为何 Zonal 分区架构正在颠覆汽车供应链？

基于 ECU 的传统架构，汽车行业形成了多层的供应链结构。

汽车行业的两大趋势推动 Zonal 结构的兴起，需要汽车半导体采用更现代化的制程技术。

行业结构的变化，使 OEM 保留汽车品牌差异化和对驾乘体验的控制。

 

当下，电动汽车 (Electric Vehicle，即 EV) 行业的迅速变革令很多公司都措手不及；对于汽车公司而言，他们需要做出很多改变，而这些改变的潜在影响不容忽视。本文将深入讨论这些变化——过去几年，制造汽车的基本架构发生了很大的变化，而汽车供应链的组合方式也随之改变。

 

基于 ECU 的传统架构和汽车供应链

 

如下图左侧所示，长期以来，汽车都是组装而成的。汽车上的电子控制单元 (Electronic Control units，即ECU) 数量可高达 100 多个，但是这些 ECU 并不是由福特等汽车制造商设计和制造的。汽车制造商被称为 OEM，即整车厂/主机厂（Original Equipment Manufacturer），相当于俗称的代工厂；而汽车行业的运作并不像代工厂那样一蹴而就。ECU 以前是（对于依然使用 ECU 的汽车，现在也是）由汽车供应链中的下一级公司设计的，即一级供应商。

 

 

一级供应商是像博世（Bosch）或电装（Denso）这样专门从事 ECU 设计的公司。不同的 OEM 可能会使用相同的 ECU，因此 ECU 可以实现一定程度的规模经济。例如，前挡风玻璃雨刮器的实施方式大同小异，所以在这一方面，福特没必要使用与通用汽车不同的 ECU。此外，即使是更复杂的 ECU，如 ABS（Anti-Lock Braking System，防抱死系统），最重要的是确保它们能正常工作，工作方式不同则无足轻重。现代的 ABS 系统实际上是由菲亚特发明的，博世从菲亚特购买了专利后将其命名为 ABS，并卖给整车厂；最先应用在高端品牌汽车（如奔驰、宝马）上，然后逐渐成为标配，如今几乎所有汽车都有 ABS。

 

长期以来，博世这样的一级供应商不会选择自主设计芯片，而是从二级供应商，如恩智浦（NXP）、英飞凌（Infineon）或瑞萨（Renesas）等半导体公司购买微控制器。

 

 

这就形成了如上图所示的产业结构。OEM（如梅赛德斯-奔驰）从一级供应商（如博世）购买 ECU，一级供应商从二级供应商（如英飞凌）购买微控制器等部件。OEM 实际上只负责组装车辆，并且通常会自主生产内燃机 （Internal Combustion Engines，即 ICE)。

 

Zonal 分区架构

 

然而，上述产业结构如今产生了一些问题。随着汽车中安装的电子元件越来越多，ECU 的数量也水涨船高，多得惊人，连接电子元件的线束也愈发沉重（多数情况下超过 45 公斤）。同时，令 OEM 头疼的问题是，驾驶及乘车体验越来越取决于电子元件，而非他们可控。车辆中集成的电子元件越来越多，超出了 OEM 的控制，这一变化由汽车行业眼下的两大趋势所推动：

 

传统车企开始陆续推出电动汽车车型

市场对高级驾驶员辅助系统 (Advanced Diver Assistance System，即ADAS) 的需求不断增加，自动驾驶技术不断完善

 

实际上，这意味着决定汽车驾乘体验的因素从 ECU 变成了软件。一辆汽车中可能有 100 个 ECU，但其中大多数在大部分时间都处于空闲状态（例如，座椅不需要一直调节）；当然，对于某些 ECU，例如控制安全气囊的电子元件，所有人都希望它们能终生保持空闲（但要随时待命）。但如果汽车的驾乘体验将主要由软件决定（请参阅微信文章《行业洞察 I “软件定义汽车“时代需要应对技术挑战的同时维护独有品牌形象》），那么 OEM 就需要开发自己的软件。在 2022年德国举办的汽车电子大会上，保时捷 CEO 表示：

 

大多数保时捷司机使用 iPhone。因此，最大的问题是如何实现无缝连接，同时不把保时捷的驾乘体验完全交给苹果。

 

 

为此，还需要将车载硬件的数量从数百个 ECU 减少到寥寥几个 。这种理念叫做 zonal 架构（zonal architecture，分区架构），如下图右侧所示（本图与文章开头的图片相同）。

 

 

此外，ADAS 和自动驾驶功能需要处理视频、雷达和激光雷达信号（特斯拉除外），因此需要使用更多的计算能力。这就是另外一个重大变化——长久以来，车用半导体集成电路都是用10年前的工艺技术打造，因为它们性能很低、通常是模拟器件，且最大的要求就是稳定运行。毕竟，如果手机出现故障，我们可以直接重启，并且可能 3-4 年就会换新。而汽车出现故障则可能会造成人员伤亡，即便在几年后转手，这辆车也还会行驶 20 年甚至更久。显然，车用芯片需要在汽车的生命周期内始终保持正常运行。

 

因此，汽车半导体，至少是 ADAS/自动驾驶元件，已经不再使用陈旧的成熟工艺，而是采用更现代化的制程技术，如 16nm、7nm 和（即将到来的）3nm。这些属于“汽车”工艺，温度范围更大、鉴定数据更广泛，不同于智能手机应用处理器的工艺。而由于是先进工艺，它们需要采用高级设计方法。与将一块 65nm 标准产品微处理器安装在小小的电路板上相比，设计一块功能齐全、性能可靠的 7nm 系统级芯片则大有不同。

 

行业结构

 

 

这导致汽车行业的供应链结构变得非常独特，需要与严格意义上不属于汽车行业的公司对接或合作，如云数据中心公司或智能手机公司（Apple CarPlay 和 Android Auto）。一些车企仍然与一级供应商合作，但在由谁来供应关键部件和软件这个问题上，OEM 和一级供应商之间的关系则变得紧张。同时，OEM 也在与二级供应商合作，特别是半导体公司。事实上，部分 OEM（例如特斯拉）和部分一级供应商（如博世、自动驾驶公司 Cruise）都在自主设计芯片。

 

无线更新

 

汽车行业的另一个重大变化是，一旦车上安装了大量软件，就需要在必要时进行更新，就像在智能手机或笔记本电脑上一样几乎无缝进行。毕竟，软件肯定会有漏洞。在汽车上的 ECU 只有数百个的时代，汽车软件在汽车开始生产后，永远不会更新。

 

总结

汽车行业目前面临两个层次的变化：

 

Zonal 分区架构的变化，高性能的先进工艺芯片，无线更新等等

行业结构的变化，使 OEM 保留汽车品牌差异化和对驾乘体验的控制

 

 

OEM 需要掌控全局，而不是依赖一级和二级供应商来决定汽车的驾乘体验和品牌差异化优势。