汽車(chē)行業(yè)正在經(jīng)歷翻天覆地的變革與轉(zhuǎn)型。如今，汽車(chē)本質(zhì)上已經(jīng)成為了“車(chē)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，其現(xiàn)在與未來(lái)的功能將由背后的電子系統(tǒng)來(lái)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(jí)增長(zhǎng)的軟件帶動(dòng)提升，而這些正定義了軟件定義汽車(chē)(SDV)。同時(shí)它也對(duì)性能、效率、安全性及可靠性提出了更高的要求。

1 汽車(chē)市場(chǎng)的基礎(chǔ)計(jì)算

為了滿足這些需求，并加速汽車(chē)開(kāi)發(fā)和部署，Arm推出了全新的硬件和能在開(kāi)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(zhuān)為汽車(chē)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(chē)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(chē)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Arm^? AE IP產(chǎn)品組合包括專(zhuān)為汽車(chē)市場(chǎng)設(shè)計(jì)的全新服務(wù)器級(jí)Neoverse? CPU、兩款全新Armv9-A CPU、一款全新的 Cortex^?-R CPU，和一款全新的圖像信號(hào)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(kāi)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(chē)載信息娛樂(lè)(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(dòng)的自動(dòng)駕駛。

除了全新IP，我們還投入制定了專(zhuān)為汽車(chē)設(shè)計(jì)的Arm計(jì)算子系統(tǒng)(CSS)路線圖，以滿足汽車(chē)中不斷增長(zhǎng)的計(jì)算需求，使我們的合作伙伴能夠更快地開(kāi)展項(xiàng)目，行動(dòng)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(zhuān)為特定汽車(chē)功能設(shè)計(jì)的虛擬平臺(tái), 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(chē)開(kāi)發(fā)中，也可根據(jù)需求進(jìn)行定制化。這可與眾多汽車(chē)合作伙伴針對(duì)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(chē)工程師和開(kāi)發(fā)者無(wú)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(kāi)發(fā)周期。

2 針對(duì)多樣化用例優(yōu)化的可擴(kuò)展汽車(chē)計(jì)算

早在2020年，Arm就推出了Cortex-A78AE和Cortex-A65AE CPU，并得到了汽車(chē)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(guò)25個(gè)。我們的合作伙伴將 Cortex-A78AE應(yīng)用到各類(lèi)汽車(chē)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(kāi)交流與合作，了解他們對(duì)未來(lái)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)化總體擁有成本，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(duì)提高汽車(chē)算力和性能水平的呼聲越來(lái)越大。鑒于Arm Neoverse技術(shù)能夠滿足服務(wù)器市場(chǎng)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(chē)專(zhuān)用功能的全新CPU。

Arm Neoverse V3AE專(zhuān)為需要超高單線程性能的高端ADAS和自動(dòng)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(zhuān)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(chē)應(yīng)用中不斷增長(zhǎng)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(chē)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(duì)各種SDV用例進(jìn)行不同的權(quán)衡。這兩款A(yù)E 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(chē)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(lèi)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)、可選的瞬時(shí)故障保護(hù)(TFP)和增強(qiáng)的軟件測(cè)試庫(kù)(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(niǎo)瞰圖等感知基準(zhǔn)測(cè)試中，我們將汽車(chē)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(duì)其關(guān)鍵汽車(chē)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(chē)用例。這對(duì)于ADAS用例尤其重要，因?yàn)榇祟?lèi)用例未對(duì)已知的視覺(jué)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(wú)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(guò)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(duì)混用。

3 汽車(chē)實(shí)時(shí)計(jì)算

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

多年來(lái)，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(chē)作動(dòng)。此外，Arm Cortex-R52和Cortex-R52+ 已成為安全島的汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前有超過(guò)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(wú)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。

4 滿足未來(lái)的汽車(chē)視覺(jué)

