自駕車(chē)安全需求遽增　處理器效能門(mén)檻拉高

　　安全成自動(dòng)駕駛設計首要基礎。因應此一趨勢，半導體業(yè)者紛紛推出各種感測元件，以確保行駛安全性。與此同時(shí)，半導體廠(chǎng)商及車(chē)廠(chǎng)也持續強化處理器及聯(lián)網(wǎng)系統的安全防護性能，以便打造內外都安全可靠的自駕車(chē)。

　　自動(dòng)駕駛安全性越來(lái)越受重視，為提升自駕車(chē)整體安全性，半導體廠(chǎng)商致力發(fā)展各式感測元件，車(chē)廠(chǎng)與系統廠(chǎng)則致力于感測器融合之技術(shù)發(fā)展，以確保行車(chē)安全。另一方面，強化自駕車(chē)內元件效能，以打造更安全的自駕車(chē)，也是目前極力發(fā)展的方向之一。隨著(zhù)車(chē)上配備的感測器元件越來(lái)越多，如何使汽車(chē)處理器針對車(chē)用感測器傳來(lái)的資訊，即時(shí)做出正確的分析，并防止駭客入侵、竊取資料將是未來(lái)自動(dòng)駕駛發(fā)展重點(diǎn)。

　　車(chē)聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來(lái)　保密防駭少不了

　　圖1　高通產(chǎn)品市場(chǎng)高級總監葉志平表示，因應車(chē)聯(lián)網(wǎng)需求，高通推出Snapdragon 820A車(chē)聯(lián)網(wǎng)參考平臺，具備高可擴充性。

　　因應車(chē)聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，不少半導體業(yè)者已經(jīng)紛紛推出相關(guān)聯(lián)網(wǎng)解決方案以搶攻市場(chǎng)商機，例如高通(Qualcomm)便利用旗下Snapdragon 820A設計一個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)參考平臺。

　　高通產(chǎn)品市場(chǎng)高級總監葉志平(圖1)表示，此一平臺的設計概念包括以下幾點(diǎn)：第一，該公司想使用一個(gè)具有可擴充性的方式，讓不同的特性可以被應用在同一個(gè)平臺上，讓它有所延伸，如果須要換射頻、藍牙、Wi-Fi、GPS或4G到5G的時(shí)候變得非常簡(jiǎn)單。

　　第二，在有多種無(wú)線(xiàn)技術(shù)共存的情況下，OEM(原始設備制造商)設計最難的部分就是解決非常復雜的相互干擾。該公司做的參考設計能解決干擾的問(wèn)題，從而讓多個(gè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)同時(shí)存在?；旧弦恍﹤鹘y的連接功能可能都放在電子控制單元(ECU)上面，或者資訊娛樂(lè )上。高通現在做的車(chē)聯(lián)網(wǎng)參考平臺可以把所有天線(xiàn)、Wi-Fi及射頻都集中在車(chē)里放置天線(xiàn)的部位，讓這些汽車(chē)OEM在設計中控的時(shí)候，可以將所有的射頻無(wú)線(xiàn)電放在一起。如果須更新這些連接技術(shù)，只須更換這個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)參考平臺就可以，而中控系統、螢幕及車(chē)里面的其他東西不用再更新。

　　然而，車(chē)聯(lián)網(wǎng)就跟智慧型手機，或是IoT市場(chǎng)一樣，都須要確保資料傳輸過(guò)程中不受駭客入侵影響。針對此一需求，高通也備有相關(guān)技術(shù)，如SmartProtect技術(shù)，提供在裝置上的即時(shí)惡意軟體偵測、分類(lèi)與來(lái)源分析，以彌補傳統惡意軟體解決方案的不足，更能分析與辨識更新特征前的新威脅。其余還有Sense ID指紋技術(shù)、SafeSwitch防盜技術(shù)，以及StudioAccess內容保護技術(shù)等。

