汽车行业正在经历翻天覆地的变革与转型。如今，汽车本质上已经成为了“车轮上的计算机”，是人们拥有的最为复杂的技术设备，其现在与未来的功能将由背后的电子系统来定义。

它的复杂性不断被人工智能(AI)的繁荣发展和呈指数级增长的软件带动提升，而这些正定义了软件定义汽车(SDV)。同时它也对性能、效率、安全性及可靠性提出了更高的要求。

1 汽车市场的基础计算

为了满足这些需求，并加速汽车开发和部署，推出了全新的硬件和能在开发伊始就可使用的相应软件支持。其中关键的组件是一系列全新的前沿硬件IP，提供专为汽车应用打造的AI加速边缘计算。这系列的硬件IP丰富了汽车增强(AE)IP的产品组合，使其达到空前的产品规模，为全球汽车SoC设计厂商提供出色的性能、低功耗、安全性、可靠性、可扩展性和灵活性。

新增的^® AE IP产品组合包括专为汽车市场设计的全新服务器级Neoverse™ CPU、两款全新Armv9-A CPU、一款全新的 Cortex^®-R CPU，和一款全新的图像信号处理器(ISP)。该产品组合还提供重要的系统IP，涵盖适用于各种SoC解决方案的互连、通用中断控制器(GIC)和内存管理单元(MMU)。

依托这些产品，Marvell、MediaTek、NVIDIA、恩智浦半导体、瑞萨电子、Telechips、德州仪器等业界领先的厂商将开发出新型计算系统、技术和设备，范围涵盖从区域控制器、到数字化座舱和车载信息娱乐(IVI)系统，从先进驾驶辅助系统 (ADAS) 到由 AI 持续演进推动的自动驾驶。

除了全新IP，我们还投入制定了专为汽车设计的Arm计算子系统(CSS)路线图，以满足汽车中不断增长的计算需求，使我们的合作伙伴能够更快地开展项目，行动更为敏捷，并实现更好的总拥有成本（TCO）。

为了支持新的Arm AE IP，Arm携手合作伙伴推出一系列专为特定汽车功能设计的虚拟平台, 其中部分产品已经面市。合作伙伴可将基于这些虚拟原型的现成设计轻松部署到汽车开发中，也可根据需求进行定制化。这可与众多汽车合作伙伴针对各式SDV应用提供的全栈软件解决方案相互协作。凭借这一整套的支持，汽车工程师和开发者无需等待芯片就绪就能更轻松便捷地在搭载Arm AE IP产品组合之上，进行创新和构建计算解决方案，由此缩短多达两年的开发周期。

2 针对多样化用例优化的可扩展

早在2020年，Arm就推出了Cortex-A78AE和Cortex-A65AE CPU，并得到了汽车行业的广泛采用，目前正在进行中的设计项目超过25个。我们的合作伙伴将 Cortex-A78AE应用到各类用例中，首个用例现已进入量产阶段。在这个成功经验的基础上，Arm能够与重要的合作伙伴进一步展开交流与合作，了解他们对未来CPU设计的期待。

在这些交流中，我们不难发现，除了加快上市进程、优化总体拥有成本，以及提高灵活性，以便复用软件的投资等方面的需求，合作伙伴对提高汽车算力和性能水平的呼声越来越大。鉴于Arm Neoverse技术能够满足服务器市场需求，我们决定将 Neoverse CPU引入Arm AE IP产品线，打造一款具有汽车专用功能的全新CPU。

Arm Neoverse V3AE专为需要超高单线程性能的高端ADAS和自动驾驶等用例而设计。我们的工程师团队在Neoverse V3设计中添加了包括瞬时故障保护(TFP)在内的关键AE功能，以支持专为功能安全设计的应用。Neoverse V3AE采用部署于新型云和数据中心设计中相同的底层CPU性能和指令集架构(ISA)，以满足汽车应用中不断增长的计算需求。得益于当前云端环境与下一代SDV拥有相同的ISA，汽车合作伙伴能利用云计算资源作为其整体软件验证的一部分。

我们还推出了两款全新的 Arm AE Cortex-A CPU，在性能和功耗上针对各种SDV用例进行不同的权衡。这两款AE Cortex-A CPU与Neoverse V3AE都基于Armv9-A架构打造，是我们首次将 Armv9-A 架构引入汽车应用， 因此具有内置安全功能，并增强了计算能力，可处理AI领域出现的各种数据类型。

