I6500-F如何給自動駕駛汽車帶來功能安全？

未來：超乎想象。20世紀(jì)80年代，我還年紀(jì)尚輕，那時對電視節(jié)目及電影所描繪的未來充滿驚嘆。不過，值得注意的是，當(dāng)時電視里所描繪的場景許多都已實現(xiàn)?！缎请H迷航》里的通訊員早已以智能手機的形式出現(xiàn)在數(shù)十億人的日常生活中。我們都還記得KITT，那輛全自動駕駛汽車，會與霹靂游俠談?wù)撈嚕€與邁克爾·奈特曾使用的通訊腕表交談?，F(xiàn)在，這些都已成為現(xiàn)實。智能手機和揚聲器可以回答我們的問題，我們可以在智能手表上接電話，很快，我們的汽車將可以實現(xiàn)全自動駕駛。

20世紀(jì)80年代，KITT將AI驅(qū)動的全自動駕駛汽車帶到了熒屏上

汽車長期使用的是基于基本安全系統(tǒng)的電子設(shè)備，如防抱死剎車和安全氣囊，這些我們已認為理所當(dāng)然。但是現(xiàn)在，高端汽車中已經(jīng)引入更先進的系統(tǒng)，如通過手勢控制的信息娛樂系統(tǒng)。當(dāng)然，還有一些使用眼動追蹤來監(jiān)視駕駛員的專注力，以確保他們處于警覺狀態(tài)。與此同時，世界正朝著能預(yù)見及思考自身的自主技術(shù)發(fā)展。事實上，自主技術(shù)在一些高端汽車上已經(jīng)實現(xiàn)，如某些環(huán)境下駕駛員無需操作駕駛盤便可驅(qū)動汽車。Tesla Model S和Mercedes–Benz E-class在高速公路行駛可以自行更改軌道，Nisan Qashqai和Ford Focus不需要手動操作方向盤便可以完成倒車。

安全需求

然而，這僅僅只是開始。最終，不管是交通擁擠的城市道路，還是高速公路，汽車將全面實現(xiàn)全自動駕駛。這將帶來很多優(yōu)勢，而最大的福音就是挽救生命。不過，根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)的數(shù)據(jù)顯示，盡管安全帶和安全氣囊等安全系統(tǒng)已取得了長足的進步，但交通事故造成的死亡人數(shù)仍在增加。這是由以下幾個因素造成的。首先，隨著人民生活水平的提高，許多人擁有一輛甚至二輛汽車，道路上汽車的數(shù)量正與日俱增。尤其是年輕人正處于這一風(fēng)險之中。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，15至 29歲人群死亡的十大原因中，交通事故居于首位。

汽車使用者和行人是交通事故的主要受害者，盡管安全裝置已普及使用，如安全帶、安全氣囊等，防撞保護等安全裝置的要求也更為嚴(yán)格，但交通事故引起的死亡人數(shù)每年仍增加120萬人左右。

全球交通事故引起的死亡事件率仍在增長

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可以清楚地看出，交通事故的主要原因是人為失誤。把犯錯的人帶離這個等式，毫無疑問，死亡人數(shù)會大幅下降。

因事故帶來的財力損失十分巨大，估計占世界GDP的3%。摩根士丹利(Morgan Stanley)預(yù)估，2025年后，全自動駕駛汽車節(jié)省的財力成本可能高達1.3萬億美元。汽車擁堵帶來的另一個影響是污染，且被認為是十分危險的因素。

這些是可以解決的問題。新基礎(chǔ)設(shè)施如5G速度快，響應(yīng)及時，汽車幾乎能實時通信。這將使自動汽車可以通過車輛對車輛(V2V)和車輛對基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)控制通信。這樣，車隊技術(shù)便可以實現(xiàn)，即讓卡車緊密連在一起，形成車隊，以減少阻力，提高燃料效率。且沒有駕駛員，它們也可以在夜間行駛，以減少白天道路的擁堵。

長遠來看，我們將實現(xiàn)完全一體化的運輸系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，所有車輛都能相互了解，并且能以一種高效、無事故的方式行駛——唯一的受害者可能是紅綠燈。

不斷前進

很明顯，若要不斷向前發(fā)展，庇護人類的未來，自動駕駛汽車是唯一的方法。車迷和尋求刺激的人可能會在專用車道上找點樂子，因為手動駕駛僅限于摩托車和熱愛賽車人士，或甚至是通過虛擬現(xiàn)實才能實現(xiàn)。

