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車載軟體數量劇增 SDV硬體平台方興未艾
跟上創新步伐

【作者: 王岫晨】   2024年03月26日 星期二

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汽車產業正面臨前所未有的變革與挑戰,從Level 2到Level 4的自駕車技術都需要更多的AI運算支援,對使用者體驗的提升,以及轉往電氣化發展的需求也越見明顯。


隨著軟體和AI的進步,車載軟體數量遽增,現今車輛擁有超過1億行的程式碼,預計到2030年將成長到3億行。此外,AI需要在安全、即時的環境下進行,複雜性也因此增加。汽車產業面對新趨勢,車廠必須縮短上市時間才能保持競爭力,因此需要全新的開發及解決方案以跟上創新步伐。


硬體平台的重要性

硬體平台對於軟體定義汽車(SDV)來說非常重要,主要有幾個關鍵因素。


性能和效能

軟體定義的汽車系統需要在硬體平台上運行,而硬體的性能和效能直接影響車輛系統的運作速度、反應時間和整體性能。高效的硬體平台可以確保系統能夠快速處理複雜的運算任務,實現各種功能,如自動駕駛、感知系統、通訊系統等。


安全性和可靠性

軟體定義汽車的安全性和可靠性受到硬體平台的影響。高效率的硬體平台可以提供更高的安全性和可靠性,減少系統故障的風險,確保車輛在各種狀況下都能正常運行並保護乘客安全。


彈性和可擴展性

硬體平台的彈性和可擴展性,能夠滿足不斷變化的車輛功能需求和技術創新。隨著車輛技術的發展,新功能的加入和系統的更新都需要在硬體平台上實現,因此一個具有良好彈性和可擴展性的硬體平台是軟體定義汽車的關鍵。


成本效益

合適的硬體平台可以幫助降低軟體定義汽車的開發和製造成本。通過選擇性能適中、成本合理的硬體平台,汽車製造商可以實現生產成本的節約,提高產品競爭力。


Arm架構

因應AI在汽車領域爆炸式成長所需的特定運算,Arm首度將64位元運算導入即時處理,能滿足汽車領域對即時回應的需求。

Arm車用事業部亞太區資深總監鄧志偉指出,對於硬體平台供應商Arm來說,已耕耘車用領域30多年,2000年代初期Arm7 IP被使用於Nokia第一款大眾市場的智慧手機,再被使用於車用市場。2018年推出Automotive Enhanced(AE)產品組合,提供針對車輛不同運算需求而設計的解決方案。2000年代中期推出首款具有全新鎖步安全功能的 CPU。2021年推出SOAFEE,引領軟體定義汽車的發展,現有超過100個成員在軟體定義汽車的開源架構上進行合作。Arm將其在行動和基礎設施的領導地位帶到汽車領域,改變汽車開發方式,並縮短上市周期。



圖一 : Arm車用事業部亞太區資深總監鄧志偉
圖一 : Arm車用事業部亞太區資深總監鄧志偉

Arm與其生態系推出一套全新硬體與軟體平台,為開發人員解鎖新契機,並加速各車廠產品上市時間。Arm的車用IP(AE)是專為車用市場打造的IP產品系列,內建安全功能,協助客戶更快、更具成本效益地獲得車用安全認證。能夠滿足車輛各方面的需求,從Cortex-M MCU到先進駕駛輔助系統(ADAS),以及兩者之間的一切應用。這些硬體和軟體啟用平台必須同步推出,才能真正協助車廠縮短上市時間。


這個生態系的初始合作夥伴包括AWS、Cadence、Corellium、Siemens等,並計劃推出其他平台的路徑圖。Arm與車用應用程式生態系夥伴合作,在此類新型虛擬平台上打造完整堆疊的軟體解決方案,涵蓋各種車輛應用,並與業界合作開發基礎的車用軟體。這項軟體協作是以SOAFEE計畫的工作成果為基礎。這些解決方案可讓開發人員在取得晶片前即可開發軟體應用程式,無需等待晶片進入生產。可縮短軟體開發時間長達兩年。


Arm次世代車用強化IP產品是支撐整個堆疊的基礎。不同層級的IP產品,提供最大的可擴充性和靈活性,滿足車用市場不同的效能點。將Neoverse系列加入AE產品系列(高效能層級)。以基於Armv9的新處理器,擴展Cortex-A系列(包括Cortex-520AE和Cortex-720AE)。新的Cortex-R即時處理器包括Cortex-R82AE、影像訊號處理器Mali-C720AE和系統IP等。


Neoverse V3AE是Arm首款專為車用打造的Neoverse核心,滿足對AI工作負載的需求。每核心效能相較Cortex-A78AE提升超過50%,更提供v9架構安全特性,是首款添加特定功能安全特性的Neoverse核心,適用於安全應用上。Neoverse技術廣泛應用於雲端資料中心,軟體開發人員可在雲端開發和測試軟體,並用相同指令集架構(ISA)部署到汽車邊緣裝置,使軟體可即時部署到車輛上。目前已有合作夥伴採用,例如NVIDIA Thor就是採用了這個技術。