Arm Cortex-A720AE锁定了ADAS、智能座舱和IVI等需要在更高性能与更高能效之间取得平衡的用例。我们的工程团队在“大核”Cortex-A720 CPU添加了关键AE功能，例如增强的分核- 锁步(Split-Lock)、可选的瞬时故障保护(TFP)和增强的软件测试库(STL)。在智能手机等广泛使用的消费电子设备中，Cortex-A720是许多SoC的核心支柱，与上一代的Cortex-A78AE相比，Cortex-A720AE 的可持续性能显著提升（即在相同功耗预算下性能更高）。在点云变换和鸟瞰图等感知基准测试中，我们将汽车相关工作负载从Cortex-A78AE迁移到Cortex-A720AE 后，我们发现其性能提升了 30%。我们将继续与合作伙伴合作，探究该性能提升对其关键汽车工作负载的指标意义。

Arm Cortex-A520AE锁定了那些特别注重高效处理计算工作负载的多样化汽车用例。这对于ADAS用例尤其重要，因为此类用例未对已知的视觉处理要求进行功耗优化。“小核”Cortex-A520AE可以实现以前CPU设计的大核工作负载，因此无论是在异构SoC（大小核混用），还是作为主处理器，Cortex-A520AE 都能发挥至关重要的作用。

通过Arm DynamIQ™ Shared Unit (DSU-120AE)的全新AE版本将Cortex-A720AE与Cortex-A520AE进行CPU集群配置，可实现更灵活、可扩展的异构SoC设计。DSU-120AE 在单个集群中支持多达 14 个核心，并可支持 Cortex-A720AE 和Cortex-A520AE成对混用。

3 汽车实时计算

虽然应用处理器通常是汽车SoC的核心支柱，但汽车制造商仍需满足对于汽车市场至关重要的安全和实时计算的要求。

多年来，Arm的合作伙伴一直在设计结合应用处理器和实时核心的SoC。这些实时核心通常作为分隔的安全岛，既用于监控应用处理器，也用于支持SoC执行实时计算任务，例如通信、系统管理和汽车作动。此外，Arm Cortex-R52和Cortex-R52+ 已成为安全岛的汽车行业标准，目前有超过20个基于这两款处理器正在进行的设计项目。

我们新推出的新一代Arm Cortex-R82AE，首次将64位计算引入到实时安全处理。Cortex-R82AE可支持更高性能的安全岛设计，在64位内存空间中实现与应用处理器核心无缝集成和交互。它还支持传统的实时计算用例和部分多功能操作系统（RichOS）工作负载。

4 满足未来的汽车视觉

搭载摄像头的ADAS系统已被多家车企广泛采用。从单摄像头自动紧急刹车系统(AEB)到多摄像头 L2+ADAS，视觉系统在不断增加自动驾驶功能，使汽车的安全性进一步提高。

Arm在开发ISP方面拥有丰富的经验，目前上路的数百万辆汽车正在使用我们这一代的ISP产品（ArmMali-C71AE和Mali-C78AE）。Arm Mali™-C720AE是我们针对视觉系统的不同用例开展一项长期研究项目后开发的全新ISP，这些视觉系统大致分为“人类视觉”和计算机视觉(CV)。人类视觉对应的摄像头系统负责处理符合人类观看要求的图像，此类图像通常色彩鲜艳逼真、边缘锐利，且其像素错误经过校正。然而，CV算法对输入数据的处理方式全然不同。这意味着当前图像通常是分开处理的，要么通过不同的 ISP，要么对ISP进行串行重新编程。

为了应对这一挑战，Mali-C720AE支持多个并行管线，并针对人类视觉和 CV 用例的需求进行对应的调优。这有助于减少处理图像的时间，加快计算系统的整体反应速度。多个ISP流水线还可减少内存使用量，进而节省SoC功耗和面积。

此外，通过Mali-C720AE ，合作伙伴可在不影响功能安全的前提下，根据具体需求灵活地添加或移除处理模块，以达到面积平衡的效果。最后，借助可微分的ISP模型，Arm的汽车合作伙伴能以更快的速度、更优异的成本效益和更高的性能水平，为计算机视觉应用调优图像质量。可微分的加速ISP模型将作为独立的软件产品提供，合作伙伴可在芯片就绪前就开始进行软件开发和图像质量调优，以加快上市进程。

