互联汽车面临新挑战

联网汽车的关键在于便利和安全。现代汽车通过无线网络、消费者应用程序和信息娱乐系统连接到互联网，目前正在进行通过5G连接到引导驾驶的工作。但是，在芯片和系统的整个预期生命周期内，要使所有这些工作都安全、安全地、并如预期的那样工作，也存在挑战。

其目标是提高安全性和娱乐性。与V2X此外，如果车内有儿童被遗忘，车内监控系统会发出警报。还有一些新的应用，比如传感器可以帮助车辆检测车辆周围的物体，而不仅仅是前方的物体，以及远程控制空调系统。

最终目标将是联网的自动驾驶汽车，但这可能还需要几年时间。不过，实现这一目标仍有动力。美国交通部表示59.2万起车祸，27万人受伤美国交通部联网汽车项目正在与当地交通机构、汽车制造商和设备制造商合作，推进联网汽车的发展。

这是一项涉及多家公司、机构和学术研究的重要工作。联网汽车需要复杂的电子设备和软件。随着越来越多的电子元件被添加到汽车上，设计过程已经变得极其复杂，而且这种复杂性还在继续增长。此外，它还提出了一些没有明确答案的问题，包括:

• 芯片的性能(包括老化因素)将如何影响性能?
• 有一些芯片一直在，对功率的影响是什么?
• 安全问题是什么?
• 设计定制将如何改变供应链?

图1:联网车辆是未来智能交通应用的一部分。来源:下一个曲线

车里有更多筹码
为了最大限度地提高道路安全，越来越多的传感器被添加到车辆设计中。在自动驾驶汽车原型中，还有更多。例如，第四代Waymo拥有19个独立摄像头，两个雷达传感器，短、中、远程激光雷达传感器，以及一个GPS。它们都同时向控制处理器提供信号。但是，设计必须同时考虑使用高性能处理器和低延迟传感器的所有输入，而不是优先考虑信号馈送，以做出最佳决策。

Tensilica音频/语音dsp产品营销和产品管理总监Prakash Madhvapathy表示:“传感器融合的数据流不能被取消优先级节奏．“真正的传感器融合要求在进行融合时，所有传感器数据都能以最低的延迟提供。只有这样，传感器数据才能正确融合。如果一个或多个传感器输入由于各种数据路径的优先级划分而延迟到达，则该数据对于适当的融合来说太迟了，也可能被丢弃。在这种情况下，根据传感器输入的优先级不同，传感器融合功能可能会限制自己的范围，降低性能，或者完全失效——例如在参考传感器数据不可用的情况下。”

权力配置文件
当发动机关闭时，并不是所有的电子设备都完全关闭。有些会在低功耗模式下监控某些功能，比如远程门锁控制。大多数电子产品的功耗都在微瓦范围内。

Madhvapathy说:“如果汽车关闭，大多数芯片和功能将无法使用，也将关闭。”“为了安全或用户方便，一些芯片可能会一直开着，比如检测留在热车里的婴儿，或者基于面部或指纹识别来解锁汽车。但是，与汽车电池容量相比，一个设计良好的、永远开机的系统所消耗的电量微乎其微，它不会影响驾驶功率。电池消耗不是问题。永远开机的功能只会让电池一点点耗尽。软件可以监控电池电量，如果电池电量低于制造商设定的阈值，就会关闭一直开机功能。”

虽然这对芯片制造商来说似乎是显而易见的，但对汽车原始设备制造商及其供应商来说却是一个巨大的变化。

汽车软件和安全解决方案架构师克里斯·克拉克表示:“汽车设计不再局限于机械方面。Synopsys对此．“电子和软件组件同样重要。毕竟，软件风险等同于汽车制造商和原始设备制造商的业务风险。因此，在设计汽车时采取全面的方法是很重要的。汽车内部有不同种类的芯片控制各种功能，包括在汽车处于“关闭”状态时运行引擎和电源管理，这意味着电源永远不会100%关闭。由于这种始终开启的状态，测试是确保安全性、安全性和可靠性的一个非常重要的方面。系统需要在这些条件下进行测试，以防止威胁行为者。当然，这还包括其他类型的测试，例如功率和热循环测试，这些测试对于清除可能影响预期性能的边缘组件和磨损非常重要。软件很少被完全重置。例如，可能没有检测到内存泄漏。 In short, the electronic designs for cars need to go through extensive modeling and testing to prevent problems from occurring down the road.”

