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针对应用对症下药 Arm架构在车用领域持续亮眼
全力支持车用发展

【作者: 王岫晨】2023年10月30日 星期一

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Arm架构处理器除了在手机等行动装置上拥有很广泛的应用之外,在车用市场也可以看到Arm的身影。Arm在车用领域已有超过25年的发展,市占率约41%,其中车用IVI与ADAS的领域市占率各占85%及55%,且和OEM、Tier 1、Tier 2或是Software partners等供应链夥伴都有合作关系。从2022年开始,Arm将车用跟物联网的业务领域拆分为两个独立部门,并全力支持在车用领域产品线研发的进展。


Arm架构优势

Arm亚太区车用市场经理洪彰辰表示,Arm自2020年起,就有相关车用专用的IP上市,如AE系列发布,并在功能安全投入非常多的资源,未来也会有越来越多朝向以应用案例导向的方式提供叁考解决方案,包括 ADAS、IVI智慧座舱、自动驾驶、Zonal Controller及ECU应用领域,进而符合并解决OEM客户的需求


特别是现在电动车它所搭载的硬体以及软体的复杂度更胜以往,所以针对未来电动车不同的需求,Arm自2020年发表的AE系列产品开始,提供客户Total Solution的概念,其中囊括几??所有SoC与MCU方案。而在讨论Arm产品在省电与效能的优势前,必须先了解 CPU 最重要的两件事情,其一是控制,另外则是运算。



图一 : Arm亚太区车用市场经理洪彰辰
图一 : Arm亚太区车用市场经理洪彰辰

CPU控制的效能benchmark,是整个系统总和的评估,包括CPU本身、CPU到Memory,或是CPU到系统汇流排上面的各种装置,前面提到的省电是这类的范畴。电动车上更多的AI应用,例如自驾系统在影像处理辨识与其他感测器作融合运算,这些都需要CPU计算,使用指令集扩展有利於机器学习进行矩阵运算。在前一代Armv8.2有做NEON的运算,结合新一代扩充指令集SVE2、Matrix Multiply、SME等矩阵运算,其优势在於更快的运算速度,除了自驾系统的反应时间要求,整体的耗能也会降低,进而提升电池续航力。


电动车的AI应用,例如自驾系统在影像处理辨识与其他感测器融合运算,这些都需要CPU运算。

基於Arm SoC在机器学习上是迈向Arm v9的架构,加上更多的Machine Learning Extension,来帮助客户在即时运算、节能及机器学习上有更好的表现,而在控制方面大部分都会采用到是MCU而非SoC,包括车辆内外部灯光、电源管理,甚至是门锁和冷气等功能控制,上述其实80%都是MCU负责处理,依照占比来看,若一辆车内有100个控制器,可能里面只有20颗是SoC,其於80颗都是MCU,以MCU为主的车用电子架构,未来将趋於整合,进而减少控制器的数量,优点除了可减少车辆整备重量、线材配置简化,以及供应链的整合等各项因素,当硬体技术趋於整合,软体开发才能更为简洁,更有效率的管理,朝向软体定义汽车的未来。现今的CPU从过去的8位元、16位元进阶到32位元甚至未来64位元,效能逐渐强化,因此不论在成本、效率以及软硬体的技术的整合方面都更有优势。


CPU 最重要的两件事情,一是控制,一是运算。运算就是电池 AI 的应用,控制的重点就是在功能安全。Arm 在支持电池管理系统上的重点会放在功能安全,Arm 提供的不只有 IP、CPU IP、系统的 IP,甚至 Software Compiler 的软体工具,还有整个功能安全的套件 (Package)。Arm 提供的是点到点的解决方案,能够更容易让做电源管理的厂商更快的达到功能安全的要求。


在电源管理这一块,Arm 提出的虚拟化架构,让客户可以达到其在架构上的目的,上述美系电动车中,这些功能都整合在一起,因为控制器越少越好,才能达到降低成本的目的,他的成本能够跟其他传统车厂差别很大,原因在他的架构等於是重新来过,没有过去的包袱。未来这种混合不同功能放在同一个控制器上面对车厂来说会是一个重要关键。


Arm 现在很多的夥伴如恩智浦(NXP)、义法半导体(ST)都有推出基於Cortex-R52/R52+的即时处理器,所以电源管理需要针对功能安全、还有未来这种混合的场域的时候,关键在於 Arm 能够更高度的整合,这也有助於功耗,原本跑五颗的功耗变成只有一颗在跑,就节省了更多的时间。