很明顯，若要不斷向前發(fā)展，庇護人類的未來，自動駕駛汽車是唯一的方法。車迷和尋求刺激的人可能會在專用車道上找點樂子，因為手動駕駛僅限于摩托車和熱愛賽車人士，或甚至是通過虛擬現(xiàn)實才能實現(xiàn)。

有一個信任技術(shù)的先例。目前，安全氣囊是一種成熟的技術(shù)，當(dāng)需要的時候，我們才依靠它們來部署，但在撞擊后的關(guān)鍵毫秒里，安全氣囊的操作是完全必要的。對于汽車，我們也應(yīng)該存有相同的信心，尤其是汽車為我們剎車、改變車道，甚至是載著我們在熙熙攘攘的街道上行駛時。

何為功能安全？

為了達到這種程度的信任，汽車業(yè)必須符合ISO 26262行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)。ISO 26262是針對汽車行業(yè)的特定標(biāo)準(zhǔn)，建立在針對諸多行業(yè)安全的通用IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)上。

ISO 26262要求電子設(shè)備在功能上是安全的。這里指的是，需要系統(tǒng)安全可靠地運行而不造成傷害。ISO 26262包含四層關(guān)鍵的安全級別，即汽車安全完整性等級（ASIL）。ASIL A是最低等級，ASIL D是最高等級。ASIL B通常需要定期檢查是否正常運作，而ASIL D要求冗余，且通常通過雙核鎖步來實現(xiàn)——同時使用兩個處理器，并比較輸出，以檢測它們是否一致——如果不一致，那么就采取適當(dāng)?shù)男袆印?/p>

雖然ISO 26262是一個標(biāo)準(zhǔn)，但并非法律強制要求遵守。任何制造商都可以在歐洲銷售汽車，只要他們滿足型式認可的規(guī)定，并獲得合格證書。然而，為了避免組件問題上的責(zé)任，他們必須證明，根據(jù)開發(fā)時的“工藝的技術(shù)狀態(tài)”，設(shè)備沒有任何理論上的故障。這意味著，他們必須采用最為廣為普及和應(yīng)用的汽車標(biāo)準(zhǔn)——ISO 26262便是鮮明的例子。因此，雖然沒有法律要求，但在默認情況下，遵守ISO 26262是必要的，以防止任何潛在的責(zé)任問題或出現(xiàn)意外的錯誤。他們必須確保，所有系統(tǒng)的組件都來自符合安全標(biāo)準(zhǔn)和流程的供應(yīng)商。

不同的汽車部件對功能安全的要求不同

遵守ISO 26262則需要組織內(nèi)具有完整的“安全文化”。達標(biāo)很直接，但堅守準(zhǔn)則需要持續(xù)的努力。它要求安全工作的證據(jù)，以及對硬件和軟件所有決策具有可追溯性。產(chǎn)品必須經(jīng)過技術(shù)安全評估和QA流程的審核。

多年來，汽車制造商的零部件供應(yīng)商并不要求他們的IP供應(yīng)商完成這項工作。相反，他們自己進行了這項工作，并有效地承擔(dān)了責(zé)任。然而，隨著IP設(shè)計的數(shù)量增大及復(fù)雜性提升，SoC廠商要進行這種操作將變得過于繁瑣。ISO 26262已經(jīng)對此適應(yīng)。2011年引入ISO 26262時，它由10個部分組成，第11部分目前正在起草中，涉及IP供應(yīng)商達標(biāo)的要求。對于IP供應(yīng)商，接下來的壓力是將全面承擔(dān)涉及到的工作，而這正是Imagination 目前所做的關(guān)于MIPS I6500-F的工作。

MIPS I6500-F：智能、迅速且安全

發(fā)布于去年的MIPS I6500 - F是Imagination對MIPS I6500在功能安全上的更新。重要的是，除了硬件本身，Imagination還為用戶提供了一個完整的安全工作產(chǎn)品包。我們的工作并非未經(jīng)檢驗。事實上，ResilTech，即遵循國際安全標(biāo)準(zhǔn)的獨立的第三方評估機構(gòu)，已經(jīng)對我們進行嚴(yán)格評估并出具FMEDA安全分析報告。這將有助于用戶滿足ISO 26262的安全要求。

MIPS I6500-F在汽車、工業(yè)機器人和商用無人機等領(lǐng)域提供高性能的功能安全

除此之外，Imagination還可以提供一個安全的咨詢支持方案，幫助用戶將我們的IP集成到SoC中，并在SoC層準(zhǔn)備安全分析，以確保用戶符合ISO 26262。

