ARM中国舒杰：软件定义汽车的计算架构和技术

6月29日—30日，由盖世汽车主办的“2021中国汽车半导体产业大会” 隆重召开。本次会议主要围绕中国车企缺芯现状、供应链国产化安全建设、车载芯片平台的搭建设计、自动驾驶、智能座舱领域的芯片需求和应用案例、功率半导体在三电中的应用以及芯片测试和功能安全等话题展开讨论，共谋产业未来发展之路。下面是ARM中国汽车市场高级经理舒杰博士在本次大会上的发言。

ARM中国汽车市场高级经理 舒杰博士

大家上午好，我叫舒杰，在ARM中国负责汽车生态。很高兴今天以IP公司的身份给大家做一个分享。我今天的主题是软件定义汽车的计算架构和技术。先给大家介绍一下ARM，有些小伙伴可能会问ARM芯片怎么样，其实我们自己是不直接做芯片的，而是把IP卖给客户，然后我们的客户去做芯片。

在半导体行业买IP做芯片是非常常见的商业模式，所以大家可以认为ARM是承担了芯片公司的一部分研发工作，比如客户会把CPU、GPU、ISP等交给我们帮助他们设计，他们再把这个设计拿过去放到他们的芯片里面，再把整颗芯片设计出来。ARM做的芯片IP可以满足客户不同的应用，从IP角度来说，我们给客户带来了很大的灵活性，也给了他们很大的设计自由度。除了做IP产品以外，ARM也在维护一个很大的生态，这也是我在ARM中国做的事情，我参与的是汽车生态的维护工作。

对于生态来说，我们是为了方便客户从生态当中受益，更好的把他们的产品做好或者把他们的产品应用做好。目前我们在全球有接近2000个授权，客户有530多个，现在全球基于ARM技术的芯片出货量累计超过了1800亿片，光去年一年有237亿片，这些都是我们客户的芯片。

再看一下汽车，其实ARM在汽车方面启动也比较早，从1994年就开始了与汽车有关的工作。从图中可以看到，里面列出了很多IP，适合现在智能网联汽车里的不同应用，比如IVI仪表、信息娱乐系统，还有ADAS、 传感器和底盘等。对于IVI和ADAS，目前在这块应用的SOC超过60%都是基于ARM技术的。ADAS就不用说了，如果大家做芯片应用或者从车厂、Teir1那边来，大家熟悉的TI、瑞萨、恩智浦、安霸等，他们都是用ARM的技术，他们的芯片里面都有用到ARM计算核心。传感器和车身的应用，大家都知道过去几个月以来这块的芯片特别短缺，里面也可以使用到Arm的M核等系列。

对于ARM在汽车行业的客户，现在15家顶级的汽车芯片厂商都是我们的客户，而且ARM一直在培养自己新的客户，我们也在支持本土的芯片玩家做汽车用的芯片。从2021年来看，每辆新车里面平均会有18个ARM处理器，包含从IVI到ADAS到Sensor等等的应用。ARM也一直专注于功能安全，算力可升级和协同性，这块是可以帮助汽车产业去做数字转型的。比如说自动驾驶里带功能安全的SOC里面，都有ARM的计算核心在里面。现在也强调信息安全，ARM也会有端到端已经被验证过的信息安全方案。

前面是公司大致的介绍，回到今天的主题，主要涵盖三个部分：软件定义系统；软件定义汽车和电子电气架构；软件定义汽车的计算平台。

提到软件定义系统，大家会说到底什么是软件定义？一想到软件定义这个词，大家第一想到的就是要硬件抽象，需要软件要独立于某个芯片，某个操作系统，某个车型，让它根本不受硬件的影响。当然软件定义是基于SOA面向服务架构方式开发的，让服务可以单独交付，也可以单独发布和订阅，当然也可以做服务的管理。

