Các xu hướng đang định hình E/E Architecture

Khi các OEM ô tô nỗ lực giải quyết những thách thức của kiến trúc E/E truyền thống, nhiều xu hướng mang tính chuyển đổi đang xuất hiện và định hình lại toàn cảnh. Các xu hướng này nhằm đơn giản hóa độ phức tạp, tăng khả năng mở rộng và giúp xe sẵn sàng cho kỷ nguyên định nghĩa bằng phần mềm.

Xu hướng lớn đầu tiên là đưa vào các domain controller, hợp nhất chức năng của nhiều ECU chuyên biệt thành số ít đơn vị mạnh hơn theo từng domain. Cách tiếp cận này giúp tinh gọn thiết kế xe và giảm độ phức tạp tổng thể của hệ thống phần cứng.

Xu hướng thứ hai là tính toán tập trung, trong đó các đơn vị tính toán hiệu năng cao quản lý nhiều loại tải phần mềm và AI trên nhiều domain. Tính toán tập trung cho phép cập nhật phần mềm nhanh hơn, linh hoạt hơn và hỗ trợ các chức năng nâng cao như ADAS và infotainment.

Cuối cùng, kiến trúc zonal đang ngày càng được ưa chuộng. Các kiến trúc này tổ chức hệ thống E/E dựa trên bố trí vật lý của xe, giúp giảm đáng kể độ phức tạp của hệ thống dây dẫn. Zone controller đảm nhiệm chức năng của từng vùng cụ thể trên xe và liên kết với một đơn vị tính toán trung tâm để điều phối. Sự dịch chuyển này đưa vào các lớp trừu tượng phần cứng, cho phép phần mềm hướng domain hoạt động độc lập với bố trí vật lý của xe.

Shift North: Tách rời phần mềm khỏi phần cứng

Khái niệm shift north đánh dấu một cách tiếp cận mang tính chuyển đổi trong quá trình tiến hóa kiến trúc E/E, đặc biệt trong bối cảnh các thiết kế zonal có tính toán tập trung. Trong khi kiến trúc domain tập trung truyền thống chú trọng gom nhóm chức năng ở cấp phần cứng, kiến trúc zonal đi theo một hướng khác về bản chất. Chúng tạo ra thiết kế dựa trên bố trí vật lý để giảm mạnh độ phức tạp của hệ thống dây dẫn, gom nhóm chức năng theo các vùng vật lý của xe.

Trong mô hình zonal, zone controller đảm nhiệm rất nhiều chức năng thuộc nhiều domain khác nhau trong phạm vi khu vực vật lý của mình. Cách tiếp cận này đơn giản hóa phần cứng của xe bằng cách tách rời chức năng theo domain khỏi cách tổ chức vật lý. Việc gom nhóm chức năng, vốn gắn với phần cứng, nay dịch chuyển lên trên vào miền phần mềm.

Shift north dựa trên các lớp trừu tượng phần cứng (hardware abstraction layers - HAL), đóng vai trò vùng đệm then chốt giữa phần mềm và phần cứng. HAL bảo đảm các thành phần phần mềm được che chắn khỏi những đặc thù của bố trí vật lý. Nhờ đó, đội ngũ phát triển có thể làm việc theo cách tiếp cận hướng domain mà không cần biết đến cấu trúc zonal bên dưới. Sự trừu tượng hóa này thúc đẩy khả năng mở rộng, tính linh hoạt và khả năng bảo trì, cho phép cập nhật nhanh hơn và tích hợp feature mới dễ dàng hơn, độc lập với ràng buộc phần cứng.

Shift north là yếu tố hỗ trợ then chốt cho các software-defined vehicle hiện đại, khai mở tiềm năng của kiến trúc zonal trong khi vẫn duy trì thiết kế hướng domain cần thiết cho các hệ thống xe phức tạp.

