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车载软体数量剧增 SDV硬体平台方兴未艾
跟上创新步伐

【作者: 王岫晨】2024年03月26日 星期二

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汽车产业正面临前所未有的变革与挑战,从Level 2到Level 4的自驾车技术都需要更多的AI运算支援,对使用者体验的提升,以及转往电气化发展的需求也越见明显。


随着软体和AI的进步,车载软体数量遽增,现今车辆拥有超过1亿行的程式码,预计到2030年将成长到3亿行。此外,AI需要在安全、即时的环境下进行,复杂性也因此增加。汽车产业面对新趋势,车厂必须缩短上市时间才能保持竞争力,因此需要全新的开发及解决方案以跟上创新步伐。


硬体平台的重要性

硬体平台对於软体定义汽车(SDV)来说非常重要,主要有几个关键因素。


性能和效能

软体定义的汽车系统需要在硬体平台上运行,而硬体的性能和效能直接影响车辆系统的运作速度、反应时间和整体性能。高效的硬体平台可以确保系统能够快速处理复杂的运算任务,实现各种功能,如自动驾驶、感知系统、通讯系统等。


安全性和可靠性

软体定义汽车的安全性和可靠性受到硬体平台的影响。高效率的硬体平台可以提供更高的安全性和可靠性,减少系统故障的风险,确保车辆在各种状况下都能正常运行并保护乘客安全。


弹性和可扩展性

硬体平台的弹性和可扩展性,能够满足不断变化的车辆功能需求和技术创新。随着车辆技术的发展,新功能的加入和系统的更新都需要在硬体平台上实现,因此一个具有良好弹性和可扩展性的硬体平台是软体定义汽车的关键。


成本效益

合适的硬体平台可以帮助降低软体定义汽车的开发和制造成本。通过选择性能适中、成本合理的硬体平台,汽车制造商可以实现生产成本的节约,提高产品竞争力。


Arm架构

因应AI在汽车领域爆炸式成长所需的特定运算,Arm首度将64位元运算导入即时处理,能满足汽车领域对即时回应的需求。

Arm车用事业部亚太区资深总监??志伟指出,对於硬体平台供应商Arm来说,已耕耘车用领域30多年,2000年代初期Arm7 IP被使用於Nokia第一款大众市场的智慧手机,再被使用於车用市场。2018年推出Automotive Enhanced(AE)产品组合,提供针对车辆不同运算需求而设计的解决方案。2000年代中期推出首款具有全新锁步安全功能的 CPU。2021年推出SOAFEE,引领软体定义汽车的发展,现有超过100个成员在软体定义汽车的开源架构上进行合作。Arm将其在行动和基础设施的领导地位带到汽车领域,改变汽车开发方式,并缩短上市周期。



图一 : Arm车用事业部亚太区资深总监??志伟
图一 : Arm车用事业部亚太区资深总监??志伟

Arm与其生态系推出一套全新硬体与软体平台,为开发人员解锁新契机,并加速各车厂产品上市时间。Arm的车用IP(AE)是专为车用市场打造的IP产品系列,内建安全功能,协助客户更快、更具成本效益地获得车用安全认证。能够满足车辆各方面的需求,从Cortex-M MCU到先进驾驶辅助系统(ADAS),以及两者之间的一切应用。这些硬体和软体启用平台必须同步推出,才能真正协助车厂缩短上市时间。


这个生态系的初始合作夥伴包括AWS、Cadence、Corellium、Siemens等,并计划推出其他平台的路径图。Arm与车用应用程式生态系夥伴合作,在此类新型虚拟平台上打造完整堆叠的软体解决方案,涵盖各种车辆应用,并与业界合作开发基础的车用软体。这项软体协作是以SOAFEE计画的工作成果为基础。这些解决方案可让开发人员在取得晶片前即可开发软体应用程式,无需等待晶片进入生产。可缩短软体开发时间长达两年。


Arm次世代车用强化IP产品是支撑整个堆叠的基础。不同层级的IP产品,提供最大的可扩充性和灵活性,满足车用市场不同的效能点。将Neoverse系列加入AE产品系列(高效能层级)。以基於Armv9的新处理器,扩展Cortex-A系列(包括Cortex-520AE和Cortex-720AE)。新的Cortex-R即时处理器包括Cortex-R82AE、影像讯号处理器Mali-C720AE和系统IP等。


Neoverse V3AE是Arm首款专为车用打造的Neoverse核心,满足对AI工作负载的需求。每核心效能相较Cortex-A78AE提升超过50%,更提供v9架构安全特性,是首款添加特定功能安全特性的Neoverse核心,适用於安全应用上。Neoverse技术广泛应用於云端资料中心,软体开发人员可在云端开发和测试软体,并用相同指令集架构(ISA)部署到汽车边缘装置,使软体可即时部署到车辆上。目前已有合作夥伴采用,例如NVIDIA Thor就是采用了这个技术。


