Arm為更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)“安全就緒”

汽車行業(yè)目前正在研究如何進(jìn)行安全的自動(dòng)駕駛大規(guī)模部署，必須能夠應(yīng)對(duì)L4甚至L5級(jí)別的各項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。此外，汽車電子系統(tǒng)的復(fù)雜度也在急速增長(zhǎng)，在要求計(jì)算力與復(fù)雜度增長(zhǎng)保持一致的同時(shí)，如何確保系統(tǒng)的功耗、散熱、尺寸、成本和安全也是汽車制造商與解決方案提供商需要考慮的重要因素。

7大關(guān)鍵挑戰(zhàn)

有人預(yù)測(cè)，如果在2020年生產(chǎn)L4級(jí)和L5級(jí)自動(dòng)駕駛汽車的成本可能比普通汽車高出75000至100000美元。事實(shí)上，考慮到實(shí)現(xiàn)L4級(jí)和L5級(jí)自動(dòng)駕駛所需要的傳感器數(shù)量，這個(gè)數(shù)字還是太低。如果總成本超過100000美元，為了使這些車輛能夠被購(gòu)買，價(jià)格還需大幅下降，以使消費(fèi)者負(fù)擔(dān)得起。因此，這很可能意味著第一批真正部署自動(dòng)駕駛的車輛將成為出行即服務(wù)（MaaS）、共享騎乘或機(jī)器人出租車隊(duì)的一部分，通過取代人力駕駛的成本，建立一種新的商業(yè)模式，以支持這些更昂貴的車輛。

2L3級(jí)真的可以被部署嗎

如上圖所示，L3級(jí)是從ADAS邁向全自動(dòng)駕駛的第一步，它代表了在條件許可的情況下，車輛可以完成所有的駕駛動(dòng)作，并具備提醒駕駛者功能。駕駛者無需監(jiān)控駕駛環(huán)境，可以分心，但不可以睡覺，需要隨時(shí)能夠接管車輛，以便隨應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的人工智能應(yīng)對(duì)不了的情況。這便引發(fā)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象，一旦駕駛員的手脫離了方向盤，會(huì)很愉快的處理電子郵件、文本等，使眼睛與思想也脫離了道路，一旦遇到意外，分心的駕駛員能多塊的回到“方向盤”上？從責(zé)任的劃分方面考慮，跳過L3級(jí)自動(dòng)駕駛能夠更好的判斷駕駛員是在控制車輛還是車輛在進(jìn)行自動(dòng)駕駛。不過即使汽車制造商決定跳過L3這一階段，從L3到L4所需要的技術(shù)復(fù)雜性也要高得多。

3傳感器急劇增加的計(jì)算需求

從ADAS邁向自動(dòng)駕駛需要對(duì)汽車周圍的一切環(huán)境有更精確的了解，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，汽車上的傳感器數(shù)量急劇增加，需要多個(gè)雷達(dá)、車載攝像頭和激光雷達(dá)，以基本上取代和增強(qiáng)人眼感知。這些傳感器不僅昂貴，而且需要處理器處理才能理解它們“看到”的東西，以及車外的情況變化，這與自適應(yīng)巡航控制或緊急制動(dòng)等簡(jiǎn)單的ADAS功能所需的計(jì)算力有很大不同。

4軟件復(fù)雜性的增加

隨著電氣化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化等技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)駕駛汽車電子電器架構(gòu)更為復(fù)雜，亦將面臨著諸多問題，如ECU及大數(shù)據(jù)的增多、人機(jī)交互界面的復(fù)雜程度更高、互聯(lián)汽車常遭黑客侵入、自動(dòng)駕駛客戶差異化需求的滿足……據(jù)了解，預(yù)計(jì)L5級(jí)自動(dòng)駕駛車輛將需要10億行代碼，相比波音787夢(mèng)想飛機(jī)（Boeing 787 Dreamliner）需要的代碼僅為1400萬行。

因此，軟件功能虛擬化和硬件簡(jiǎn)化的重要意義將進(jìn)一步提升，而這可能以幾種形式成為現(xiàn)實(shí)。一是將硬件整合到針對(duì)不同時(shí)延性和可靠性要求的堆棧中；二是一個(gè)冗余的“超級(jí)計(jì)算機(jī)”將取代ECU的地位；三是徹底放棄控制單元的概念，轉(zhuǎn)而采用智能節(jié)點(diǎn)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。

