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“車輪上的計算機”，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 加速邊緣計算。這系列的硬件 IP 豐富了 Arm 汽車增強 (AE) IP 的產(chǎn)品組合，使其達到空前的產(chǎn)品規(guī)模，為全球汽車系統(tǒng)級芯片 (SoC) 設(shè)計廠商提供出色的性能、低功耗、安全性、可靠性、可擴展性和靈活性。

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)，從先進駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 到由 AI 持續(xù)演進推動的自動駕駛。

除了全新 IP，我們還投入制定了專為汽車設(shè)計的 Arm 計算子系統(tǒng) (CSS) 路線圖，以滿足汽車中不斷增長的計算需求， 使我們的合作伙伴能夠更快地開展項目，行動更為敏捷，并實現(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)計輕松部署到汽車開發(fā)中，也可根據(jù)需求進行定制化。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，進行創(chuàng)新和構(gòu)建計算解決方案，由此縮短多達兩年的開發(fā)周期。

針對多樣化用例優(yōu)化的可擴展汽車計算

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，目前正在進行中的設(shè)計項目超過 25 個。我們的合作伙伴將 Cortex-A78AE 應(yīng)用到各類汽車計算用例中，首個用例現(xiàn)已進入量產(chǎn)階段。在這個成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，Arm 能夠與重要的合作伙伴進一步展開交流與合作，了解他們對未來 CPU 設(shè)計的期待。

在這些交流中，我們不難發(fā)現(xiàn)，除了加快上市進程、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。我們的工程師團隊在 Neoverse V3 設(shè)計中添加了包括瞬時故障保護 (TFP) 在內(nèi)的關(guān)鍵 AE 功能，以支持專為功能安全設(shè)計的應(yīng)用。Neoverse V3AE 采用部署于新型云和數(shù)據(jù)中心設(shè)計中相同的底層 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算資源作為其整體軟件驗證的一部分。

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，并增強了計算能力，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。我們的工程團隊在“大核”Cortex-A720 CPU 添加了關(guān)鍵 AE 功能，例如增強的分核-鎖步 (Split-Lock)、可選的 TFP 和增強的軟件測試庫 (STL)。

在智能手機等廣泛使用的消費電子設(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）。在點云變換和鳥瞰圖等感知基準測試中，我們將汽車相關(guān)工作負載從 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)鍵汽車工作負載的指標(biāo)意義。

Arm Cortex-A520AE 鎖定了那些特別注重高效處理計算工作負載的多樣化汽車用例。這對于 ADAS 用例尤其重要，因為此類用例未對已知的視覺處理要求進行功耗優(yōu)化?！靶『恕盋ortex-A520AE 可以實現(xiàn)以前 CPU 設(shè)計的大核工作負載，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 進行 CPU 集群配置，可實現(xiàn)更靈活、可擴展的異構(gòu) SoC 設(shè)計。DSU-120AE 在單個集群中支持多達 14 個核心，并可支持 Cortex-A720AE 和 Cortex-A520AE 成對混用。

汽車實時計算

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)重要的安全和實時計算的要求。

多年來，Arm 的合作伙伴一直在設(shè)計結(jié)合應(yīng)用處理器和實時核心的 SoC。這些實時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)行實時計算任務(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，目前有超過 20 個基于這兩款處理器正在進行的設(shè)計項目。

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

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，使汽車的安全性進一步提高。

Arm 在開發(fā) ISP 方面擁有豐富的經(jīng)驗，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長期研究項目后開發(fā)的全新 ISP，這些視覺系統(tǒng)大致分為“人類視覺”和計算機視覺 (CV)。人類視覺對應(yīng)的攝像頭系統(tǒng)負責(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 進行串行重新編程。

為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，Mali-C720AE 支持多個并行管線，并針對人類視覺和 CV 用例的需求進行對應(yīng)的調(diào)優(yōu)。這有助于減少處理圖像的時間，加快計算系統(tǒng)的整體反應(yīng)速度。多個 ISP 流水線還可減少內(nèi)存使用量，進而節(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，為計算機視覺應(yīng)用調(diào)優(yōu)圖像質(zhì)量?？晌⒎值募铀?ISP 模型將作為獨立的軟件產(chǎn)品提供，合作伙伴可在芯片就緒前就開始進行軟件開發(fā)和圖像質(zhì)量調(diào)優(yōu)，以加快上市進程。

使用系統(tǒng) IP 和開放標(biāo)準打造 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現(xiàn)快速地成功設(shè)計 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，以實現(xiàn)增強的功能安全特性。CMN S3AE 還支持單芯片超過 64 個核心數(shù)的配置，以及可作為芯粒實現(xiàn)的一致性多芯片設(shè)計。

橫跨所有的汽車計算系統(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)能進行資源管理并實現(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 一向擁護開放標(biāo)準，因為這有助于龐大生態(tài)系統(tǒng)中的合作伙伴在使用 Arm AE IP 設(shè)計時能夠蓬勃發(fā)展，同時還能提高可移植性和軟件復(fù)用率。一個典型的例子是在 Arm 與 Arteris 的合作，在這個合作中，Arteris 通過使用 Arm 全新的 CPU IP 驗證了他們的互連產(chǎn)品（NCore 和 FlexNoc）。近期，雙方針對 AMBA5 CHI.E 標(biāo)準進行 Arm CPU 和 Arteris Ncore 的組合驗證。這項驗證為生態(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。

增強的安全和保護

安全和保護是汽車計算用例的根本。兩者緊密關(guān)聯(lián)，設(shè)備的安全保護會影響計算系統(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，其中包括指針驗證和分支目標(biāo)識別 (PACBTI) 以及內(nèi)存標(biāo)記擴展 (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、維護和停用的信息安全風(fēng)險管理要求。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，為了進一步支持汽車合作伙伴及整個汽車供應(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。這與包括 STL 和 SystemReady 在內(nèi)的 Arm 免費軟件資源相結(jié)合，可實現(xiàn)廣泛的功能安全特性，并針對汽車計算系統(tǒng)所需的安全功能優(yōu)化性能、功耗和面積 (PPA)。

塑造未來汽車計算的方向

Arm AE IP 產(chǎn)品組合的新增成員將驅(qū)動并增強新一代汽車。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的計算需求。

從 AI 驅(qū)動的新型先進計算工作負載和軟硬件用例，到增強的安全和保護功能，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)作以及長期的重點關(guān)注，Arm 技術(shù)是未來汽車計算的基石。

審核編輯：劉清