　　圖2　英飛凌汽車(chē)安全市場(chǎng)經(jīng)理王龍飛指出，為防止駭客攻擊，MCU搭配硬體安全模組(HSM)，可增強資訊防護效用。

　　除高通之外，針對車(chē)類(lèi)聯(lián)網(wǎng)防護，英飛凌(Infineon)也備有相關(guān)安全防護措施。英飛凌汽車(chē)安全市場(chǎng)經(jīng)理王龍飛(圖2)指出，為防止駭客攻擊，目前車(chē)內的微控制器(MCU)，都須具備安防效能。

　　例如，英飛凌旗下AURIX系列微控制器，皆整合了一個(gè)硬體安全模組(HSM)，以滿(mǎn)足未來(lái)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的各種安全和保護需求。此一HSM采用英飛凌自行開(kāi)發(fā)的加密技術(shù)，可確實(shí)防止駭客入侵行為，避免資料遭竊取。

　　與此同時(shí)，隨著(zhù)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的興起，加上這幾年發(fā)生不少起汽車(chē)遭駭客入侵事件;由歐洲主要車(chē)廠(chǎng)組成的EVITA聯(lián)盟，也因駭客事件加速了安全硬體擴展(Security Hardware Extension, SHE)與硬體安全模組(Hardware Security Module, HSM)等相關(guān)規定的制定進(jìn)程。目前已有許多車(chē)廠(chǎng)投入車(chē)身網(wǎng)路的安全機制設計，SHE將率先于2018～2019年后的車(chē)種全面普及。

　　圖3　瑞薩行銷(xiāo)事業(yè)部汽車(chē)應用行銷(xiāo)部主任黃源旗透露，針對EVITA聯(lián)盟的規定，該公司已推出ICUS硬體，以呼應HSM的需求。

　　臺灣瑞薩電子(Renesas Electronics)行銷(xiāo)事業(yè)部汽車(chē)應用行銷(xiāo)部主任黃源旗(圖3)分析，車(chē)廠(chǎng)所設計的汽車(chē)，如果層層防護沒(méi)有做好，就很容易被駭客入侵。理論上，車(chē)身網(wǎng)路會(huì )有一個(gè)實(shí)體的系統架構，由SoC通往MCU，再通往車(chē)身網(wǎng)路。

　　由于SoC所需的安全等級比較低，會(huì )用一個(gè)簡(jiǎn)單的機制和MCU進(jìn)行溝通，如傳輸影像、資料等，但若系統設計得過(guò)于簡(jiǎn)單，便能讓駭客得以恣意去更新韌體，更新完畢后，將可以直通車(chē)身網(wǎng)路，而車(chē)身網(wǎng)路若又沒(méi)有經(jīng)過(guò)加密，就可以送一個(gè)假的命令(Command)去控制汽車(chē)。

　　所以駭客破解三個(gè)地方，第一個(gè)是SoC安全性，第二個(gè)是系統架構沒(méi)有設計好，第三個(gè)是沒(méi)有加密的車(chē)身網(wǎng)路。MCU像是一個(gè)防火墻，如果設計良好，將有能力把許多惡意攻擊擋在外面。

　　因此，黃源旗表示，車(chē)廠(chǎng)現已開(kāi)始要求晶片廠(chǎng)，要在晶片加上這樣的加密機制，針對EVITA聯(lián)盟的規定，瑞薩所推出ICUS硬體便是呼應SHE的需求，之后2018～2019年后的車(chē)種，將全面采用此種安全機制，而開(kāi)發(fā)中的ICUM硬體，則是呼應HSM的需求。

　　ICUS是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的機制，里面會(huì )有車(chē)廠(chǎng)所放的密鑰，采對稱(chēng)式加密。當收到封包時(shí)，會(huì )先丟到里面來(lái)，跟加密/解密的單元告知，要用哪一支鑰匙去解密;解完之后，MCU再處理;處理完之后，再放進(jìn)來(lái)，加密完之后再丟出去，確保車(chē)身安全通訊的安全性。因為現在車(chē)身通訊都是透過(guò)明碼傳輸，只要去量測，就可以知道每個(gè)位元代表什么意思。