從硬件角度來看，I6500-F的內(nèi)部安全機制包括：緩存內(nèi)存中的ECC、總線的奇偶性、冗余邏輯以及運行時對LBIST的支持。

I6500 - F與其他功能安全CPU的區(qū)別在于性能。由于其內(nèi)部和外部的異構(gòu)性，它具有高度的可延展性。您可以閱讀更多有關(guān)架構(gòu)體系的文章，但它可以歸結(jié)為，在內(nèi)核、集群內(nèi)以及集群中，它可以靈活地被設(shè)計。SoC的構(gòu)建器將以最適合的方式，在系統(tǒng)中配置CPU、CPU集群和其他加速器，從而根據(jù)需要提供理想的解決方案。

在集群中，只要合適，SoC構(gòu)建器可以配置CPU，使第1級內(nèi)存緩存的大小不同，調(diào)整支持的線程數(shù)量，并選擇是否實現(xiàn)SIMD或FPU。集群中的內(nèi)核甚至可以以不同的電壓和時鐘速度運行，從而使系統(tǒng)達到最高效。設(shè)計者可以選擇一個內(nèi)核組合來滿足高性能、單線程、高效多線程和高效的功率優(yōu)化需求，所有這些都在一個集群之內(nèi)。由于與所有本地第1級緩存共享了第2級緩存和硬件一致性，內(nèi)核之間的任務(wù)傳輸速度加快。

在集群之外，異構(gòu)來自于I6500使用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Amba ACE的一致結(jié)構(gòu)，使之能與其他IP集成，如：專用加速器，包括用于圖形的加速器。

從本質(zhì)上講，I6500的總體異構(gòu)架構(gòu)適合于新興的智能應(yīng)用程序，如AI，通過專用加速提高效率至關(guān)重要，可以確保有效的性能。

多線程和虛擬化

MIPS架構(gòu)目前是唯一的嵌入式CPU IP，可以提供硬件多線程，支持四個線程，且能夠在每個時鐘周期內(nèi)同時運行兩個指令。當(dāng)開發(fā)人員優(yōu)化應(yīng)用程序來使用這個功能時，將啟用一個附加的并發(fā)線程，使單線程內(nèi)核的性能提升40%。

在I6500 - F中，SMT在單線程內(nèi)核中的平均性能提升了40%

多線程的優(yōu)勢不僅僅是理論上的：用戶如Mobileye和其他許多用戶都報告了實際的結(jié)果。Mobileye使用多線程，在用于全自動駕駛汽車處理系統(tǒng)的EyeQ4?和即將發(fā)布的EyeQ5?中進行控制和數(shù)據(jù)管理。

此外，在I6500 - F中支持硬件虛擬化，使CPU可以運行多個分區(qū)來保護數(shù)據(jù)，這可能在全自動駕駛汽車中至關(guān)重要。

I6500 - F的獨特之處在于，它是“獨立安全單元”(SEooC)。意思是，這是可重復(fù)使用的IP，而不是只處理一個特定的客戶解決方案，它可以與任何需要功能安全的系統(tǒng)一起工作。因此，I6500-F被認為是SoC ASIL-D的一部分。

一個典型的例子是汽車視覺公司Mobileye即將發(fā)布的EyeQ?5 Mobileye。

這不僅大大簡化了汽車用戶獲得所需安全層級的任務(wù)，而且還能更有效地達到這個目標(biāo)。

性能與安全的結(jié)合

有了MIPS I6500 – F，Imagination為安全關(guān)鍵的空間引入了一個獨特的選項。當(dāng)其他IP供應(yīng)商只能夠提供功能安全的CPU或高性能的嵌入式CPU時，I6500 – F則可以同時兼顧安全和性能。我們將這種新型的嵌入式、高性能、功能安全的CPU稱為“FortifAI”處理器，它將能夠滿足FuSa兼容系統(tǒng)復(fù)雜的需求，領(lǐng)域橫跨汽車、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、機器人技術(shù)和其他新興安全關(guān)鍵應(yīng)用程序。

這足以證明I6500 - F的實力。Mobileye等用戶已經(jīng)在下一代EyeQ5 SoC中部署了CPU。這將加強對2020年全自動駕駛汽車的了解，至少對一些人來說，這將標(biāo)志著我們童年夢想的全自動駕駛汽車從幻想變?yōu)楝F(xiàn)實。