汽車行業(yè)正在經(jīng)歷翻天覆地的變革與轉(zhuǎn)型。如今，汽車本質(zhì)上已經(jīng)成為了“車輪上的計(jì)算機(jī)”，是人們擁有的最為復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備之一，其現(xiàn)在與未來的功能將由背后的電子系統(tǒng)來定義。

它的復(fù)雜性不斷被人工智能 (AI) 的繁榮發(fā)展和呈指數(shù)級增長的軟件帶動提升，而這些正定義了軟件定義汽車 (SDV)。同時(shí)它也對性能、效率、安全性及可靠性提出了更高的要求。

汽車市場的基礎(chǔ)計(jì)算

為了滿足這些需求，并加速汽車開發(fā)和部署，Arm推出了全新的硬件和能在開發(fā)伊始就可使用的相應(yīng)軟件支持。其中關(guān)鍵的組件是一系列全新的前沿硬件 IP，提供專為汽車應(yīng)用打造的 AI 加速邊緣計(jì)算。這系列的硬件 IP 豐富了 Arm 汽車增強(qiáng) (AE) IP 的產(chǎn)品組合，使其達(dá)到空前的產(chǎn)品規(guī)模，為全球汽車系統(tǒng)級芯片 (SoC) 設(shè)計(jì)廠商提供出色的性能、低功耗、安全性、可靠性、可擴(kuò)展性和靈活性。

新增的 ArmAE IP 產(chǎn)品組合包括專為汽車市場設(shè)計(jì)的全新服務(wù)器級 Arm Neoverse CPU、兩款全新 Armv9-A CPU、一款全新的 Arm Cortex-R CPU，和一款全新的圖像信號處理器 (ISP)。該產(chǎn)品組合還提供重要的系統(tǒng) IP，涵蓋適用于各種 SoC 解決方案的互連、通用中斷控制器 (GIC) 和內(nèi)存管理單元 (MMU)。

依托這些產(chǎn)品，Marvell、MediaTek、NVIDIA、恩智浦半導(dǎo)體、瑞薩電子、Telechips、德州儀器等業(yè)界領(lǐng)先的廠商將開發(fā)出新型計(jì)算系統(tǒng)、技術(shù)和設(shè)備，范圍涵蓋從區(qū)域控制器、到數(shù)字化座艙和車載信息娛樂 (IVI) 系統(tǒng)，從先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 到由 AI 持續(xù)演進(jìn)推動的自動駕駛。

除了全新 IP，我們還投入制定了專為汽車設(shè)計(jì)的 Arm 計(jì)算子系統(tǒng) (CSS) 路線圖，以滿足汽車中不斷增長的計(jì)算需求， 使我們的合作伙伴能夠更快地開展項(xiàng)目，行動更為敏捷，并實(shí)現(xiàn)更好的總擁有成本 (TCO)。

為了支持新的 Arm AE IP，Arm 攜手合作伙伴推出一系列專為特定汽車功能設(shè)計(jì)的虛擬平臺，其中部分產(chǎn)品已經(jīng)面市。合作伙伴可將基于這些虛擬原型的現(xiàn)成設(shè)計(jì)輕松部署到汽車開發(fā)中，也可根據(jù)需求進(jìn)行定制化。這可與眾多汽車合作伙伴針對各式 SDV 應(yīng)用提供的全棧軟件解決方案相互協(xié)作。憑借這一整套的支持，汽車工程師和開發(fā)者無需等待芯片就緒就能更輕松便捷地在搭載 Arm AE IP 產(chǎn)品組合之上，進(jìn)行創(chuàng)新和構(gòu)建計(jì)算解決方案，由此縮短多達(dá)兩年的開發(fā)周期。

針對多樣化用例優(yōu)化的可擴(kuò)展汽車計(jì)算

早在 2020 年，Arm 就推出了 Arm Cortex-A78AE 和 Cortex-A65AE CPU，并得到了汽車行業(yè)的廣泛采用，目前正在進(jìn)行中的設(shè)計(jì)項(xiàng)目超過 25 個(gè)。我們的合作伙伴將 Cortex-A78AE 應(yīng)用到各類汽車計(jì)算用例中，首個(gè)用例現(xiàn)已進(jìn)入量產(chǎn)階段。在這個(gè)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，Arm 能夠與重要的合作伙伴進(jìn)一步展開交流與合作，了解他們對未來 CPU 設(shè)計(jì)的期待。