　　汽車(chē)來(lái)講的話(huà)，一般使用ICUS便十分足夠，例如檔位訊號、測速訊號，使用此一組較低安全性的密碼，即可做到安全防護。而ICUM則是應用在車(chē)身閘道器、車(chē)身控制器、引擎控制器、EPS這類(lèi)需求較高的元件，進(jìn)一步將MCU跟車(chē)身網(wǎng)路之間的資料作連結。

　　ICUM里面有一個(gè)獨立晶片，電源啟動(dòng)時(shí)，會(huì )先去確認MCU里的韌體、資料是不是都是正確的，并會(huì )有一個(gè)簽章的動(dòng)作，檢查程式是否有被竄改過(guò)，確認無(wú)誤后才會(huì )去執行程式，安全等級就會(huì )再高一層。另外，因為它是另一顆MCU，因此還可以做其他比較復雜的運算，像是密碼如果一直都是同一組，且一直使用的話(huà)，可能被逆向工程破解，其可在中間產(chǎn)生不同的密鑰，像是一次性的密碼，來(lái)有效防止這樣狀況發(fā)生。

　　安全需求高漲　數據判讀更關(guān)鍵

　　許多汽車(chē)購買(mǎi)行為分析顯示，消費者在購買(mǎi)汽車(chē)時(shí)，安全性的考量因素，明顯占了非常重的分量。值得關(guān)注的是，現今除了雷達可協(xié)助汽車(chē)偵測危險物體，市面上更出現了功能性安全模組，使其能進(jìn)階到檢查與判讀訊息的層面，也意味著(zhù)，過(guò)去傳統消費性電子，所采用的單純接收訊息，已無(wú)法滿(mǎn)足車(chē)聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的大數據需求。

　　王龍飛表示，車(chē)用感測器融合將搜集所有發(fā)射訊號，包括雷達、光達、攝影機、GPS及通過(guò)網(wǎng)路所傳過(guò)來(lái)的訊號，收到后便會(huì )綜合判斷，是否有車(chē)禍、距離多遠、什么地方該減速，這些運算都會(huì )在感測器融合的盒子里進(jìn)行。感測器融合要求的已不僅是數據處理能力要強大，還須要求數據處理必須是正確的。

　　由英飛凌所提供的Aurix安全解決方案，便可作為感測器融合晶片后端的功能安全保障。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當系統顯示前面有一個(gè)人，車(chē)輛必須煞車(chē)，Aurix會(huì )幫系統再確認一次，前面到底有沒(méi)有人，以確保數據處理的正確性。目前已有不少知名車(chē)廠(chǎng)采用。

　　黃源旗則指出，為使CPU做出正確的判斷，便須針對不同的應用來(lái)調整CPU的錯誤檢測速度(Turn-around Time, TAT)，也就是錯誤發(fā)生，到發(fā)現后的時(shí)間點(diǎn)。例如有些較低階的CPU，可能是每100毫秒(100 millisecond)才檢測一次，但在這100毫秒之間，若下出了錯誤的指令，可能就已無(wú)法補救了。因此，針對越高的安全需求，其檢測錯誤時(shí)間也要越短，同時(shí)也須有不同的設計。

　　以瑞薩旗下RH850系列產(chǎn)品為例，若是車(chē)身閘道器、安全氣囊等應用，安全需求相對較低，便可容許較長(cháng)的錯誤檢測時(shí)間，因此，便會(huì )采用單一核心的設計，再加上一些備援(Redundant)機制確保輸入、輸出資料正確。若是安全需求較高，像電子輔助轉向系統(EPS)跟煞車(chē)系統，無(wú)法允許長(cháng)時(shí)間的錯誤檢測，必須要在很短的時(shí)間內做出判斷，瑞薩便采用雙核心的架構。此一設計的優(yōu)勢在于，采用雙核心跑一樣的程式，可具備相互監控、比較的效用，當兩顆核心各自跑出不同的數據時(shí)，便可立即進(jìn)行驗證運算，以檢測是哪顆核心出錯，避免下出錯誤的指令。