老化
随着芯片的老化，性能可能会受到影响。受影响的一些功能不太重要，但目标是减少这种影响。这对于关键安全功能尤其重要，如制动系统和ADAS功能，几秒钟的延迟可能导致事故。

“随着芯片年龄的增长，性能将会下降，”微软自动驾驶和ADAS高级主管David Fritz表示西门子数字工业软件．“因此，监控这些变化的行为以确保车辆的安全和整体性能非常重要。如今，越来越多的高清摄像机被用于三级及以上自动化，性能下降成为一个重要问题。例如，高分辨率相机的规格是每秒30帧。当由于性能下降而只有29帧每秒的性能时，需要检测和处理这个问题。如果是软件错误或缺陷，可以使用无线更新来修复。但如果是硬件问题，汽车可能不得不被送回经销商那里进行硬件更换。”

汽车芯片在引擎盖下工作的温度非常苛刻。为了可靠地工作，用于汽车设计的芯片必须在-40°C至+105°C的温度范围内工作，这比那些温度范围为-40°C至85°C的商业级芯片要求更高。碳化硅(SiC)芯片的发展势头越来越好，因为它们可以在600°C的范围内工作。除非用于汽车操作的芯片可以在极热或极冷的环境下工作，否则它们的老化速度会快得多。

Cadence公司Tensilica Vision & AI dsp产品管理和营销总监Amol Borkar表示:“功耗也与发热有关。“虽然电池+交流发电机的汽车动力单元应该为这些芯片提供足够的能量来轻松运行和执行算法，但许多芯片设计师也选择有效利用内部的IP块。由于许多芯片处于“零气流环境”，散热可能成为一个大问题。使用散热器是不可取的，因为它会影响最终产品的形状因素，并使集成到微小的东西变得困难。例如，在头部单元中没有空间添加散热器。这就是为什么dsp是这些应用程序的首选。”

安全
联网和数字化的车辆增加了网络风险。网络或服务器运营有专业的网络安全团队，可以24小时监控威胁活动，但大多数车主不会关注潜在的攻击。黑客一直在寻找设计漏洞，以便窃取信息和/或破坏操作。设计安全系统以防止针对汽车的网络攻击完全落在了汽车制造商的肩上。

奥迪公司技术产品经理Thierry Kouthon表示:“只要车辆联网，它们就容易受到攻击。Rambus安全．目标包括USB端口、Wi-Fi和任何信息娱乐系统。通常，恶意软件很难检测到，因为大量的ecu和计算设备造成了广泛的攻击面。任何计算设备都可能成为攻击的入口点。最好的方法是预防，建立严格限制加载恶意软件机会的机制。在车辆组件的系统设计阶段，系统中的每个计算设备都使用信任根来执行零信任原则。零信任方法依赖于要连接的设备的强身份验证和认证。”

有些是内置的ISO 26262，涵盖汽车功能安全，以及ISO / SAE 21434，旨在解决道路车辆的网络安全问题。“在设计系统时，始终将网络安全作为构建模块的一部分，而不是在设计完成后才考虑，”Kouthon警告说。“对于原始设备制造商来说，掌握这种安全知识非常重要。幸运的是，当原始设备制造商需要帮助时，他们有这些领域的专家咨询师。”