怎么样使能软件定义系统的开发模式呢？第一种是通过虚拟化和容器技术，从单一硬件平台上面抽取软件服务。第二种是通过实时总线，从分布式硬件当中抽象软件服务。

目前主要软件定义的应用还是数据中心当中，里面会有软件定义的计算，软件定义的网络，软件定义的存储。数据中心的技术支撑有：容器技术，虚拟化技术，企业级操作系统等，这些都是使能软件定义数据中心应用的。

将来软件定义会拓展到边缘应用，像软件定义的汽车，软件定义的工业自动化系统，这两部分也会有相应的技术支撑，比如说异构计算平台，这是需要软件定义汽车用到，还有用于安全的操作系统，实时的操作系统，实时的程序管理器，这些都是满足将来软件定义汽车，软件定义工业系统应用的技术。

再看一下软件定义汽车和电子电气架构。就自动驾驶来说，它其实是软件定义或者软件驱动的，一架波音787梦幻客机里面有1400万条代码，那么一辆汽车的自动驾驶功能可能需要上亿条代码。可以看到左边是传统分布式架构，中间是目前已经出现的技术架构。昨天我听了高通的演讲，他们的芯片确实在座舱域控制器里面有很多项目在做。我们看到对于域架构的应用，首先是座舱，还会有车身控制器，而自动驾驶和其他域相对来说会慢一些，但是逐步也会有新的产品出来。

将来的发展，汽车会往中央化架构发展，中央化架构里面会有车载高性能计算机。除此以外，它会通过以太网跟边缘模块连接，这种边缘模块是带算力的，你可以把它当做边缘网关来考虑，它可以接传感器和执行器来实现车的控制。今年上海车展我看国内Teir1也展示了类似的中央化架构。从趋势来看，大家都会提到用什么样的计算平台来满足中央化架构的计算，这是大家最关心的，因为目前还没有真正量产且特别适合中央化架构的计算平台。当然，随着E/E架构的发展，车会越来越像行驶在轮子上的数据中心。

前面提到了要做软件定义的系统，那么ARM是怎么做的呢？我们从三个方面来实现软件定义的边缘节点。首先，我们在生态系统和全局信息安全方面有一些工作在做，比如说平台标准CASSNI、认证的项目PSA。第二个是软件定义系统里的芯片IP，我们会有设备端的IP，当然也会支持异构系统的产品IP组合。第三个是跟生态伙伴合作，像开源社区或者商业软件提供商等，一起做一些方案。比如针对软件定义汽车应用，我们会做数字座舱解决方案，也会做ADAS或者自动驾驶有关的解决方案。

具体来看，通过平台标准或者生态标准驱动的策略是什么样的。大家看到这是CASSINI项目。软件定义应用在CASSNI当中会有持续的应用，就是说云原生的体验一定要好，我们通过它来满足软件定义汽车的应用。

PSA，这首先在IoT里面应用的。信息安全对于车来说会有额外的要求，所以我们在PSA里会提供最佳的安全实践和基于标准的API，让基于信息安全的准则可以很方便地在车上使用，这是PSA认证的目的。我们还有System Ready项目，它定义了架构标准和流片前的合规计划，以确保操作系统和虚拟机管理程序在汽车芯片上的可移植性。就是说在芯片流片之前做相应的认证工作，来确保这个芯片出来以后，可以移植现在市面上已经用过的程序管理器或者操作系统。当然这边还会提到具体的解决方案，解决方案里面会有软件的标准，也会有开源的软件栈以及跟相应商业软件公司做一些解决方案，来帮助软件定义汽车的实现。

前面是基于ARM生态标准做的一些解决方案。那么ARM核心产品是哪些呢？一方面针对汽车会有AE的IP，我们叫做汽车增强型IP。另外，针对汽车应用会有“安全就绪”计划。对于我们的AE产品，本身里面所有的IP都是专门给汽车应用设计的，而且里面很多特性也都是为了将来车可能需要的应用拓展。在里面我们会做分核锁步技术，满足功能安全要求，本身锁步结构对软件来说是透明的，这样大家在软件上面花的精力就不用太多。当然我们现在也在不断拓展更多的IP产品，来满足车上的应用。