So sánh các kiến trúc E/E

Mỗi kiến trúc E/E mang lại những ưu điểm và đánh đổi riêng. Kiến trúc domain tập trung gom nhóm chức năng ở cấp phần cứng, trong khi kiến trúc zonal có tính toán trung tâm chuyển việc gom nhóm chức năng sang phần mềm.

Chẳng hạn, trong mô hình zonal, mỗi vùng của xe hoạt động độc lập với bó dây riêng biệt và một zone controller chuyên trách. Đơn vị tính toán trung tâm xử lý các chức năng cấp cao hơn, với các cảm biến độ phân giải cao được kết nối trực tiếp tới nó. Thiết kế này thúc đẩy tính module và liên kết lỏng, đặt nền móng cho khả năng mở rộng, khả năng bảo trì và sự linh hoạt.

Lợi ích và thách thức của các kiến trúc E/E hiện đại

Các kiến trúc E/E hiện đại mang lại nhiều lợi thế nhưng cũng đặt ra những thách thức đáng kể. Về mặt lợi ích, chúng giảm chi phí nhờ giảm số lượng ECU và đơn giản hóa hệ thống dây dẫn, qua đó hạ chi phí sản xuất. Khả năng mở rộng và tính linh hoạt được cải thiện, giúp việc nâng cấp dễ dàng hơn và thiết kế sẵn sàng hơn cho tương lai. Thiết kế module cho phép phát triển song song, rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường, trong khi tính toán tập trung hỗ trợ các feature phần mềm nâng cao như cập nhật over-the-air. Độ tin cậy được nâng cao nhờ kiến trúc đơn giản hơn, giúp tinh gọn chẩn đoán và giảm lỗi. Ngoài ra, các giao diện chuẩn hóa cải thiện hợp tác với nhà cung cấp và hệ sinh thái rộng hơn.

Tuy nhiên, thách thức vẫn tồn tại. Việc chuyển đổi sang các kiến trúc này đòi hỏi chi phí cao, vì cải tổ hệ thống legacy cần đầu tư đáng kể. Rào cản tổ chức khiến việc điều chỉnh các quy trình như phát triển, phê duyệt và mua sắm trở nên phức tạp. Rủi ro tích hợp phát sinh khi kết hợp công nghệ mới với công nghệ legacy, đòi hỏi phối hợp cẩn trọng. Áp lực kinh tế và yêu cầu pháp lý có thể làm chậm dự án, trong khi các OEM lâu đời có thể ngần ngại thực hiện những thay đổi táo bạo, thay vào đó chọn điều chỉnh từng bước để giảm thiểu rủi ro.

Xu hướng áp dụng trong ngành ô tô

Ngành ô tô hiện đang chứng kiến các mô hình áp dụng khác nhau giữa các OEM. Kiến trúc E/E truyền thống vẫn chiếm ưu thế hiện nay nhưng đang dần suy giảm, nhường chỗ cho kiến trúc domain tập trung và kiến trúc tập trung ở cấp xe. Hệ thống domain tập trung đã trở nên phổ biến, trong khi mô hình tập trung ở cấp xe tuy còn ít gặp trong năm 2024 nhưng được kỳ vọng tăng trưởng đều đặn trong những năm tới. Các dự báo cho thấy sẽ có sự dịch chuyển đáng kể sang các kiến trúc hiện đại này khi các OEM cân bằng giữa đổi mới và chi phí cải tổ hệ thống legacy.

Con đường phía trước

Các kiến trúc E/E đang tiến hóa là nền tảng cho software-defined vehicle, kết nối hiệu quả phần cứng với đổi mới do phần mềm dẫn dắt. Dù quá trình chuyển đổi đặt ra nhiều thách thức, tiềm năng tiết kiệm chi phí, nâng cao chức năng và rút ngắn chu kỳ đổi mới cho thấy tầm quan trọng của việc đón nhận những mô hình mới này. Các OEM phải cân nhắc kỹ lưỡng các đánh đổi để bảo đảm quá trình chuyển đổi thành công.