準與DSRC雖然都是供短距離的V2V或車對基礎建設(V2I)，且采用頻段相同，不過，兩者在通訊協(xié)定(Protocol)上仍有差別。Release 14標準專攻V2V應用，惟延遲沒有很低;DSRC則針對安全數(shù)據(jù)傳輸所設計，因此延遲相對低較多。
這樣的比較結果也會令人聯(lián)想到是否會有技術之爭的問題。Baer認為，連接技術的發(fā)展關鍵是標準——一套完整和一致的標準允許不同設備(固定和移動)之間的無縫連接，因此，任何鞏固和促進標準的努力最終都有利于在車輛中采用下一代技術。且3GPP此舉可望將一組復雜的互補功能簡化和整合成一個可以被汽車產(chǎn)業(yè)采用的一致的架構，促進車載電子產(chǎn)品的廣泛采用，以提供廣泛的安全和娛樂功能。但是最終車廠選擇何種技術作為短距離的車外通訊標準，仍是端看車廠對汽車產(chǎn)品的設計與功能。
連網(wǎng)技術也導致數(shù)據(jù)機(Modem)芯片的需求大增。高通表示，數(shù)據(jù)機能夠支持汽車平臺保持連接，不管是與車內的ECU還是與車內的個人終端裝置連接，甚至汽車對外連結。
Baer強調，IEEE接取點(AP)規(guī)范沒有標準協(xié)議來告訴個人工作站(STA)，AP正在改變通道或是離線狀態(tài)。因此，賽普拉斯借由購并博通(Broadcom)無線連接產(chǎn)品系列，而有所謂“雙MAC Wi-Fi/藍牙”組合架構。在單MAC解決方案中，5G中的AP模式不能在2.4G中切換到AP模式，而不會混淆相關聯(lián)的STA，因此可解決AP+AP并發(fā)性(concurrency)的基本問題。
測試認證為車聯(lián)網(wǎng)把關
為了打造安全的汽車駕駛環(huán)境，與車輛有關的所有半導體元件、模組、系統(tǒng)甚至整車都必須進行測試與檢驗，特別是無線網(wǎng)路與移動通訊技術的快速進展，在引爆車聯(lián)網(wǎng)應用與服務等龐大商機的同時，也帶來了攸關網(wǎng)路安全與裝置互通性的問題。
德凱集團(DEKRA)東亞區(qū)總裁Stan Zurkiewicz強調，無論是車聯(lián)網(wǎng)還是更廣泛的物聯(lián)網(wǎng)，基于連網(wǎng)功能的安全需求是整個體系中不可忽視的重點。因此，“車聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)就在于如何確保連網(wǎng)元件之間的相容性，促進彼此間的通訊;以及提高連網(wǎng)的安全性，避免駭客攻擊。”
為此，車聯(lián)網(wǎng)測試并不僅關注于車輛本身，更重要的是廣泛的連網(wǎng)技術與安全性，包括連線能力、互通性、安全測試與認證;與電子元件有關的電磁相容性(EMC)、射頻(RF)、化學與材料特性、性能與可靠性測試，以及能源效率和國際市場準入服務等檢測認證項目。
看好臺灣在電子供應鏈的優(yōu)勢以及作為發(fā)展車聯(lián)網(wǎng)的重要據(jù)點，包括德凱集團與立德(Bureau Veritas)等國際檢測驗證大廠近年來相繼在臺灣投資，積極布局臺灣與亞太市場。立德于2015年在新竹科學園區(qū)成立EMC/RF檢測實驗室，提供車載無線裝置與智能電網(wǎng)檢測服務。
長期耕耘汽車檢測驗證的DEKRA同樣在2015年進入臺灣市場，至今并已斥資數(shù)千萬歐元在臺打造國際級實驗室。繼去年7月在林口設立物聯(lián)網(wǎng)檢測認證實驗室后，年底即正式啟用位于新竹的車聯(lián)網(wǎng)實驗室，為汽車價值鏈提供一站式的整合服務，以滿足車聯(lián)網(wǎng)與電動車等技術創(chuàng)新帶來日益成長的檢測認證需求。
各國積極布建車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，臺灣呢?
目前的車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展較快的部份是V2V與車對行人(V2P)。詹勛琪說明，車和行人都是移動的物體，牽涉到行車安全的問題，透過傳感器與運算技術，加上通訊技術即可逐步實現(xiàn)，因此發(fā)展相對較快。而V2I則需要政府單位提出并建置相關的配套措施，因而仍需要一段時間才能看到。
另外，與安全無關的車聯(lián)網(wǎng)應用，如娛樂系統(tǒng)，也發(fā)展迅速。從美國一項統(tǒng)計中可發(fā)現(xiàn)，美國3G、4G的新網(wǎng)路用戶的申請預訂，已呈現(xiàn)車比人多的態(tài)勢，即可見一斑。詹勛琪強調，雖然新網(wǎng)路用戶申請主要仍因應汽車娛樂應用服務的需求而增加，但已經(jīng)可以說是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展明確的第一步。
Baer則認為，汽車產(chǎn)業(yè)在開發(fā)周期中相當慎重，借以提供最高水準的可靠性，車聯(lián)網(wǎng)這個愿景的發(fā)展已進行了幾年，相信大量令人興奮的系統(tǒng)將在未來2個車型年(model years)內進入市場，提供前所未有的連接水準到車輛中。
各國汽車產(chǎn)業(yè)積極發(fā)展車聯(lián)網(wǎng)相關應用與推出相關的車種，反觀臺灣的進度似乎仍較落后。詹勛琪表示，汽車無疑是一個很大的市場，臺灣廠商無論如何都需要了解汽車產(chǎn)業(yè)的設計與思維，才能從汽車后裝市場慢慢進入前裝領域，且可預期車聯(lián)網(wǎng)前裝市場在全球主要車廠的推助下未來將大有可為，后裝市場將漸漸萎縮，臺灣廠商仍需再加把勁。
負責中國、臺灣、日本與韓國等市場業(yè)務的Stan Zurkiewicz則樂觀看好臺灣的發(fā)展與機會。從塑造汽車領域的主要發(fā)展趨勢——新能源車、自動駕駛、車聯(lián)網(wǎng)以及車輛擁有權改變來看，他認為，中國大陸由于政策面與產(chǎn)業(yè)面的積極投入，加上消費端接受快，在電動車與車聯(lián)網(wǎng)等領域的市場最大、成長也最快速;而臺灣的汽車制造市場雖小，但憑藉著資訊科技(IT)制造的優(yōu)勢，以及車聯(lián)網(wǎng)進展的加持，預計將會有更多的臺灣IT業(yè)者轉向這一領域。 |
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