智能駕駛安全閉環：新思科技從IP到SLM的端到端防護策略

現今的汽車已變身移動計算平臺。它們不僅能載我們去雜貨店，在引擎蓋下和車身各處，還靠著傳感器、執行器等邊緣設備，快速融合多模態數據。

現代汽車的安全性遠超以往，但如今一輛車可能裝有一千到三千個芯片，一個傳感器發生故障，就可能釀成危險。

汽車安全早就不只是依賴可靠的安全帶了。下面是現代汽車功能安全的五個關鍵要點。

安全源于行業合作

沒有一個協作的統一框架，行業就無法實現一致的安全標準。因此，國際標準化組織（ISO）聯合汽車制造商（OEM）及其供應商，制定了ISO 26262等標準，規范了道路車輛電氣和電子系統的功能安全。

• ISO 26262里有個汽車安全完整性等級（ASIL）分類，范圍從ASIL-A到ASIL-D，其中ASIL-D對安全措施的要求最嚴。
• ASIL-D是評估和確保片上系統（SoC）和3D集成電路（IC）可靠性與安全性的關鍵基準，尤其適用于那些故障可能導致嚴重后果的應用場景。
• 為了開發出符合嚴格安全要求的SoC，OEM系統架構師需要與工程師密切合作，將符合ISO 26262認證的汽車級IP核與具備安全意識的測試、設計實施方案相結合。

此外，筆者所在的電氣和電子工程師協會（IEEE）委員會負責管理IEEE P2851標準，該標準為安全關鍵系統的設計、實施和評估提供了指導。它明確了能在整個行業通用的基本方法、描述語言、數據模型和數據庫。

通過遵循這些與技術無關的標準，制造商能打造出更安全的汽車，同時還能降低因安全問題導致的重新設計和召回成本。

這些以及其他管理汽車安全的標準，讓汽車在整個生命周期的各階段都能交換數據、實現互操作。而且隨著人工智能等新技術不斷涌現，這些標準也在持續發展。

標準非常重要，因為新技術增加的同時，風險也在增加。

功能安全是風險與收益的權衡

將人工智能組件集成到現代汽車中，能帶來諸多好處，例如泊車輔助和實時路況分析等，但也有代價。

• 處理人工智能工作負載的高性能SoC功耗大，這對能效產生了影響，尤其是在電動汽車上。
• 3D IC存在熱管理難題，需要高效的散熱解決方案，才能保證可靠性和使用壽命。
• 這對電動汽車來說尤為重要，因為電池續航和熱穩定性是其重點關注的方面。

額外的芯片和安全功能增加了復雜性，故障風險也隨之提高。數據安全也是個大問題。新技術的材料成本還可能影響利潤率和車輛價格的親民程度。

因此，功能安全需要進行權衡，OEM必須在安全機制、預算限制、性能要求以及數據安全之間找到平衡。

若技術不安全，則無安全可言

為了確保現代汽車中眾多傳感器和組件之間的數據傳輸不被篡改，必須得有全面的安全策略。

• 首先，車載網絡必須吸收過去30年網絡領域積累的安全經驗。這意味著在設計一開始，就必須將安全融入系統架構，而不能事后才想起來。新思科技建議采用數據傳輸和存儲加密、多因素身份驗證、安全通信協議，并定期進行安全審計。
• 其次，基于硬件的安全特性，如安全隔離區、可信執行環境（TEE）以及入侵檢測與防御系統（IDPS），在防范威脅方面發揮著重要作用。這些特性能保護敏感數據和系統完整性。此外，使用硬件安全模塊（HSM）和安全啟動流程，可以確保只有經過認證且未被篡改的固件和軟件，才能在汽車的電子控制單元（ECU）內運行。
• 最后，遵循ISO 21434標準對實現汽車全面安全至關重要。該標準覆蓋了汽車的整個生命周期，重點強調風險管理、組織和技術要求以及持續監控。

數據和傳輸安全有助于防止數據被篡改，確保汽車運行的可預測性。不過，管理安全的組件本身也依賴芯片。因此，必須進行預測性維護，以確保這些芯片安全運行。

預測性維護提高汽車可靠性

預測性維護使用先進分析技術和機器學習算法，在故障發生前預測潛在問題。這種方法適用于汽車的任何部件，現在越來越多地用于在芯片層級預測芯片性能下降。

• 預測性維護技術可以監測發動機的電子控制單元（ECU）或電動汽車電池管理系統（BMS）的健康狀況。通過預測關鍵組件的潛在故障，這些技術能夠實現及時的維護。
• 為了達到最佳效果，汽車操作系統必須使用先進技術分析大量數據，以識別數據模式并精準預測潛在故障。這包括利用邊緣計算在車輛本地處理數據，以及利用云計算大規模聚合和分析數據。
• 先進的機器學習模型通過學習歷史和實時數據，能識別組件性能下降的早期跡象。例如，機器學習算法或許能檢測到芯片故障前運行溫度輕微上升，這樣就能在故障發生前安排維護。

不過，要充分發揮預測性維護的優勢，必須建立一個全面的框架來有效管理和利用大量數據。這就是芯片生命周期管理（SLM）發揮作用的地方。

芯片生命周期管理是汽車功能安全的核心

芯片生命周期管理提供了一種全面的方法，用于管理與汽車組件在整個生命周期內的維護和服務相關的數據和流程。通過將芯片生命周期管理與預測性維護、網絡安全以及行業標準相結合，制造商可以確保維護工作及時，并與整體汽車服務策略保持一致。

• 新思科技提供業界最廣泛的基于標準的汽車級IP，包括接口IP、處理器IP、安全IP和基礎IP。這些組件都符合行業標準，能加快SoC級設計和認證過程。
• 新思科技還提供一整套基于標準的集成芯片生命周期管理（SLM）工具、IP和方法論，在芯片層面提供可觀察性、數據分析和自動化功能。例如，新思科技的工藝、電壓和溫度（PVT）監控IP已獲得ASIL-B認證，并符合AEC-Q100 2級標準。
• 新思科技的芯片生命周期管理解決方案在產品生命周期的每個階段收集數據，持續進行分析并給出可行見解。這既能提高設計效率和質量，還有助于預測芯片在實際使用中的性能下降或故障。

這些汽車級IP解決方案，以及芯片生命周期管理給出的持續見解，對于確保現代汽車的長期功能安全至關重要。

從芯片到系統，全面提升汽車安全性

世界衛生組織數據顯示，絕大多數交通事故是人為失誤造成的。現代汽車配備了各種傳感器和安全功能，能提醒駕駛員危險情況，甚至自動采取糾正措施來減少這類失誤。

不過，這些傳感器和安全功能也增加了系統復雜性和風險。

為了確保汽車功能安全，就需要持續推廣和完善重要行業標準，并確保每輛車數據流入、流出需要和內部傳輸的安全性。另外還需要借助能提供從芯片到系統端到端監控、驗證和可預測性的解決方案。