車(chē)輛即平臺 軟件定義汽車(chē)方興未艾

打造夢(mèng)想中的汽車(chē)不再僅僅圍繞著(zhù)馬力和內飾等因素。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的加速發(fā)展和邊緣計算擴展了汽車(chē)連接的新功能，汽車(chē)行業(yè)正在經(jīng)歷一些重大變化。

軟件定義意味著(zhù)利用其現有的硬件平臺，以及移動(dòng)可能已經(jīng)編碼在硬件或ROM中的功能，并將它們帶入到標準化硬件上運行的軟件層。軟件層還增加了導入新功能的能力。消費者現在其實(shí)已經(jīng)正在使用軟件定義設備，例如智能手機便是，透過(guò)應用商店連接到手機，并為手機提供不同的音訊串流能力。

至于軟件定義的車(chē)輛，包括了儀表板或ADAS系統。將所有這些能力都整合在一個(gè)軟件平臺上，即使硬件保持不變，OEM制造商或系統整合商與供應鏈都可以輕松選擇和更改構成該解決方案的軟件組件。

汽車(chē)開(kāi)發(fā)面臨挑戰
要達成ADAS、IVI、電氣化動(dòng)力系統與自動(dòng)駕駛等目標，汽車(chē)程序的復雜性就越來(lái)越高，且各項功能必須同時(shí)運行。

 
圖一 : Arm亞太區車(chē)用市場(chǎng)資深總監鄧志偉

隨著(zhù)車(chē)輛的架構與功能持續演化，系統的復雜度也越來(lái)越高。這些復雜化的發(fā)展也為驅使車(chē)用操作數件面對了全新的挑戰。Arm亞太區車(chē)用市場(chǎng)資深總監鄧志偉指出，當前汽車(chē)開(kāi)發(fā)人員面臨的挑戰在于，若要達成先進(jìn)駕駛輔助系統（ADAS）、車(chē)載信息娛樂(lè )系統（IVI）、電氣化動(dòng)力系統與自動(dòng)駕駛等目標，程序的復雜性就將越來(lái)越高，且各項功能還必須同時(shí)運行，因此帶來(lái)了以下的挑戰：

對異質(zhì)運算的需求提高

車(chē)輛演進(jìn)后增加的功能及所需的效能，需要由各種不同的算法所構成的軟件來(lái)完成。而不同的算法，則需要不同型態(tài)的處理器來(lái)進(jìn)行效能優(yōu)化。例如一般性的算法以CPU為主，GPU則是為了顯示與圖形算法而設計的處理器，至于影像相關(guān)的算法有ISP來(lái)增進(jìn)效能，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的算法則有NPU來(lái)加速。整合這么多種處理器的架構，也就成為異質(zhì)運算的架構。為了達到異質(zhì)運算架構的目標，不僅處理器IP設計的復雜度大幅增加，同時(shí)芯片及軟件整合設計的難度及挑戰也提高很多。

將硬件（與軟件）區隔開(kāi)并虛擬化

傳統汽車(chē)開(kāi)發(fā)模式的汽車(chē)制造商，是將每輛車(chē)上的電子控制單元（ECU）都搭載著(zhù)仔細編碼過(guò)的軟件，而且針對硬件與軟件，往往也都經(jīng)歷過(guò)嚴格的安全評估。隨著(zhù)功能域控制器、區域控制器（Zonal）以及集中式運算架構的導入，現在車(chē)輛的硬件架構已出現變化。底層硬件需要被虛擬化、抽象化，軟件人員則可以此架構來(lái)開(kāi)發(fā)具備可移植性、以及滿(mǎn)足不同功能安全要求的應用與服務(wù)。同時(shí)，也能更容易的導入云原生開(kāi)發(fā)的架構。

