图1. 使用HPC与ZCU的新的中央E/E架构
数字化和网络化正在带来汽车自发明以来最全面的变革之一。这一根本性变化影响到整个汽车行业的产品、技术、流程、工作方式以及商业模式。
汽车中的E/E架构正在经历彻底的变革。长期以来，E/E架构的开发思路都是致力于为汽车中的每个功能配备一个专用控制单元（ECU）。然而，由于每辆车的网络有时多达100多个ECU，这已经达到了极限。同时，有越来越多的基于软件的功能不再与硬件相耦合。这种新功能需要一个合适的主机，而且必须是可更新的，具备OTA（Over-the-Air）能力，因为模块化软件为汽车带来了功能进化能力。
同时，硬件和软件的分离使得功能以软件的形式进行复用成为可能。复用提高效率，加速了开发过程。此外，不再需要对由众多ECU组成的网络进行物理布线。
老的E/E架构不适合作为IoE（万物互联）的一部分的联网车辆。现在是停止在ECU层面解决复杂性的时候了，应该把它转移到更高层次的系统中，设计一个新的架构。
OTA和网络安全是基石
这场变革正在为新的驾驶体验创造基础。越来越多地，汽车内部的数字体验对汽车的感知和价值的影响越来越大。驾驶本身反而正日益成为次要事项。可用性和用户体验更为重要。由于汽车及其封闭的内部为数字世界的沉浸式体验提供了理想的条件，用户体验（UX）的潜力是巨大的。然而，这样做的前提条件是，要不断地获取数据和服务，而且功能要始终保持更新。为此，一方面，必须在E/E架构中建立通过OTA不断更新的能力，另一方面，必须从一开始就在系统中开发网络安全，因为两者缺一不可：OTA需要网络安全，而网络安全没有OTA就不存在。
软件定义汽车——“用比特代替钢板”
最重要的是，车辆中的软件数量正在爆炸性增长。到2025年，每辆车7.5亿行代码的数量级似乎是现实的。 "软件定义的汽车 "的趋势正迫使人们不断进行变革。为了给驾驶员提供数字世界的所有可能性，汽车将会以智能手机和服务器为标杆进行发展，特别是包括互联网、云和应用程序在内。
第一步：高性能计算机（HPC）为可更新功能提供计算和存储能力。目标是一个面向服务的服务器架构，其中大部分计算能力集中在汽车中的几个数据节点（图1）。第一台HPC（称为车身HPC）作为车载应用服务器（ICAS1）已在投入批量生产，用于大众ID.3和ID.4。由于ICAS1是所有基于模块化电子驱动系统（MEB）的车辆的核心部件，它也将被用于大众汽车ID系列的其他车型。ICAS1涵盖了以前的网关功能以及身体控制域的综合功能。此外，它将协调OTA更新和在线服务，如即插即用功能（充电管理和计费）。与传统的ECU相比，在不考虑外部提供的软件的情况下，ICAS1中已经集成了超过2000万行的代码。
因此，高性能计算机HPC满足了诸如软硬分离的核心要求。采用了Autosar Adaptive、虚拟化（在四个虚拟ECU上的几个操作系统）、功能安全（ASIL、非ASIL）等核心技术。作为新商业模式的先决条件以及众多软件资源的整合平台。
区域控制器ZCU作为承上启下的关键
在新的服务器层面以下的架构也正在被整合。其中，区域控制单元（ZCU）平台将用于协调任务和数据流。这个模块化的控制单元平台构成了新的E/E架构的中间层，介于更高级别的HPC和现场传感器和执行器之间。作为区域数据节点和新的 "中坚力量"，ZCU将所有E/E连接捆绑在车辆的局部区域（图2）。例如在驾驶室门的区域或在车辆的后部，ZCU负责所有控制、服务和数据管理任务。这优化了ZCU和传感器、执行器之间的数据路径。这几个ZCU分别通过高性能以太网与HPC相连。通过使用大量联网的ECU，创建了一个具有面向未来能力的简化架构。与此同时，还可以减轻重量，从而减少二氧化碳。