可能的攻击载体的列表正在增长，但随着数据的价值、数据的可访问性以及勒索软件支付的可能性的增加，攻击者也变得更加复杂。

宝马汽车安全产品营销经理Thomas Kuehnle表示:“高级持续性威胁(APT)、中间人、侧通道、篡改、间谍软件、勒索软件和特洛伊木马等威胁和攻击无处不在。英飞凌科技．“这种恶意软件可以进行攻击，也可以在汽车操作系统或固件中休眠，等待造成破坏。使用内部汽车网络的通信或外部无线通信，如汽车访问、电动汽车充电、电动汽车移动和OTA固件更新都可能成为目标。因此，对于车辆中的电子设备来说，采用面向系统的安全方法至关重要，硬件和软件都要提供网络安全支持，以防止威胁行为者控制车辆。在自动驾驶水平不断提高的过程中，安全将变得更加重要。”

功能安全
安全性是功能安全的一个方面。但是汽车内外的各种系统需要被设计成功能安全系统的一部分。

Accellera的功能安全工作组主席Alessandra Nardi说:“在电子设计中，在性能、功耗、包装尺寸、可靠性、安全性、用户友好性和成本之间不断进行权衡。”“安全往往是事后才考虑的。偶尔，我们会听到汽车市场上的召回消息，这往往会让每个人都感到担忧。如今，汽车里有越来越多的电子产品。推进、ADAS、娱乐、刹车和安全气囊展开都由电子设备控制。除此之外，还有多个传感器将数据输入汽车的电子控制器，以协助安全驾驶。这就是为什么，首先，考虑汽车设计的功能安全方面是如此关键。诸如ISO 26262和IEC 61508等安全标准，以及Accellera Systems Initiative和IEEE正在制定的安全标准，可以在设计和验证过程中发挥重要作用，提高人们对严格应用最佳实践的信心。对于全自动驾驶来说，安全性更加关键。

定制化和供应链
传统上，oem依赖于Tier 1、Tier 2或芯片制造商为汽车提供大部分电子和芯片解决方案。由于电子产品的复杂性，原始设备制造商现在正在进行更多的系统设计、建模和仿真。在这个过程中，他们发现了新汽车设计所需的功能。因此，原始设备制造商现在要求定制解决方案来满足他们的需求，而不是依赖供应链的建议，这是典型的做法。

这种模式的转变使原始设备制造商能够占据主导地位。

“定制在汽车设计中非常重要，”西门子的Fritz说。“几乎所有oem /汽车制造商都计划为他们的下一代汽车定制电子设计。传统上，芯片制造商会向原始设备制造商提供现成的解决方案，并通过一级或二级供应商提供参考设计。这种情况正在改变。从设计仿真和建模中学习，OEM现在了解他们的设计需要哪些高度特定的功能，并要求芯片制造商提出符合OEM要求的解决方案。新的趋势是定制的负担从OEM方转移到芯片制造商或新的内部IC团队。”

这为芯片制造商提供了类似于可能性路线图的东西，提供了下一步的一瞥，以便他们能够适应未来的变化。Fritz称:"一些芯片制造商将目光放得更长远，预计oem厂商未来几年的需求。"“例如，如果一项设计只专注于3级自动化，那么当需要完全自主的5级自动化时，公司必须开发一个全新的设计来满足客户的期望。这可能是相当昂贵的。相反，芯片制造商可以创建一个可扩展的5级解决方案，但只在其中填充3级所需的芯片组，以满足OEM的短期需求。用5级芯片组来升级3级芯片组比做一个全新的、多年的设计更具成本效益。”

未来
随着越来越多的电子产品被塞进联网车辆内部的小空间，影响性能、可靠性和安全性的因素也在增加。这包括从功率配置到安全的方方面面，还涉及到一个供应链，随着越来越多的自动驾驶汽车开始在世界各地的道路上出现，供应链将继续被修改和改变。

随着车辆之间的联系越来越紧密，车辆内外的情况也在发生变化。从信息娱乐和分析到软件更新，将会出现涉及大量数据的问题，这将带来新的问题，也会带来新的机遇。数据将存储在哪里?谁拥有这些数据?谁应该被允许查看这些数据?所有这些都还在发展中，这些问题还需要时间才能完全确定，更不用说解决了。但在此过程中，车辆仍然需要安全、可靠，并且需要按预期运行。对于芯片行业来说，这应该会让每个人在未来几年都很忙。