5如何提高自動(dòng)駕駛部署接受度

根據(jù)美國(guó)汽車協(xié)會(huì)（AAA）最新數(shù)據(jù)，73 %的美國(guó)司機(jī)表示害怕搭乘全自動(dòng)駕駛汽車，63 %的美國(guó)成年人認(rèn)為在步行或騎車時(shí)與自動(dòng)駕駛汽車共用道路是不太安全的。只有當(dāng)駕駛員和乘客認(rèn)為安全性足夠值得信賴時(shí)，大眾才會(huì)接受新型高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)( ADAS )和自動(dòng)化程度越來越高的技術(shù)。

安全是汽車電子系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵保障，嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證適用于任何需要在駕駛員要求時(shí)保持可靠性能，如剎車、轉(zhuǎn)向等。當(dāng)我們提高汽車的自主決策時(shí)，本質(zhì)上是用復(fù)雜的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來代替人的安全決策。

6從原型到量產(chǎn)

當(dāng)今自主決策計(jì)算系統(tǒng)原型通常是基于現(xiàn)有的服務(wù)器技術(shù)，其挑戰(zhàn)在于尺寸、功耗和散熱性不適合于汽車。所有這些特性都需要顯著減少，人們普遍認(rèn)為功耗需要減少10倍，尺寸需要減少5倍，如果兩者都能實(shí)現(xiàn)，那么成本和散熱將顯著降低。這也將推動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車在消費(fèi)者領(lǐng)域和機(jī)器人出租車領(lǐng)域的真正部署。

7增強(qiáng)車內(nèi)乘客互聯(lián)體驗(yàn)

對(duì)于終端領(lǐng)域來講，以支持自動(dòng)駕駛的V2X通訊模塊為入口，進(jìn)一步整合車內(nèi)的各種功能模塊，包括車內(nèi)計(jì)算，存儲(chǔ)等功能，構(gòu)筑新的車載電子業(yè)務(wù)領(lǐng)域，這也可以說是芯片公司的商業(yè)范疇。打造更高性能更安全的聯(lián)網(wǎng)汽車，更快實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，提供更好的車內(nèi)乘客互聯(lián)體驗(yàn)，成為管理車內(nèi)應(yīng)用的軟硬件平臺(tái)，則是車廠差異化競(jìng)爭(zhēng)力所在。

Arm如何幫助克服這些挑戰(zhàn)？

汽車OEM和Tier-1廠商們?cè)絹碓角宄恼J(rèn)識(shí)到需要一個(gè)強(qiáng)大的技術(shù)合作伙伴來幫助他們解決這些挑戰(zhàn)，并不約而同額將Arm及其廣泛的汽車生態(tài)系統(tǒng)視為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的正確合作伙伴。實(shí)際上，Arm一直與汽車行業(yè)密切合作，以了解上述每一個(gè)挑戰(zhàn)，提供完善的解決方案，助力自動(dòng)駕駛大規(guī)模部署。

1計(jì)算需求全覆蓋

Arm CPU和其他IP，如GPU、ISP和NPU允許在整個(gè)車輛的各個(gè)系統(tǒng)中使用基于Arm的解決方案，Arm的合作伙伴也提供最廣泛的汽車級(jí)SoC。這一系列的應(yīng)用處理器（Cortex-A）、實(shí)時(shí)處理器（Cortex-R）和小型低功耗微處理器（Cortex-M）適用于自動(dòng)駕駛所有階段。隨著Arm的合作伙伴將更多的計(jì)算力帶到異構(gòu)化SoC平臺(tái)上，這將有助于滿足更大的算力需求，同時(shí)降低功耗、價(jià)格、尺寸和保持良好的散熱特性。

2為更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)“安全就緒”

“安全就緒”（Safety Ready）計(jì)劃中包括Arm現(xiàn)有的安全產(chǎn)品以及全新產(chǎn)品或未來產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的開發(fā)采用嚴(yán)格的功能安全流程，包括支持ISO 26262和IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)流程和開發(fā)?！鞍踩途w”計(jì)劃提供一站式軟件、工具、組件、認(rèn)證和標(biāo)準(zhǔn)，可為Arm合作伙伴簡(jiǎn)化并降低整合功能安全的成本。憑借“安全就緒”計(jì)劃，合作伙伴和汽車主機(jī)廠可以確保其SoC和系統(tǒng)具有自動(dòng)駕駛應(yīng)用所需的最高級(jí)別功能安全。