图2. ZCU作为一个本地数据节点
跨域HPC——在标准化的道路上
第二步：跨域的HPC将随之而来。此类项目的准备工作正在进行中。现在已经开始的集中计算能力的道路是第一步。从长远来看，极有可能出现更多的数据节点的集中。越来越多的标准化趋势也将是不可阻挡的，因为越来越多的是软件在起作用。当然，高性能的硬件仍然很重要，但从长远来看，目前的HPC可能会被新的跨域HPC所替换。
新的HPC和甚至更多的跨域甚至标准化的服务器是针对软件的要求设计的。驾驶员体验的关键是软件。它决定了人们在驾驶或被驾驶时可以对汽车做什么。自动驾驶、电气化、汽车共享，一切都需要数字化、广泛的软件、高计算能力、执行能力和永久的在线连接。这种不断增加的复杂性可以通过服务器架构来掌握，它具有可更新和可重新刷新的 "APP"（图3）。
图3. 横向更新能力是新E/E架构的一个特点
硬件超前部署
硬件和软件的分离以及软件的爆炸性增长，远远超过了技术的变化。软件成为一种可重复使用的产品，由于标准化的接口和模块化，可以实现重复使用。一旦汽车成为一个由软件、应用程序和新功能组成的整个生态系统的移动数据中心，就需要硬件上的超前部署。功能不再是一个由ECU和软件组成的固定艺术品，而是整个生态系统的一部分。虽然过去的标准是将每个ECU的计算和存储能力及其基础设施限制在最低限度，但HPC提供了从不同来源（新软件供应商、开源社区）OTA安装额外功能的可能性。如果在HPC中提供了足够的资源作为未来的性能缓冲，那么硬件在未来几年内都是适用的，也为随后实现新的基于数据和服务的商业模式（功能升级，新功能）提供了可能性。所以硬件必须满足未来5年甚至10年的需求，确保计算能力和存储能力满足未来功能的扩展。
流程层面的转变
然而，要做到这一点，必须转变开发中的流程层面。必须支持（开放）合作的一个新层面。开发者社区和有新想法的新供应商也在汽车行业逐渐出现。 所有参与其中的人都需要新的流程和工具来应对技术上和经济上日益增长的复杂性。越来越多的标准化、开放平台、开放接口、安全的开发门户、敏捷的方法、共同的工作标准和工具是数百名专家同时在巨大的系统上进行全球合作的基础。
正如在车辆中由于联网而使领域的界限变得模糊一样，在大型的HPC和软件项目中，公司的界限也在消失。例如，在为大众开发车身HPC时，实际上有数百名内部软件开发人员和总共19个合作伙伴参与其中。为了使小规模的工作，如软件开发在这样的网络中快速和经济地成为可能，强大的工具，例如版本管理和自动测试，以及衡量标准，起到了绝对的关键作用。没有什么可以再用"手动"来完成，你必须致力于通用工具和新流程。Tier 1公司不仅是一个系统集成商，而且是一个复杂的生态系统的集成商，该系统聚焦于特定项目，当项目结束后再次解散。接下来再与不同的合作伙伴的组合中开发下一个重大项目。真正做到“能聚能散”。
软件使汽车不断“活着”
变革的不仅是E/E架构。相反，整个行业正在对自己进行重新定位，以便能够推动这场革命，而不是被它推动。随着数字化和网络化的发展，车辆售出的时刻不再是OEM和Tier 1开发的终点。直到现在，车辆出售后剩下的只是通过4S店的服务和维修创造价值的流，以及丰富多彩的各种汽车配件市场。对车辆进行实质性的质变是不可能的，而且直到现在也不可能。只要一辆汽车从装配线上下来，它就只会老化。而这正是具有OTA更新能力的架构和网络安全即将要变化的。未来，汽车将 "活着"，其系统将 "活着"。在未来，将有可能对车辆进行改造，使其“现代化”，也可以增加新的功能。这意味着车辆软件将始终是最新的，甚至可以比生产时更现代。所有参与方的商业模式正在发生变化，因为终身服务和改进是可能的。软件作为决定性的产品发挥了更明显的作用。