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

Arm在開(kāi)發(fā)ISP方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，目前上路的數(shù)百萬(wàn)輛汽車(chē)正在使用我們這一代的ISP產(chǎn)品（ArmMali-C71AE和Mali-C78AE）。Arm Mali?-C720AE是我們針對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)的不同用例開(kāi)展一項(xiàng)長(zhǎng)期研究項(xiàng)目后開(kāi)發(fā)的全新ISP，這些視覺(jué)系統(tǒng)大致分為“人類(lèi)視覺(jué)”和計(jì)算機(jī)視覺(jué)(CV)。人類(lèi)視覺(jué)對(duì)應(yīng)的攝像頭系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理符合人類(lèi)觀看要求的圖像，此類(lèi)圖像通常色彩鮮艷逼真、邊緣銳利，且其像素錯(cuò)誤經(jīng)過(guò)校正。然而，CV算法對(duì)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(kāi)處理的，要么通過(guò)不同的 ISP，要么對(duì)ISP進(jìn)行串行重新編程。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，Mali-C720AE支持多個(gè)并行管線，并針對(duì)人類(lèi)視覺(jué)和 CV 用例的需求進(jìn)行對(duì)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(guò)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(chē)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(jué)應(yīng)用調(diào)優(yōu)圖像質(zhì)量?？晌⒎值募铀買(mǎi)SP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(kāi)始進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)和圖像質(zhì)量調(diào)優(yōu)，以加快上市進(jìn)程。

5 使用系統(tǒng)IP和開(kāi)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 AEIP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(dòng)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(chē)計(jì)算系統(tǒng)。Arm為Neoverse S3(CMNS3AE)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(guò)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(chē)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?cè)诟叨瓤膳渲玫腘oC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(kāi)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(guò)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(duì)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(lái)構(gòu)建其特定專(zhuān)用的SoC解決方案增添信心。

6 增強(qiáng)的安全和保護(hù)

安全和保護(hù)是汽車(chē)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(huì)影響計(jì)算系統(tǒng)的安全，并最終影響汽車(chē)的安全。隨著越來(lái)越多的汽車(chē)成為聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，其威脅模型也逐步趨向于類(lèi)似消費(fèi)電子設(shè)備的常用威脅模型。汽車(chē)行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是，惡意行為者不再需要物理訪問(wèn)車(chē)輛即可獲得控制并造成危害。

Arm已處在移動(dòng)設(shè)備信息安全的前沿。通過(guò)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(duì)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(shí)別(PACBTI)以及內(nèi)存標(biāo)記擴(kuò)展(MTE)。這些功能通過(guò)全新Arm AE CPU引入到汽車(chē)應(yīng)用。

新興的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在定義汽車(chē)的開(kāi)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(duì)電氣/ 電子(E/E)汽車(chē)系統(tǒng)開(kāi)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(chē)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(kāi)發(fā)流程，這便影響了供應(yīng)鏈。Arm已經(jīng)擁有健全的IP開(kāi)發(fā)流程，為了進(jìn)一步支持汽車(chē)合作伙伴及整個(gè)汽車(chē)供應(yīng)鏈，我們正在為合作伙伴提供用于信息安全評(píng)估的文檔。

各種汽車(chē)用例正在不斷發(fā)展，所需要的功能安全也大相徑庭。無(wú)論我們的合作伙伴針對(duì)SoC中不同處理元件的需求是達(dá)到ASIL B等級(jí)還是完整的ASIL D等級(jí)，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(duì)汽車(chē)計(jì)算系統(tǒng)所需的安全功能優(yōu)化性能、功耗和面積(PPA)。

7 塑造未來(lái)汽車(chē)計(jì)算的方向

Arm AE IP產(chǎn)品組合的新增成員將驅(qū)動(dòng)并增強(qiáng)新一代汽車(chē)。Arm與包括出行服務(wù)企業(yè)、新型和傳統(tǒng)車(chē)企、一級(jí)供應(yīng)商和芯片供應(yīng)商在內(nèi)的整個(gè)汽車(chē)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(zhuān)為滿足汽車(chē)市場(chǎng)對(duì)核心和不斷演進(jìn)的計(jì)算需求。

從AI驅(qū)動(dòng)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(duì)了汽車(chē)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(zhǎng)期的重點(diǎn)關(guān)注，Arm 技術(shù)是未來(lái)汽車(chē)計(jì)算的基石。

（本文來(lái)源于《EEPW》2024.4）