3性能和安全缺一不可

Arm在安全領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)并不止于整合最新的認(rèn)證和標(biāo)準(zhǔn)，雖然分核-鎖步（Split-Lock）功能對(duì)業(yè)界而言并不陌生，但Arm率先將其引入專為高性能汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的處理器。分核-鎖步（Split-Lock）技術(shù)是一款具有顛覆性的安全創(chuàng)新，可實(shí)現(xiàn)以下性能：

具備以往鎖步CPU部署中無法實(shí)現(xiàn)的靈活性

SoC中的CPU群集可配置成“分核模式”以實(shí)現(xiàn)高性能，其中群集中的兩個(gè)（或四個(gè)）獨(dú)立CPU可用于各種任務(wù)和應(yīng)用程序

若配置成“鎖步模式”下，CPU將處于鎖步狀態(tài)，在群集中創(chuàng)建一對(duì)（或兩對(duì)）鎖步的CPU，以實(shí)現(xiàn)更高的汽車安全完整性應(yīng)用

CPU集群可在硅片生產(chǎn)后配置為在任一模式下混合運(yùn)行

4“汽車增強(qiáng)型”全新產(chǎn)品

2018年9月，Arm推出首款集成功能安全的自動(dòng)駕駛級(jí)處理器 Cortex-A76AE，專為汽車行業(yè)設(shè)計(jì)。該芯片搭載分核-鎖步（Split-Lock）技術(shù)，是一款具有顛覆性的安全創(chuàng)新，并首次在應(yīng)用處理器中得以實(shí)現(xiàn)。

不過就自動(dòng)駕駛而言，采集與需要處理的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量要比ADAS多很多，因此2018年12月，Arm再推出針對(duì)高數(shù)據(jù)吞吐計(jì)算的IP——Cortex-A65AE，面向汽車電子市場(chǎng)，主要針對(duì)7nm優(yōu)化，其最大特點(diǎn)就是支持了SMT多線程，性能吞吐率比前代高3.5倍，預(yù)計(jì)2020年上市。同時(shí)，車企或許會(huì)愿意將Cortex-A76AE與Cortex-A65AE這兩款芯片結(jié)合使用，從而完成感知流程。

5最廣泛的生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

眾所周知，Arm是藏在芯片后面的 IP供應(yīng)商，目前Arm在全球已經(jīng)有超過1500項(xiàng)的IP授權(quán)，基于Arm架構(gòu)的芯片出貨量達(dá)1250億片，僅2017年基于Arm架構(gòu)的芯片出貨量超過210億片。授權(quán)合作伙伴包含行業(yè)領(lǐng)袖、初創(chuàng)公司、芯片公司及OEM廠商超過500家。另外有16家頂級(jí)汽車芯片廠商授權(quán)了Arm的IP。

從1996年Arm正式進(jìn)入汽車領(lǐng)域做剎車控制芯片IP開始，到如今已發(fā)展了20多年。目前在IVI領(lǐng)域，85%的處理器采用Arm架構(gòu)；在ADAS領(lǐng)域，超過65%的應(yīng)用處理器采用的是Arm架構(gòu)。從傳統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)控制、底盤控制和車身控制，到現(xiàn)在ADAS/IVI，都有控制芯片在采用Arm的架構(gòu)。所有電子器件采用通用的架構(gòu)，輔以領(lǐng)先工具生態(tài)系統(tǒng)的大力支持，汽車制造商和供應(yīng)商便能對(duì)硬件與軟件進(jìn)行快速創(chuàng)新。這些創(chuàng)新將革新安全性、降低能耗，同時(shí)提升駕車體驗(yàn)。

開啟大規(guī)模自動(dòng)駕駛安全部署之路

Arm花了大量時(shí)間與汽車行業(yè)合作，以充分了解在下一波汽車創(chuàng)新過程中面臨的挑戰(zhàn)和難點(diǎn)，最新發(fā)布的產(chǎn)品與技術(shù)創(chuàng)新有助于實(shí)現(xiàn)這些部署，并在不影響性能和安全的情況下降低了功耗和成本。未來，Arm將與更多OEM、Tier-1廠商構(gòu)建更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)合作，重新定義移動(dòng)出行，推動(dòng)汽車創(chuàng)新發(fā)展的全新時(shí)代。