NXP加速提升能源效率

图二 : 恩智浦半导体系统创新资深总监Clara Otero
图二 : 恩智浦半导体系统创新资深总监Clara Otero

恩智浦半导体系统创新资深总监Clara Otero指出,恩智浦的理念是利用恩智浦的电气化解决方案加速实现零排放。从电池管理到动力域控制,我们的产品组合覆盖面广。恩智浦电池晶片组提供高精度的测量电流,提供高精度的测量电流,可供客户用来计算正确的SoC,以确保充分利用电池中存储的能量。最重要的是,通过提供精确的安全限制来限制电池在压力区域的操作,可以延长电池寿命。此外,温度测量精度在延长电池寿命和效率方面起着重要作用,因为它可以保护系统免受不必要的压力。我们的设备旨在提供最隹性能,同时考虑到所有这些要求,从而最大限度地提高系统的性能、电池寿命和能源效率。


恩智浦在汽车安全方面拥有数十年的经验。早在1990年代中期,恩智浦通过引入电子防盗器帮助减少了车辆盗窃。2010年,恩智浦发布汽车符合安全硬体扩展规格。2015年,恩智浦开始专注於安全性,发布了专用汽车硬体安全模组 (HSM)。HSM针对汽车提供晶片安全、安全软体更新与数据保护。


今天,NXP制造的新型汽车处理器和微控制器包括专用隔离的硬体安全模组。此模组提供丰富的安全服务和平台安全功能,由其管理独立而不影响处理器或控制器的功能。安全启动和即时完整性检查方案可验证软体是否真实、可信且未更改。这些模组还为汽车制造商修复安全漏洞的方式增加了更大的灵活性,例如它们支援安全的无线更新,让汽车制造商在更新软体无需昂贵的召回。此外,生命周期管理机制允许对某些控制器和处理器功能。例如,在车辆开发和制造过程中调试和下载是必不可少的功能- 但它们将成为骇客进入的可能途径,我们的产品具有硬体强制功能,进一步增加内建的硬体保护,防止时钟信号、电源电压、温度和功率的可能篡改。


ST以Stellar平台因应不同挑战

图三 : 意法半导体ADG车用MCU事业部总监Davide Sant
图三 : 意法半导体ADG车用MCU事业部总监Davide Sant

意法半导体汽车和离散元件产品部(ADG)车用MCU事业部总监Davide Santo说,汽车电动化是ST所采取的新路线。电动化的发展速度主要取决於汽车产业因应多重挑战的能力。一方面,我们需要确保性能和安全,不仅要确保驾驶电动汽车的趣味性,还要确保这些汽车的安全性,并持续加以改进。另一方面,我们也需要消除民众对於电动汽车的恐惧及疑虑。有些人可能认为新的电动汽车没有传统的汽车好,尤其是电动汽车的续航力及充电时间。最後一点是,由於人人都可能有买车的需求,因此车的价格必须要是负担得起的。


在汽车电动化的领域,ST一直走在产业前面,二十多年以来,ST持续投资包含碳化矽等基础技术,及早为电源变革做好准备。意法拥有许多先进技术,其中包括碳化矽技术、专用於相变记忆体的FD-SOI技术、软体无线更新(OTA)功能。ST也拥有完整的产品组合,从功率元件、包括软体基础层在内的数位技术类比驱动器。意法提供的不仅只是技术和产品,而是解决方案。


ST的Stellar MCU平台能够因应新电动汽车不同的挑战。第一,新车配备了大电池并定会产生大量资料的负担,而Stellar MCU平台能够将更多软体整合到相同的MCU中,进而降低资料移转复杂性及所需的电线数量,并减少车辆的线束和重量。第二个挑战就是能源管理。在一个致力於减少污染,且积极实践环保的世界里,能够协调车辆策略,有效率地开发能精准监控及电池平衡的电池管理系统,同时不会消耗太多电量,也不会让系统耗散能源,这是变得更为环保的基础。受益於FD-SOI技术及讯号路径,带有低功耗模式的平台能够高效率地进行运算,以进一步提升能源管理效率。


点到点解决方案

CPU 最重要的两件事情,一是控制,一是运算。运算就是电池AI的应用,控制的重点就是在功能安全。Arm在支持电池管理系统上的重点会放在功能安全,Arm提供的不只有IP、CPU IP、系统的IP,甚至软体编译的工具,还有整个功能安全的套件。Arm提供的是点到点的解决方案,能够更容易让做电源管理的厂商更快达到功能安全的要求。


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