在這些交流中，我們不難發(fā)現(xiàn)，除了加快上市進(jìn)程、優(yōu)化 TCO，以及提高靈活性，以便復(fù)用軟件的投資等方面的需求，合作伙伴對提高汽車算力和性能水平的呼聲越來越大。鑒于 Arm Neoverse 技術(shù)能夠滿足服務(wù)器市場需求，我們決定將 Neoverse CPU 引入 Arm AE IP 產(chǎn)品線，打造一款具有汽車專用功能的全新 CPU。

Arm Neoverse V3AE 專為需要超高單線程性能的高端 ADAS 和自動駕駛等用例而設(shè)計(jì)。我們的工程師團(tuán)隊(duì)在 Neoverse V3 設(shè)計(jì)中添加了包括瞬時(shí)故障保護(hù) (TFP) 在內(nèi)的關(guān)鍵 AE 功能，以支持專為功能安全設(shè)計(jì)的應(yīng)用。Neoverse V3AE 采用部署于新型云和數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中相同的底層 CPU 性能和指令集架構(gòu) (ISA)，以滿足汽車應(yīng)用中不斷增長的計(jì)算需求。得益于當(dāng)前云端環(huán)境與下一代 SDV 擁有相同的 ISA，汽車合作伙伴能利用云計(jì)算資源作為其整體軟件驗(yàn)證的一部分。

我們還推出了兩款全新的 Arm AE Cortex-A CPU，在性能和功耗上針對各種 SDV 用例進(jìn)行不同的權(quán)衡。這兩款 AE Cortex-A CPU 與 Neoverse V3AE 都基于 Armv9-A 架構(gòu)打造，是我們首次將 Armv9-A 架構(gòu)引入汽車應(yīng)用， 因此具有內(nèi)置安全功能，并增強(qiáng)了計(jì)算能力，可處理 AI 領(lǐng)域出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)類型。

Arm Cortex-A720AE 鎖定了 ADAS、智能座艙和 IVI 等需要在更高性能與更高能效之間取得平衡的用例。我們的工程團(tuán)隊(duì)在“大核”Cortex-A720 CPU 添加了關(guān)鍵 AE 功能，例如增強(qiáng)的分核-鎖步 (Split-Lock)、可選的 TFP 和增強(qiáng)的軟件測試庫 (STL)。

在智能手機(jī)等廣泛使用的消費(fèi)電子設(shè)備中，Cortex-A720 是許多 SoC 的核心支柱，與上一代的 Cortex-A78AE 相比，Cortex-A720AE 的可持續(xù)性能顯著提升（即在相同功耗預(yù)算下性能更高）。在點(diǎn)云變換和鳥瞰圖等感知基準(zhǔn)測試中，我們將汽車相關(guān)工作負(fù)載從 Cortex-A78AE 遷移到 Cortex-A720AE 后，我們發(fā)現(xiàn)其性能提升了 30%。我們將繼續(xù)與合作伙伴合作，探究該性能提升對其關(guān)鍵汽車工作負(fù)載的指標(biāo)意義。

Arm Cortex-A520AE 鎖定了那些特別注重高效處理計(jì)算工作負(fù)載的多樣化汽車用例。這對于 ADAS 用例尤其重要，因?yàn)榇祟愑美磳σ阎囊曈X處理要求進(jìn)行功耗優(yōu)化。“小核”Cortex-A520AE 可以實(shí)現(xiàn)以前 CPU 設(shè)計(jì)的大核工作負(fù)載，因此無論是在異構(gòu) SoC（大小核混用），還是作為主處理器，Cortex-A520AE 都能發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

通過 Arm DynamIQ Shared Unit (DSU-120AE) 的全新 AE 版本將 Cortex-A720AE 與 Cortex-A520AE 進(jìn)行 CPU 集群配置，可實(shí)現(xiàn)更靈活、可擴(kuò)展的異構(gòu) SoC 設(shè)計(jì)。DSU-120AE 在單個(gè)集群中支持多達(dá) 14 個(gè)核心，并可支持 Cortex-A720AE 和 Cortex-A520AE 成對混用。

汽車實(shí)時(shí)計(jì)算

雖然應(yīng)用處理器通常是汽車 SoC 的核心支柱，但汽車制造商仍需滿足對于汽車市場至關(guān)重要的安全和實(shí)時(shí)計(jì)算的要求。

多年來，Arm 的合作伙伴一直在設(shè)計(jì)結(jié)合應(yīng)用處理器和實(shí)時(shí)核心的 SoC。這些實(shí)時(shí)核心通常作為分隔的安全島，既用于監(jiān)控應(yīng)用處理器，也用于支持 SoC 執(zhí)行實(shí)時(shí)計(jì)算任務(wù)，例如通信、系統(tǒng)管理和汽車作動。此外，Arm Cortex-R52 和 Cortex-R52+ 已成為安全島的汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前有超過 20 個(gè)基于這兩款處理器正在進(jìn)行的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