5 使用系统IP和开放标准打造SoC解决方案

除了新增的CPU和ISP之外，我们还在Arm 产品组合中新推出关键的可配置系统 IP 组件，助力我们的合作伙伴成功实现快速地成功设计 SoC。其中包括我们具有安全功能版本的最新互连和GIC技术。

ADAS、自动驾驶和数字化座舱用例需要采用新型高核心数的系统。Arm为Neoverse S3(CMNS3AE)系统IP提供的一致性网状网络中添加了“AE”功能，以实现增强的功能安全特性。CMN S3AE还支持单芯片超过64个核心数的配置，以及可作为芯粒实现的一致性多芯片设计。

横跨所有的汽车计算系统中，支持安全功能的片上网络 (NoC)互连技术通常是必备的组件。我们在高度可配置的NoC产品(NI-710AE)中添加了一系列安全特性，为此，合作伙伴能在完整的安全微控制器 (MCU)或是大型SoC中的安全关键型子系统和安全岛的基础上，自由构建所需的系统。

多处理器系统需要在核心之间共享中断，以支持丰富的操作系统能进行资源管理并实现虚拟化。GIC-720AE将上述的安全特性引入到我们的GIC IP，并与全新的Arm AE CPU产品保持一致。

Arm一向拥护开放标准，因为这有助于庞大生态系统中的合作伙伴在使用Arm AE IP设计时能够蓬勃发展，同时还能提高可移植性和软件复用率。一个典型的例子是在Arm与Arteris的合作，在这个合作中，Arteris通过使用Arm全新的CPU IP验证了他们的互连产品（NCore和FlexNoc）。近期，双方针对AMBA5 CHI.E标准进行Arm CPU和Arteris Ncore的组合验证。这项验证为生态伙伴采用Arm IP组合来构建其特定专用的SoC解决方案增添信心。

6 增强的安全和保护

安全和保护是汽车计算用例的根本。两者紧密关联，设备的安全保护会影响计算系统的安全，并最终影响汽车的安全。随着越来越多的汽车成为联网设备，其威胁模型也逐步趋向于类似消费电子设备的常用威胁模型。汽车行业面临的挑战是，恶意行为者不再需要物理访问车辆即可获得控制并造成危害。

Arm已处在移动设备信息安全的前沿。通过与设备制造商和主流操作系统供应商的密切合作，Armv9-A架构融合了针对内存安全违规、控制流劫持和缓冲区溢出攻击的缓解功能，其中包括指针验证和分支目标识别(PACBTI)以及内存标记扩展(MTE)。这些功能通过全新Arm AE CPU引入到汽车应用。

新兴的行业标准正在定义汽车的开发和部署方式。这不仅包括相关的信息安全特性，还包括针对电气/ 电子(E/E)汽车系统开发、生产、操作、维护和停用的信息安全风险管理要求。为此，车企需要了解自身和供应商使用的所有产品的信息安全开发流程，这便影响了供应链。Arm已经拥有健全的IP开发流程，为了进一步支持汽车合作伙伴及整个汽车供应链，我们正在为合作伙伴提供用于信息安全评估的文档。

各种汽车用例正在不断发展，所需要的功能安全也大相径庭。无论我们的合作伙伴针对SoC中不同处理元件的需求是达到ASIL B等级还是完整的ASIL D等级，Arm AE IP产品组合能为他们提供了一组更丰富的选项。这与包括STL和SystemReady在内的Arm免费软件资源相结合，可实现广泛的功能安全特性，并针对汽车计算系统所需的安全功能优化性能、功耗和面积(PPA)。

7 塑造未来汽车计算的方向

Arm AE IP产品组合的新增成员将驱动并增强新一代汽车。Arm与包括出行服务企业、新型和传统车企、一级供应商和芯片供应商在内的整个汽车供应链密切合作，利用新技术创新打造优化的产品，专为满足汽车市场对核心和不断演进的计算需求。

从AI驱动的新型先进计算工作负载和软硬件用例，到增强的安全和保护功能，我们提供的整套技术绝佳地应对了汽车行业正在发生的巨大转型。凭借着领先地位、持续的合作伙伴协作以及长期的重点关注，Arm 技术是未来汽车计算的基石。

（本文来源于《EEPW》2024.4）