關(guān)鍵的實(shí)時(shí)性與功能安全

在實(shí)時(shí)性與功能要求方面，傳統做法可能是將不同的IP或功能層層迭加，在關(guān)鍵的單元例如power train才會(huì )有功能性安全（Functional Safety）。但是當所有的處理器被整合進(jìn)一個(gè)更大且復雜的系統時(shí)，如何在整合的運算單元中處理不同子系統的功能安全與實(shí)時(shí)性要求，就需要透過(guò)新的運算及系統架構來(lái)解決。

建立因應保密及資安要求的架構

資安的威脅層出不窮，車(chē)行安全更是不容妥協(xié)。因此開(kāi)發(fā)人員需要保密的架構，以確保車(chē)用信息得以安全的傳輸、儲存及處理。

為軟件的可移植性建立標準

透過(guò)打造云原生軟件的基礎架構，解決在不同硬件平臺之間軟件可移植性的需求，可以確保在云端開(kāi)發(fā)的軟件，能在不同的異質(zhì)邊緣平臺進(jìn)行無(wú)縫、快速的部署。

軟件定義汽車(chē)的重要性

 
圖二 : 軟件在促成汽車(chē)演進(jìn)歷程中所扮演的角色更形重要。

為了滿(mǎn)足在車(chē)用領(lǐng)域不斷演進(jìn)的消費需求，運算也必須更為集中。而軟件在促成這些演進(jìn)歷程中所扮演的角色也更形重要，進(jìn)而影響了軟件的開(kāi)發(fā)、部署及管理，這也意味著(zhù)以降低成本、時(shí)間與復雜性而廣為人知的云端原生開(kāi)發(fā)方式，比起傳統的形式更適合于現代化汽車(chē)應用的開(kāi)發(fā)。

至于軟件定義包括了全新的電機電子架構、以及云原生軟件架構。軟件定義之所以重要主要是因為以下原因：

可重組價(jià)值鏈

軟件定義將加速推動(dòng)創(chuàng )新與效率，打破過(guò)去價(jià)值鏈中定義規格、提供硬件及服務(wù)的上下游順序。不但加快開(kāi)發(fā)過(guò)程，也可以為價(jià)值鏈中所有的利益關(guān)系人帶來(lái)好處與機會(huì )。例如：

●車(chē)廠(chǎng)與Tier 1：隨著(zhù)軟件開(kāi)發(fā)的成本大幅降低，以及創(chuàng )新服務(wù)在售后的不斷推出，車(chē)廠(chǎng)能夠創(chuàng )造新的營(yíng)收來(lái)源。
●生態(tài)系：IC設計與軟件供貨商可專(zhuān)注于產(chǎn)品差異化，且軟件定義也讓更多云端應用開(kāi)發(fā)者加入汽車(chē)創(chuàng )新行列。
●消費者：更滿(mǎn)意于客制化的汽車(chē)功能與使用經(jīng)驗。

降低成本

透過(guò)區域控制器與集中運算架構，可以有效降低硬件的總成本以及軟件的維護成本。例如過(guò)去一部車(chē)里可能有超過(guò)100個(gè)MCU，透過(guò)集中運算架構，則可能降低至10～20個(gè)左右，大幅降低硬件購置、布線(xiàn)的架設，與其他相關(guān)軟件維護的成本。

車(chē)輛本身即為服務(wù)平臺

如同智能手機的使用經(jīng)驗一樣，未來(lái)車(chē)輛本身即為服務(wù)平臺，透過(guò)軟件更新，用戶(hù)可不斷享有新的服務(wù)與體驗。每次的軟件升級，也都代表新的商機，車(chē)廠(chǎng)可持續掌握新的營(yíng)收來(lái)源，以及與客戶(hù)更多的互動(dòng)機會(huì )。

軟件更新更容易

透過(guò)云原生開(kāi)放架構，軟件可以開(kāi)發(fā)得更快也更安全，也更順利地部署在邊緣平臺上，使軟件更新變得容易。

改善使用者經(jīng)驗

這點(diǎn)也是如同智能手機的使用經(jīng)驗，透過(guò)每次軟件升級與更新，即可帶來(lái)不同的功能、體驗、樂(lè )趣與便利，進(jìn)而提升使用者的車(chē)載體驗與滿(mǎn)意度，車(chē)輛也可以使用得更久。