Cortex-A720AE和Cortex-A520AE能讓合作夥伴建構各種可擴充的SoC。具備Arm v9架構的新功能,包括安全性、ML和虛擬化改善。除了擴大功能安全,並增強分離與鎖定能力的產品,幫助合作夥伴實現ASIL B或ASIL D的車用安全設計。這種架構可部署在各種配置中,多個叢集可以一致地連接,讓合作夥伴能為車用應用建構各種裝置。


ASIL等級

事實上,汽車安全性一直是汽車產業的一個重要議題,而功能安全則是確保車輛系統能運作在可接受的安全水準之上。在這個領域,ISO 26262標準發揮了關鍵作用,詳細定義了汽車系統安全準則。在ISO 26262中,導入了ASIL(Automotive Safety Integrity Level)等級的概念,這是針對道路車輛和汽車ADAS晶片功能安全所定義的風險分類系統。


ASIL等級共分為五個級別,從最不嚴格的ASIL A到最嚴格的ASIL D。ASIL A適用於相對較輕微的情況,隨著等級的提升,涵蓋的條件範圍也逐漸擴大,包括了從輕微到嚴重的條件,最終到適用於滿足極端嚴重情況要求的ASIL D級別。這些等級的確定有助於設計適當的安全機制,保護車輛系統,使其能夠發出警告並達到安全狀態,防止對人類造成危害。在複雜且不斷發展的汽車科技領域中,ASIL等級的概念成為了不可或缺的指導準則,確保了汽車的安全性能不斷得到提升。


ISO 26262分為五個等級:


●QM(Quality Management):適用於不會導致車輛安全危害的等級


●ASIL A:這是最不嚴格的安全等級


●ASIL B:涵蓋從輕微到中等的條件


●ASIL C:包括中等到嚴重的條件


●ASIL D:滿足嚴重情境的要求



圖二 : 64位元運算能滿足汽車對即時回應的需求
圖二 : 64位元運算能滿足汽車對即時回應的需求

安全的多方考量

確保軟體定義汽車的安全性需要多方面的考量和措施:


●強大的安全性和防護能力:由於SDV會產生大量數據,因此需要具備強大的安全性和防護能力,以保護車輛系統免受未經授權的訪問和攻擊。包括硬體安全模組、安全通訊協議、加密和認證技術等。


●耐用可靠的硬體:耐用性高且可靠的硬體零組件,能應對惡劣的室外環境條件和長時間運行的要求。


●硬體抽象層(HAL):硬體抽象層被認為是軟體定義汽車成功的關鍵之一。在車輛和數據中心兩個不同的層面上,各自的HAL必須是相同的。這是為了確保雲端測試是有效的,而測試結果也可以準確地應用到車輛上。


●虛擬化技術:虛擬化可以加快測試和驗證的速度。在虛擬化環境中,在硬體實際可用之前,該如何有效的使用虛擬硬體、來啟動軟體並進行測試,以發現需要整合到實際硬體中的問題。


●標準化:未來幾年內,我們將可看到硬體抽象層趨向於標準化,這個過程將有助於推動系統及其相關環境朝虛擬化發展。


●空中下載(OTA)功能:OTA功能徹底改變了汽車的維護方式,提供汽車業者和消費者新的思考模式。


因應AI在汽車領域爆炸式成長所需的特定運算,Arm Cortex-R82AE首度將64位元運算導入即時處理,能滿足汽車領域對即時回應的需求。更高效能的安全設計,支援傳統的即時運算應用場景和一些豐富的作業系統工作負載。Arm也提供新一代系統IP,能為功能安全使用場景建立靈活且可擴充的SoC設計。已有晶片供應商包括Marvell、聯發科技、NVIDIA、恩智浦、瑞薩電子、Telechips、德州儀器等廠商採用了這套新的AE IP。


Arm也將運算子系統(CSS)導入汽車領域,為生態系開闢捷徑,以建立基於小晶片的設計和單體式應用設計,提供最大靈活度。能減少高效能車用系統的開發時間和成本。這些新的解決方案和技術,將有助於汽車產業面對變革與挑戰,並使搭配AI技術的汽車得以更快上市。這是Arm對於軟體定義汽車的開發提供硬體平台支援的重要一步。


結語

軟體定義汽車的發展正在改變人們對於交通和出行的認知。透過先進的硬體平台和軟體技術,SDV將能提供更高的安全性、效率和便利性。而隨著技術的進步,也面臨著新的挑戰,包括如何確保系統安全、如何處理大量的數據,以及如何在保證性能的同時,滿足嚴格的法規要求。SDV的未來依舊充滿了無限的可能性。人們期待看到更多創新的解決方案,以推動SDV的發展,並為生活帶來更多的便利和樂趣。


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