西部数据：敏捷工作流程在汽车行业的用例

西部数据公司中国及亚太区销售副总裁Stefan Mandl

随着造车新势力的崛起及近期疫情的影响，汽车设计和制造正逐步采用更为创新、敏捷的开发流程。2021-2022年间，全球半导体行业面临着多方挑战，这也给汽车制造业的发展带来了制约。新的敏捷流程能够帮助汽车企业更好地应对这一挑战。

近日，西部数据联合Coughlin Associates发布了白皮书^[1]，以分析敏捷工作流程在汽车行业的应用。数据存储分析师Tom Coughlin在白皮书中写道，采用更快、更好、更有效的敏捷流程的汽车企业将具有明显的、可衡量的竞争优势，其原因在于：1) 这些企业使用的零部件与主流半导体产品更加一致；2) 它们的工作速度更快，可实现多线程同步运行；3) 及早的执行可以降低成本，并提高盈利能力。

除此之外，实现先进的驾驶功能、信息娱乐需要更多的汽车电子设备，同时电动汽车产量持续增长，对数据存储和内存的需求与日俱增。事实上，现今汽车中所使用的软件代码量已经超过了战斗机、笔记本电脑和社交媒体网站，并预计将持续大幅增长。

软件代码量对比

存储器和内存对于实现更灵活的汽车设计与制造，当下和未来丰富的汽车功能的实现也发挥着日益重要的作用。

Tom Coughlin在白皮书里探讨了汽车制造商采用敏捷工作流程来优化和推动未来生产力时需要考虑的四个快速变化的因素，包括：

1.       开发和认证流程 – 加快上市速度，快速过渡到更新的技术

2.       硬件技术 – 采用最新的半导体技术，实现竞争优势和先发优势，并且节约成本

3.       平台 – 创建可升级、无依赖性且可以快速采用实施的硬件、软件平台，以实现持续增量改进

4.       协作 – 利用反馈闭环，确保未来的需求可预测，尽量避免干扰实现需求

开发与认证流程

多年来，传统汽车公司一直在努力缩短新车型的开发周期。随着越来越多的竞争对手在汽车开发过程中采用尖端半导体企业快速开发的模式，传统汽车公司也愈加需要缩短开发时间，并在汽车行业采用创新技术。

此外，在新冠疫情期间，汽车公司在制造过程中采用人工智能技术实现开发自动化，进一步加快响应速度。在2021年4月的一次行业活动上，宝马公司介绍了公司如何使用数字孪生技术实时优化汽车装配厂的运营，包括多项机器人功能^[2]。

数字孪生是实体设备或系统的计算机模型，能够精确地模拟建模实体的属性和操作。这些计算机模型可用于优化和测试建模实体，比在设备或系统上更快地进行实际操作。数字孪生技术的不断改善，将加快推进汽车设计和制造创新。

数字孪生技术 – 推动实物与机械设计流程，加快优化与测试

汽车研究中心 (CAR) 的Brett Smith指出：“在很大程度上，汽车公司是由其制造流程驱动的。利用技术提高工厂质量、良品率和产量对于行业的革新至关重要。”

硬件技术

半导体已成为现代化汽车中最重要的组件之一，汽车原始设备制造商纷纷将半导体采购作为更优先的事项。原始设备制造商正在转向半导体供应商（包括代工厂）直接采购，而不是将半导体视为二级组件，从分包商处采购。

2021年11月，福特汽车与芯片供应商Global Foundries开展合作，增加公司短期和长期半导体芯片供应^[3]。高通等其他芯片供应商也越来越多地被半导体原始设备制造商视为一级组件供应商和关键合作伙伴, 赋予下一代汽车更多新功能。