縮短開(kāi)發(fā)流程

全新的硬件參考平臺（Reference hardware platform）能支持軟件定義工作負載的開(kāi)發(fā)與測試。開(kāi)發(fā)人員得以使用SOAFEE參考實(shí)作，針對包括座艙系統、先進(jìn)駕駛輔助系統與自駕功能等各式應用與服務(wù)，于商品化之前，可以在A(yíng)rm架構的芯片系統上進(jìn)行汽車(chē)工作負載的探索與測試，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程。

硬件處理器優(yōu)化性能
汽車(chē)產(chǎn)業(yè)正朝向軟件定義汽車(chē)的轉型，應對ECU（Eletronic Control Unit）整合、數據驅動(dòng)型汽車(chē)服務(wù)、安全云端連接和服務(wù)導向架構等方面問(wèn)題，需要全新的汽車(chē)軟件開(kāi)發(fā)方法。汽車(chē)制造商和Tier-1供貨商面臨的全新挑戰，包括了多租戶(hù)（multi-tenancy）、網(wǎng)絡(luò )管理、云端服務(wù)、功能安全與進(jìn)階安全技術(shù)等。恩智浦半導體就透過(guò)S32G GoldVIP，來(lái)協(xié)助搭載S32G汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )處理器的軟件定義汽車(chē)應對實(shí)時(shí)和應用程序開(kāi)發(fā)挑戰。這種汽車(chē)整合平臺針對S32G處理器評估、軟件開(kāi)發(fā)和快速原型設計工作提供多種價(jià)值主張。

透過(guò)實(shí)時(shí)使用案例和資源監測，用戶(hù)可以快速觀(guān)察S32G的效能表現。藉由恩智浦預整合功能、開(kāi)源軟件和第三方軟件，包括安全云端連接和無(wú)線(xiàn)更新服務(wù)，開(kāi)發(fā)人員可以專(zhuān)注創(chuàng )造新型互聯(lián)汽車(chē)服務(wù)，而無(wú)須耗費時(shí)間構建軟件基礎建設。

另外，基于SiC（碳化硅）的高效能功率模塊可最大限度延長(cháng)現有電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程，加快充電速度。到目前為止，電動(dòng)汽車(chē)仍需要一個(gè)專(zhuān)用高速訊號處理器才能控制先進(jìn)的SiC功率半導體。意法半導體推出了新款車(chē)規MCU，新產(chǎn)品針對電動(dòng)汽車(chē)和汽車(chē)集中式電氣架構優(yōu)化了性能，有助于降低電動(dòng)汽車(chē)成本，延長(cháng)續航里程，加快充電速度。

ST的Stellar E MCU專(zhuān)為下一代軟件定義電動(dòng)汽車(chē)而設計，在芯片上整合了高速控制回路處理電路，可以協(xié)助完成先進(jìn)的電動(dòng)汽車(chē)設計，同時(shí)確保電源管理具備很高的效能，為車(chē)輛生命周期管理提供軟件定義的靈活性?，F在，只需一個(gè)MCU就能控制整個(gè)功率模塊，不僅簡(jiǎn)化模塊設計、節省成本，還能更容易地達到汽車(chē)安全標準，也可以為電動(dòng)汽車(chē)創(chuàng )造新的價(jià)值鏈。

結語(yǔ)
過(guò)去，車(chē)輛是由硬件和置于其上的軟件所定義的，但這樣的方式正在轉變。像特斯拉這樣的公司，就是透過(guò)軟件的構建來(lái)制造新一代的汽車(chē)?？傮w而言，我們看到車(chē)輛運營(yíng)中心和車(chē)輛軟件平臺的重要性正與日俱增。透過(guò)軟件定義，安全無(wú)線(xiàn)更新軟件功能讓車(chē)商可以改善其控制策略，提升汽車(chē)的行駛里程、性能和效能。