我們新推出的新一代 Arm Cortex-R82AE，首次將 64 位計(jì)算引入到實(shí)時(shí)安全處理。Cortex-R82AE 可支持更高性能的安全島設(shè)計(jì)，在 64 位內(nèi)存空間中實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用處理器核心無縫集成和交互。它還支持傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)計(jì)算用例和部分多功能操作系統(tǒng)（RichOS）工作負(fù)載。

滿足未來的汽車視覺

搭載攝像頭的 ADAS 系統(tǒng)已被多家車企廣泛采用。從單攝像頭自動緊急剎車系統(tǒng) (AEB) 到多攝像頭 L2+ ADAS，視覺系統(tǒng)在不斷增加自動駕駛功能，使汽車的安全性進(jìn)一步提高。

Arm 在開發(fā) ISP 方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，目前上路的數(shù)百萬輛汽車正在使用我們這一代的 ISP 產(chǎn)品（Arm Mali-C71AE 和 Mali-C78AE）。Arm Mali-C720AE 是我們針對視覺系統(tǒng)的不同用例開展一項(xiàng)長期研究項(xiàng)目后開發(fā)的全新 ISP，這些視覺系統(tǒng)大致分為“人類視覺”和計(jì)算機(jī)視覺 (CV)。人類視覺對應(yīng)的攝像頭系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理符合人類觀看要求的圖像，此類圖像通常色彩鮮艷逼真、邊緣銳利，且其像素錯誤經(jīng)過校正。然而，CV 算法對輸入數(shù)據(jù)的處理方式全然不同。這意味著當(dāng)前圖像通常是分開處理的，要么通過不同的 ISP，要么對 ISP 進(jìn)行串行重新編程。

為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，Mali-C720AE 支持多個(gè)并行管線，并針對人類視覺和 CV 用例的需求進(jìn)行對應(yīng)的調(diào)優(yōu)。這有助于減少處理圖像的時(shí)間，加快計(jì)算系統(tǒng)的整體反應(yīng)速度。多個(gè) ISP 流水線還可減少內(nèi)存使用量，進(jìn)而節(jié)省 SoC 功耗和面積。

此外，通過 Mali-C720AE ，合作伙伴可在不影響功能安全的前提下，根據(jù)具體需求靈活地添加或移除處理模塊，以達(dá)到面積平衡的效果。最后，借助可微分的 ISP 模型，Arm 的汽車合作伙伴能以更快的速度、更優(yōu)異的成本效益和更高的性能水平，為計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用調(diào)優(yōu)圖像質(zhì)量。可微分的加速 ISP 模型將作為獨(dú)立的軟件產(chǎn)品提供，合作伙伴可在芯片就緒前就開始進(jìn)行軟件開發(fā)和圖像質(zhì)量調(diào)優(yōu)，以加快上市進(jìn)程。

使用系統(tǒng) IP 和開放標(biāo)準(zhǔn)打造 SoC 解決方案

除了新增的 CPU 和 ISP 之外，我們還在 Arm AE IP 產(chǎn)品組合中新推出關(guān)鍵的可配置系統(tǒng) IP 組件，助力我們的合作伙伴成功實(shí)現(xiàn)快速地成功設(shè)計(jì) SoC。其中包括我們具有安全功能版本的最新互連和 GIC 技術(shù)。

ADAS、自動駕駛和數(shù)字化座艙用例需要采用新型高核心數(shù)的汽車計(jì)算系統(tǒng)。Arm 為Neoverse S3 (CMN S3AE) 系統(tǒng) IP 提供的一致性網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中添加了“AE”功能，以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的功能安全特性。CMN S3AE 還支持單芯片超過 64 個(gè)核心數(shù)的配置，以及可作為芯粒實(shí)現(xiàn)的一致性多芯片設(shè)計(jì)。

橫跨所有的汽車計(jì)算系統(tǒng)中，支持安全功能的片上網(wǎng)絡(luò) (NoC) 互連技術(shù)通常是必備的組件。我們在高度可配置的 NoC 產(chǎn)品 (NI-710AE) 中添加了一系列安全特性，為此，合作伙伴能在完整的安全微控制器 (MCU) 或是大型 SoC 中的安全關(guān)鍵型子系統(tǒng)和安全島的基礎(chǔ)上，自由構(gòu)建所需的系統(tǒng)。