在2022年CES大会上，高通指出，随着行业往电动汽车(EV)^[4]的方向发展，公司用于互联和智能车辆的Snapdragon数字底盘的多项新功能将发挥越来越高的价值。数字底盘中值得特别关注的功能包括车辆数字孪生系统，它可以管理车辆的整个生命周期，并允许对最新的软件进行测试，然后将其推送到边缘和车辆中。另外，软件定义的车辆方法可以采用在云端托管和基于微服务的架构，来运行一些与底层硬件架构无关的应用。

这一思路为车辆的设计、开发、测试、诊断和更新提供了新的机遇。该架构考虑了需要与硬件和嵌入式软件严格匹配的功能，以确保安全性和低延迟，并提高灵活性，使各项功能以微服务形式更好地运行。

电动汽车需要达到传统汽车的预期寿命，而这远超许多大众市场消费类设备。因此，可能需要通过采用模块化、刀片式或盒式的新硬件架构，从而通过升级硬件来延长车辆的整体寿命。

通过将车辆的一些功能从严格的硬件控制转为由软件控制，将是保持车辆功能的同时进行硬件更换（包括半导体）的一个重要因素。它有助于更灵活地采购组件，从而避免未来汽车半导体的短缺。模块化的硬件升级方法也将有助于车辆在整个生命周期内保持最新状态。

除了这些芯片和软件定义的架构之外，新的产品设计方法也能有助于更低光刻节点（大众市场半导体）产品通过汽车公司的认证，包括在车辆测试中使用数字孪生技术，以减少对物理测试的依赖，并且转向与软件定义的架构相关的并行汽车系统设计方法，从而设计出科技行业常用的敏捷设计流程。

平台

诸多因素促使车辆使用更多的半导体设备，包括内存和存储器。半导体用于高级驾驶员辅助系统 (ADAS) （包括嵌入式AI系统）、车对车和车对基础设施通信、信息娱乐和远程信息处理、动力传动系统控制，甚至用于车身和提供便利功能。此外，电动汽车的增长将进一步推动对汽车电子产品的需求增加。

根据S&P Global Mobility（前身为IHS Markit的汽车团队^[5]）的数据，在美国轻型汽车生产领域，存储器集成电路 (IC) 和传感器将成为销量最高的七大类汽车半导体产品之一，到2030年，年使用量预计将超过10亿件。据估计在2020年，内存和存储器在汽车半导体设备中占到了7%^[6]。

S&P Global Mobility估计，由于业界对各种拥有照明和生物识别功能的传感器需求巨大，到2031年，45-110纳米半导体产量的累计年增长率 (CAGR) 将达到42.9%。

据S&P Global Mobility预测，为了存储来自这些传感器和其他电子功能的信息，以用于人工智能分析等用途，10-18纳米内存IC（LPDDR、DRAM和NAND闪存）的复合年增长率将达到28.4%，到2031年，美国轻型汽车生产需要的内存IC将达到12亿块⁵。

电动（包括混合动力）汽车的销量占比持续增长。例如在美国，电动汽车的市场份额从2019年的约4.3%上升到2021年的9.5%^[7]。未来，政策的支持将推动这一需求持续增高。例如，拜登总统呼吁到2030年^[8]实现无排放汽车销量达到50%，且诸多汽车制造商已宣布在电动汽车领域投入大量资金——福特宣布在五年内投入300亿美元^[9]；通用汽车表示，到2025年^[10]，公司将投入350亿美元；梅赛德斯-奔驰表示，到2026^[11]年，公司将投入600亿欧元；大众将在五年内投入1,000亿美元^[12]。多家汽车公司已宣布到2030年及以后，它们销售的大部分汽车都将是电动汽车。

电动汽车将需要更多的电子产品，加上ADAS（包括AI）、信息娱乐、云通信、动力总成控制和便捷功能，都将推动汽车半导体需求激增，包括汽车中与功能无关的固态存储和内存数量的增长。

协作

随着汽车开发出更多的自主功能，产生出多样化的海量数据，而管理所有这些应用则需要进行战略规划、精心协调和智慧执行能力。半导体供应商、一级供应商和原始设备制造商必须采用并遵守与软件定义的架构相关且基于并行设计方法的敏捷工作流程。这是整个行业成功的核心。