再讲一下“安全就绪”计划，这是一个多年的项目，它的目标是减少客户设计投入，加快他们的部署，让客户能把芯片尽快做出来。我们本身产品有些IP是过认证的，从这个角度来看是可以帮助客户更加容易或者更快地过功能安全认证。国内如果想做一个给车使用的产品，功能安全认证时间非常长，但是如果本身有IP支持的话，会方便大家过这个认证。我们的IP产品本身也是放在Safety Ready里面。

Cortex-A78AE是我们V8架构下面最后一款车规CPU，它比上一代有30%的性能提升，而且可以满足各种工作负载要求，也支持功能安全ISO26262。

如果要创建一个软件定义的解决方案，首先离不开生态系统和合作伙伴，合作伙伴就包含了芯片客户、开源社区、商用软件提供商、自动驾驶技术提供商、行业联盟。第二个是软件平台和工具，有标准平台架构、开源开发平台、商用开发平台、中间件基于应用支持的玩家，基于标准的工具和开发环境其实也是离不开的，没有这些很难把芯片方案做好。最后是跟计算核心相关，我把它列为系统架构来看。除了CPU大家比较了解，很多芯片玩家也会提XPU，就是CPU以外数据处理的应用，比如说ISP、VPU、DPU，这些都属于XPU范畴，这些也需要在系统架构里面。这个系统架构是给车用的，所以也离不开功能安全和信息安全。因为是软件定义汽车，所以也离不开OTA。

这边的计算核心不仅仅有实时MCU，也有单线程高算力的大核CPU，还会有多线程的CPU。对于加速器部分，机器学习肯定是需要的，客户还需要用到GPU做计算机图形计算，辅助计算，这在系统架构里面也是需要考虑的。

第三部分是计算平台，给软件定义汽车用到的计算平台。因为前面提到了，我们的生态要有不同的玩家来参与，但是真正要做一款芯片，如果基于ARM解决方案，这里有Mali-G78AE、NPU、Mali-C71AE，基于ARM解决方案还有一个非常重要的就是会有安全岛。除此之外，还有信息安全部分，我在介绍前面的内容时提到了信息安全，ARM V9架构CPU对信息安全会有很大性能的提升。除了这些IP以外，其他都是第三方小伙伴提供的IP。

这边我拿到一个例子，英伟达芯片在过去一年被大家关注特别多，这张图片来自于他们的官网。首先看左边的计算平台，里面提到芯片本身是支持中央化架构的，也可以支持软件定义汽车，跟自动驾驶也有深度的联合。还有它本身支持容器化，也支持功能安全和信息安全。下面很多logo就是各个公司在里面，这颗Orin的芯片已经被这些公司选作下一代的计算平台芯片。

前段时间英伟达发布了2025年量产的Atlan芯片的概念设计，里面保留CPU、GPU、加速器、安全岛，但是多了Bluefield（智能网卡），我是第一次从公开的概念SOC里面看到公司把这个技术放在汽车SOC里面。

这里我拿了小鹏汽车创始人的新闻采访，应该说他也说出了很多车厂和Teir1的心声。他说芯片越少意味着成本越来越便宜，算力越来越强，管理越来越简单。许多公司在研发芯片，但五年之后这些产品是否还存在？是否被其他产品整合都存在未知。

最后给大家总结一下，如果给将来软件定义汽车系统来使用的话，其实我们是需要有类似于现在数据中心的解决方案。ARM基于带功能安全的计算技术，可以助力软件定义汽车实现。ARM软件和硬件合作伙伴是可以帮助开发者实现软件定义的应用，因为他们有很多工具和解决方案都可以帮助到大家。我的演讲内容就是这些，谢谢大家。