这是关于汽车网络演变的两部分系列文章的第一篇
作者：本桥裕一，终端市场部副主任
汽车行业正因“软件定义汽车”（SDV）而发生变革。这种汽车的功能和价值由软件定义，即使在售出后，也能通过空中下载（OTA）更新持续扩展，就像智能手机在购买后不断获得新功能一样。 要实现这些更新，就必须重新思考车载电气/电子（E/E）架构——计算功能必须整合到少数几个高性能平台中，以便硬件和软件能够独立开发和演进。
传统的分布式架构包含数十至上百个功能专用的电子控制单元（ECU），每个单元运行不同供应商的软件，这使得全车范围内的统一更新变得困难。第二个推动因素是传感器融合。随着ADAS和自动驾驶技术的成熟，摄像头、雷达、激光雷达和超声波传感器越来越多地将原始数据或轻度处理后的数据流式传输到中央平台进行集成处理，而不是各自仅报告其本地决策。 这两大趋势都要求更高的带宽和更集中的计算能力，将现代汽车转变为“轮上的数据中心”。本系列两篇文章将梳理这一演变历程，从分布式架构到域架构再到分区架构，追踪其间传感器、数据格式、SoC和网络的变化，同时展示SerDes和以太网如何被应用并最终融合。
分布式电子/电气系统：ECU的“森林”
在第一代系统中，电子控制单元（ECU）按功能分散布置，且基本独立运行。传感器通常是与处理单元集成在同一位置的“智能传感器”，因此网络仅传输低带宽的已处理信息，例如物体识别结果、距离、速度和警告信息。 在CAN、LIN和FlexRay的配合下，100 Mbps级别的车载以太网（100BASE-T1，IEEE 802.3bw）足以支持许多应用。但由于功能与ECU之间紧密耦合，每增加一项新功能都会带来更多的ECU、线束和软件变体，使得整车集成、更新和验证变得越来越困难。这就是分布式架构的根本局限性。
E/E领域：按职能进行整合
为降低这种复杂性，域架构将功能划分为几个主要领域，包括ADAS/AD、车载信息娱乐系统、车身、底盘和动力总成。 这些功能分别由基于更强大SoC的域控制单元（DCU）管理，并通过中央网关在各域之间中继数据。随着先进ADAS技术的兴起，这种复杂性进一步加剧。全景视图、鸟瞰图生成、泊车辅助和传感器融合等功能，要求将车辆周围环境视为一个单一的集成环境模型，而非孤立的传感器输出。
传感器的作用也随之发生变化。随着图像识别功能转移到DCU，摄像头、激光雷达和雷达变成了“卫星传感器”，输出的是原始数据或经过轻度处理的数据流。 “原始或轻度处理”的具体含义因传感器而异：摄像头数据可能是图像原始数据或经图像信号处理器（ISP）处理的视频；激光雷达可能输出点云或距离/强度数据；而雷达则可能涵盖从模数转换器（ADC）级数据到距离/多普勒数据或检测点等多种形式。为了以低延迟传输这些高带宽数据流，CAN总线和100 Mbps以太网已不再足够。 已在摄像头和显示器链接中得到验证的SerDes，成为了从传感器到DCU的高速、低延迟点对点连接。然而，电子/电气（E/E）域仍按功能而非物理位置进行整合，因此长电缆仍从车头、车尾、左侧和右侧延伸至远处的DCU，这推动了行业向分区架构（Zonal）转型。
区域 E/E：按地点分组，着眼于中心
分区式E/E架构常被称为“域”架构的完善形式，但在实际应用中，它是一个持续、渐进的演进过程。该架构并非按功能进行整合，而是根据物理位置（前部、后部、左侧/右侧及中部）对I/O进行分组。每个分区中的分区控制器会收集附近的传感器、执行器及低速I/O，并将所需数据转发至中央车辆控制器或中央计算机。
在过渡期间，混合分区设计占据主导地位。照明、车门、座椅和暖通空调等本地低速I/O被整合到最近的分区控制器中，在那里，多点连接的10BASE-T1S（IEEE 802.3cg）与CAN/LIN一起适用于分区边缘。 摄像头、激光雷达（LiDAR）和高清雷达等高带宽传感器通常通过串行解复用器（SerDes）直接连接至中央计算机，从而避免了通过区域控制器中继大流量数据时所带来的带宽、power 及复杂性负担。 最大的收益在于线束的减少。通过与附近的区域控制器建立短距离连接，并结合通往中央的高速骨干网，不仅能缩短总线缆长度、减少连接器数量和重量，还能减少零部件数量、降低组装工作量并减少故障点。这在电动汽车中尤为重要，因为重量直接影响续航里程。
这引出了一个更广泛的问题：为什么选择以太网作为该骨干网？因为连接多个区域控制器、中央计算机、网关以及诊断/更新功能的这一部分是一个真正的网络，而不是单点对点线路。 以太网提供了成熟的TCP/IP协议、交换、寻址、诊断、安全及网络管理功能，而时间敏感网络（TSN）和时间同步则赋予了系统实时确定性。此外，它通过将硬件部署与软件功能分离，自然契合了软件定义车辆（SDV）的理念。这为第二部分留下了一个问题：作为SerDes应用领域的高带宽、非对称传感器链路，将如何与这一以太网/IP骨干网相结合？