“敏捷意味着要保持一个积极的反馈闭环。反馈闭环对电子元件制造商、一级供应商和汽车制造商都非常重要，这能够让他们协调未来产品新功能的设计，因为新功能的实现要求元件供应商改进其产品。同样，处理器、传感器和数据存储技术的进步需要及时传达给汽车制造商和一级供应商，让他们利用最新的功能。这种强大的反馈机制就像一种结缔组织，可以更有效地让整个行业和电子元件供应商保持协调一致。” 西部数据公司中国及亚太区销售副总裁Stefan Mandl 谈道。

作为全球存储架构提供商，西部数据的一个重要反馈闭环是与汽车系统设计师合作——帮助他们准确计算汽车的潜在数据工作负载。如果在设计车辆系统时没有提前计划，在汽车使用寿命结束之前，ADAS、eCockpit或信息娱乐系统中的存储空间就有可能耗尽。

Stefan Mandl提到，因为已经知道存储设备的耐久性取决于写入的数据量（以TB为单位），而且这会根据存储容量而变化。每件设备都有一个限额，因此，根据车辆生命周期内的实际系统工作负载确定数据写入要求非常重要。

对于硬件工程师，了解基于软件的车辆的未来工作负载正成为一项更棘手的挑战。他们要根据大容量软件更新的潜在意外场景，以及更新后的软件如何读取和写入存储设备而提前做出规划。

西部数据还认为，企业可以通过组建更多跨职能团队而实现更高的敏捷性，这些团队会为实现共同的目标而持续协作。对于传统的工作结构，独立的团队会争抢资源，并且可能会经常出现交接、沟通错误、重复工作和延迟等问题。

Stefan Mandl表示：“新一代汽车系统需要管理大量传感器、摄像头数据以及丰富、复杂的车载应用，这对车载存储系统提出了更高的挑战。西部数据拥有闪存和HDD两大核心技术优势，能够提供具备高性能、大容量、高可靠性的存储解决方案，以支持车-边-云新型数据架构在汽车领域的应用。同时，西部数据公司在全球跨职能项目、制造和营销团队中实施严格的管理制度，以更高效的方式将新车推向市场，并利用创新成果，帮助行业取得更大的成功。”

[1]敏捷工作流在汽车行业的用例https://tomcoughlin.com/wp-content/uploads/2022/04/The-Case-for-Agile-Workflows-in-the-Auto-Industry-0422pdf.pdf

[2] 宝马集团和NVIDIA将虚拟工厂计划提升到新的高度，宝马新闻稿，2021年4月13日。

[3] GlobalFoundries与福特联手应对汽车芯片供应短缺并满足日益增多的需求，福特新闻稿，2021年11月18日。

[4] CES 2022: Snapdragon数字底盘如何推动汽车行业转型，高通博客，2022年1月4日。

[5] IHS Markit定制美国轻型车辆半导体需求预测，2021年6月

[6] 美国国际贸易委员会贸易行政简报，2019年5月。

[7] 半导体和汽车—有何利害关系？CAR Bernard Swiecki在SEMICON West 2021上的演讲

[8] 拜登推动逐步淘汰汽油车，推出更严格的污染法规，《纽约时报》，2021年8月5日。

[9] 福特宣布向电动汽车投入300亿美元的增长计划，令投资者惊叹《底特律新闻》，2021年5月26日

[10] 通用汽车宣布在电动汽车和自动驾驶汽车的投资到2025年增加到350亿美元，通用汽车新闻稿，2021年6月16日

[11] 监事会确认商业计划：梅赛德斯-奔驰未来将投资600亿欧元，梅赛德斯-奔驰新闻稿，2021年12月2日

[12] 大众汽车将电动汽车投入增加到1,000亿美元，CNN，2021年12月9日。