Cortex-A720AE和Cortex-A520AE能让合作夥伴建构各种可扩充的SoC。具备Arm v9架构的新功能,包括安全性、ML和虚拟化改善。除了扩大功能安全,并增强分离与锁定能力的产品,帮助合作夥伴实现ASIL B或ASIL D的车用安全设计。这种架构可部署在各种配置中,多个丛集可以一致地连接,让合作夥伴能为车用应用建构各种装置。


ASIL等级

事实上,汽车安全性一直是汽车产业的一个重要议题,而功能安全则是确保车辆系统能运作在可接受的安全水准之上。在这个领域,ISO 26262标准发挥了关键作用,详细定义了汽车系统安全准则。在ISO 26262中,导入了ASIL(Automotive Safety Integrity Level)等级的概念,这是针对道路车辆和汽车ADAS晶片功能安全所定义的风险分类系统。


ASIL等级共分为五个级别,从最不严格的ASIL A到最严格的ASIL D。ASIL A适用於相对较轻微的情况,随着等级的提升,涵盖的条件范围也逐渐扩大,包括了从轻微到严重的条件,最终到适用於满足极端严重情况要求的ASIL D级别。这些等级的确定有助於设计适当的安全机制,保护车辆系统,使其能够发出警告并达到安全状态,防止对人类造成危害。在复杂且不断发展的汽车科技领域中,ASIL等级的概念成为了不可或缺的指导准则,确保了汽车的安全性能不断得到提升。


ISO 26262分为五个等级:


●QM(Quality Management):适用於不会导致车辆安全危害的等级


●ASIL A:这是最不严格的安全等级


●ASIL B:涵盖从轻微到中等的条件


●ASIL C:包括中等到严重的条件


●ASIL D:满足严重情境的要求



图二 : 64位元运算能满足汽车对即时回应的需求
图二 : 64位元运算能满足汽车对即时回应的需求

安全的多方考量

确保软体定义汽车的安全性需要多方面的考量和措施:


●强大的安全性和防护能力:由於SDV会产生大量数据,因此需要具备强大的安全性和防护能力,以保护车辆系统免受未经授权的访问和攻击。包括硬体安全模组、安全通讯协议、加密和认证技术等。


●耐用可靠的硬体:耐用性高且可靠的硬体零组件,能应对恶劣的室外环境条件和长时间运行的要求。


●硬体抽象层(HAL):硬体抽象层被认为是软体定义汽车成功的关键之一。在车辆和数据中心两个不同的层面上,各自的HAL必须是相同的。这是为了确保云端测试是有效的,而测试结果也可以准确地应用到车辆上。


●虚拟化技术:虚拟化可以加快测试和验证的速度。在虚拟化环境中,在硬体实际可用之前,该如何有效的使用虚拟硬体、来启动软体并进行测试,以发现需要整合到实际硬体中的问题。


●标准化:未来几年内,我们将可看到硬体抽象层趋向於标准化,这个过程将有助於推动系统及其相关环境朝虚拟化发展。


●空中下载(OTA)功能:OTA功能彻底改变了汽车的维护方式,提供汽车业者和消费者新的思考模式。


因应AI在汽车领域爆炸式成长所需的特定运算,Arm Cortex-R82AE首度将64位元运算导入即时处理,能满足汽车领域对即时回应的需求。更高效能的安全设计,支援传统的即时运算应用场景和一些丰富的作业系统工作负载。Arm也提供新一代系统IP,能为功能安全使用场景建立灵活且可扩充的SoC设计。已有晶片供应商包括Marvell、联发科技、NVIDIA、恩智浦、瑞萨电子、Telechips、德州仪器等厂商采用了这套新的AE IP。


Arm也将运算子系统(CSS)导入汽车领域,为生态系开辟捷径,以建立基於小晶片的设计和单体式应用设计,提供最大灵活度。能减少高效能车用系统的开发时间和成本。这些新的解决方案和技术,将有助於汽车产业面对变革与挑战,并使搭配AI技术的汽车得以更快上市。这是Arm对於软体定义汽车的开发提供硬体平台支援的重要一步。


结语

软体定义汽车的发展正在改变人们对於交通和出行的认知。透过先进的硬体平台和软体技术,SDV将能提供更高的安全性、效率和便利性。而随着技术的进步,也面临着新的挑战,包括如何确保系统安全、如何处理大量的数据,以及如何在保证性能的同时,满足严格的法规要求。SDV的未来依旧充满了无限的可能性。人们期待看到更多创新的解决方案,以推动SDV的发展,并为生活带来更多的便利和乐趣。


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