多處理器系統(tǒng)需要在核心之間共享中斷，以支持豐富的操作系統(tǒng)能進(jìn)行資源管理并實(shí)現(xiàn)虛擬化。GIC-720AE 將上述的安全特性引入到我們的 GIC IP，并與全新的 Arm AE CPU 產(chǎn)品保持一致。

Arm 一向擁護(hù)開放標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檫@有助于龐大生態(tài)系統(tǒng)中的合作伙伴在使用 Arm AE IP 設(shè)計(jì)時(shí)能夠蓬勃發(fā)展，同時(shí)還能提高可移植性和軟件復(fù)用率。一個(gè)典型的例子是在 Arm 與 Arteris 的合作，在這個(gè)合作中，Arteris 通過使用 Arm 全新的 CPU IP 驗(yàn)證了他們的互連產(chǎn)品（NCore 和 FlexNoc）。近期，雙方針對 AMBA5 CHI.E 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 Arm CPU 和 Arteris Ncore 的組合驗(yàn)證。這項(xiàng)驗(yàn)證為生態(tài)伙伴采用 Arm IP 組合來構(gòu)建其特定專用的 SoC 解決方案增添信心。

增強(qiáng)的安全和保護(hù)

安全和保護(hù)是汽車計(jì)算用例的根本。兩者緊密關(guān)聯(lián)，設(shè)備的安全保護(hù)會影響計(jì)算系統(tǒng)的安全，并最終影響汽車的安全。隨著越來越多的汽車成為聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，其威脅模型也逐步趨向于類似消費(fèi)電子設(shè)備的常用威脅模型。汽車行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是，惡意行為者不再需要物理訪問車輛即可獲得控制并造成危害。

Arm 已處在移動設(shè)備信息安全的前沿。通過與設(shè)備制造商和主流操作系統(tǒng)供應(yīng)商的密切合作，Armv9-A 架構(gòu)融合了針對內(nèi)存安全違規(guī)、控制流劫持和緩沖區(qū)溢出攻擊的緩解功能，其中包括指針驗(yàn)證和分支目標(biāo)識別 (PACBTI) 以及內(nèi)存標(biāo)記擴(kuò)展 (MTE)。這些功能通過全新 Arm AE CPU 引入到汽車應(yīng)用。

新興的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在定義汽車的開發(fā)和部署方式。這不僅包括相關(guān)的信息安全特性，還包括針對電氣/電子 (E/E) 汽車系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)、操作、維護(hù)和停用的信息安全風(fēng)險(xiǎn)管理要求。為此，車企需要了解自身和供應(yīng)商使用的所有產(chǎn)品的信息安全開發(fā)流程，這便影響了供應(yīng)鏈。Arm 已經(jīng)擁有健全的 IP 開發(fā)流程，為了進(jìn)一步支持汽車合作伙伴及整個(gè)汽車供應(yīng)鏈，我們正在為合作伙伴提供用于信息安全評估的文檔。

各種汽車用例正在不斷發(fā)展，所需要的功能安全也大相徑庭。無論我們的合作伙伴針對 SoC 中不同處理元件的需求是達(dá)到 ASIL B 等級還是完整的 ASIL D 等級，Arm AE IP 產(chǎn)品組合能為他們提供了一組更豐富的選項(xiàng)。這與包括 STL 和 SystemReady 在內(nèi)的 Arm 免費(fèi)軟件資源相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)廣泛的功能安全特性，并針對汽車計(jì)算系統(tǒng)所需的安全功能優(yōu)化性能、功耗和面積 (PPA)。

塑造未來汽車計(jì)算的方向

Arm AE IP 產(chǎn)品組合的新增成員將驅(qū)動并增強(qiáng)新一代汽車。Arm 與包括出行服務(wù)企業(yè)、新型和傳統(tǒng)車企、一級供應(yīng)商和芯片供應(yīng)商在內(nèi)的整個(gè)汽車供應(yīng)鏈密切合作，利用新技術(shù)創(chuàng)新打造優(yōu)化的產(chǎn)品，專為滿足汽車市場對核心和不斷演進(jìn)的計(jì)算需求。

從 AI 驅(qū)動的新型先進(jìn)計(jì)算工作負(fù)載和軟硬件用例，到增強(qiáng)的安全和保護(hù)功能，我們提供的整套技術(shù)絕佳地應(yīng)對了汽車行業(yè)正在發(fā)生的巨大轉(zhuǎn)型。憑借著領(lǐng)先地位、持續(xù)的合作伙伴協(xié)作以及長期的重點(diǎn)關(guān)注，Arm 技術(shù)是未來汽車計(jì)算的基石。

審核編輯：劉清