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。可微分的加速 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識別 (PACBTI) 以及內(nèi)存標記擴展 (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