　　另一方面，因應車(chē)聯(lián)網(wǎng)大數據分析需求，以及確保資訊正確性，深度學(xué)習也扮演相當重要的角色。為此，高通Snapdragon處理器結合Zeroth深度學(xué)習平臺，不論是合作廠(chǎng)商還是經(jīng)過(guò)高通訓練過(guò)的神經(jīng)網(wǎng)路平臺均可搭載Snapdragon 820A處理器，幫助其完成自動(dòng)駕駛的功能。

　　通過(guò)搭載Snapdragon 820A，神經(jīng)網(wǎng)路資訊平臺可以較為完美地利用晶片上的DSP、GPU、CPU來(lái)實(shí)現不同運算與網(wǎng)路溝通情況。簡(jiǎn)單舉例，內建神經(jīng)網(wǎng)路后，通過(guò)運算平臺上千次的重復記憶，Snapdragon 820A將可自行分辨出車(chē)、人與其他物體的區別。當然，這些都是在出廠(chǎng)前就會(huì )完成的神經(jīng)網(wǎng)路訓練，而不是在車(chē)輛出廠(chǎng)后才執行。

　　除高通之外，NVIDIA也致力于提升車(chē)用深度學(xué)習平臺之能力。NVIDIA資深工程師蘇家興提到，過(guò)往要辨識影像時(shí)，須透過(guò)專(zhuān)家將該物體的特征寫(xiě)進(jìn)演算法，若持續有新素材，就必須花費人力不停修改演算法。但透過(guò)深度學(xué)習，輸入大量資料進(jìn)行訓練后，搭配強大的運算能力，便可讓汽車(chē)能感測周遭環(huán)境并自動(dòng)導航行進(jìn)。

　　為加速自動(dòng)駕駛發(fā)展，提供消費者更安全的駕駛體驗，NVIDIA推出首款車(chē)載人工智慧引擎--NVIDIA DRIVE PX2。該產(chǎn)品讓汽車(chē)產(chǎn)業(yè)得以運用人工智慧處理自動(dòng)駕駛面臨的各種復雜情境，其采用NVIDIA先進(jìn)的GPU來(lái)處理深度學(xué)習功能，藉此掌握車(chē)子周遭360度的情境，精準判斷車(chē)子所在位置，并推算出安全舒適的行進(jìn)路線(xiàn)。

　　DRIVE PX2結合了兩顆新一代Tegra處理器，以及兩顆獨立的Pascal架構新一代GPU，能夠提供每秒24兆次的深度學(xué)習運算速度。同時(shí)，DRIVE PX2深度學(xué)習的能力使其得以快速學(xué)習如何辨識日常駕駛中經(jīng)常出現的各種挑戰，例如：道路碎石、行徑離譜的違規駕駛，以及施工區域。深度學(xué)習亦能辨識多種傳統電腦視覺(jué)技術(shù)所無(wú)法應付的狀況，特別是在像大雨、下雪，以及濃霧等惡劣天候，還有包括日出、日落，以及漆黑等光線(xiàn)不足的光照條件。

　　安全意識抬頭　汽車(chē)產(chǎn)業(yè)商機再起

　　世界各地自動(dòng)駕駛車(chē)輛上路測試新聞日增，讓人們對未來(lái)運輸充滿(mǎn)新愿景，然而，此一趨勢也牽引出如何確保車(chē)輛安全之議題。因應日漸高漲的安全意識，提升安全防護已成自動(dòng)駕駛設計首要基礎，面對各種不同形式的安全考量，如車(chē)身安全、資訊安全、車(chē)載電子元件安全等，車(chē)廠(chǎng)及半導體廠(chǎng)遭遇的技術(shù)挑戰也屬空前，然而，所開(kāi)創(chuàng )的商機也持續調高。為此，相關(guān)業(yè)者更致力于研發(fā)相關(guān)解決方案，如車(chē)道偏移警示、自動(dòng)緊急煞車(chē)、碰撞警示，以及360度環(huán)景影像系統等，除進(jìn)一步提升自動(dòng)駕駛安全性外，也藉此搶占市場(chǎng)商機。