Arm開發的Zena系列計算子系統（CSS）有望讓半導體公司、一級供應商甚至汽車制造商更容易、更快地打造汽車級AI硅片。

軟件正成為汽車行業中日益重要的戰場，人工智能正成為貫穿車輛各個領域的核心能力。Arm汽車部門高級副總裁兼總經理Dipti Vachani表示：“AI工作負載正成為基本要求。”

隨著人工智能開始成為從先進駕駛輔助系統（ADAS）到車載信息娛樂系統（IVI）等各個方面的核心，企業們正在重新設計汽車的內部電氣架構。他們都在將更多計算能力從車內各個角落的電子控制單元（ECU）轉移到更小的“集中式”高性能模塊中，這些模塊更像智能手機或服務器。

核心芯片獨特地異構，將高性能和實時CPU、GPU、數字信號處理器（DSP）、ISP、AI加速器和高速網絡集成在一塊硅片上——通?；?納米和5納米等先進節點。但設計這些芯片變得極其復雜且成本高昂，很大程度上是因為硅片必須是汽車級的。這意味著它必須嚴格符合汽車安全（ISO 26262）和安全標準（ISO/SAE 21434）。

Zena平臺是一套預集成且預先驗證的CPU核心及其他IP構建模塊，為客戶提供硬件開發的領先優勢。這是Arm首個專為汽車市場設計的計算子系統。該子系統由16個Cortex-A720AE CPU核心組成，一個實時Cortex-R82AE CPU核心以保障安全，以及一個Cortex-M安全核心——所有這些都專為道路上的嚴苛環境設計。

Arm最新的計算子系統（CSS）Zena將汽車SoC的許多構建模塊串聯起來。

為了區分自己，客戶可以安裝神經處理單元（NPU）、圖形處理單元（GPU）或其他定制邏輯，打造一個完整的系統單芯片（SoC），能夠運行從駕駛艙智能語音接口到高級安全功能的各種功能。

Arm表示，通過處理設計中更不細分的部分，Zena可以將硅芯片開發過程縮短最多一年。它還通過云端提供CSS，使軟件開發能夠在物理硅片尚未準備好前就開始。

“這讓客戶能夠專注于差異化，無論是硅片供應商、一級供應商還是OEM，”Vachani說。

域架構與區域架構的區別

Arm 致力于通過 Zena 繼續走在向軟件定義車輛（SDV）轉型的前沿。關鍵在于用可以隨時升級的軟件替換現有的碎片化硬件。

如今，現代車輛可配備100至150個電子控制單元（ECU）?？傮w來說，每臺車型的計算能力僅足以控制軟件執行單一任務，從管理動力系統到運行儀表盤顯示或駕駛輔助系統。這些設備由眾多第三方供應商開發，通常運行專有且不可升級的軟件，甚至汽車制造商也難以訪問。

但隨著數量增加，將它們整合進汽車變得越來越復雜。每個ECU都需要冗余布線，導致布線系統復雜且占用空間。

汽車行業的推動者正試圖通過用基于異構SoC的高性能單元集群替換大部分ECU及其內部微控制器（MCU）來突破復雜性。

大多數傳統汽車制造商如豐田和福特正在升級到域架構，其中每個功能子集——如動力系統、底盤、信息娛樂和車身控制——都由專用域控制器管理。不同于將每個功能鎖定在獨立的ECU，多個功能可以在單個芯片的獨立容器或軟件模塊中運行。這次全面改造為硬件與軟件開發脫鉤打開了大門，從而降低了兩者的生產復雜性。

Arm表示，軟件定義載體（SDV）正在演進以適應AI日益增長的計算需求。

另一方面，像特斯拉和Rivian這樣的科技巨頭和初創公司正在為分區架構重新布線。這種方法基于物理位置而非功能來整合ECU。

區域控制器分布在車內不同角落或區域，通過高速以太網與彼此及中央計算單元通信。這種更具戰略性的位置減少了車輛內的計算硬件數量，并消除了延伸到車內每個角落的繁重昂貴布線。

這些方法存在挑戰，主要圍繞軟件復雜性和系統集成。但權衡是靈活性。它使汽車制造商能夠通過空中（OTA）更新升級或更新基于軟件的功能。

為了抓住這一趨勢，英特爾、英偉達、恩智浦、高通和瑞薩等半導體公司正競相推出高性能芯片，這些芯片有望成為未來軟件定義車輛的大腦。

例如，NXP的S32N是其所謂超集成處理器家族中的首款產品。它基于如今數據中心中更常見的5納米節點，設計為實時車輛控制的“中央大腦”，包括動力系統和底盤。它可以執行各種不同的功能，即使它們屬于不同領域，也需要不同程度的安全保障。將這些“混合臨界”系統合并到單芯片中，可以降低成本和系統復雜度。

Arm 應對汽車 SoC 日益復雜化的解決方案

為了領先于這些技術變革，Arm于2024年發布了最新系列的汽車增強型（AE）CPU核心，包括Cortex-A720AE、Cortex-R82AE以及新Zena子系統中使用的許多其他IP構建模塊。它們都基于與其數據中心CPU藍圖相同的Arm v9架構，同時引入了汽車級的安全與安保功能。

Zena緩解了將這些CPU核心及其他IP構建模塊集成為汽車級芯片的困難，這些芯片需要在有限的功耗和散熱預算內保持安全可靠。

第一代Zena基于16個Arm Cortex-A720AE核心的高性能集群和安全島，配備Cortex-R82AE安全島，實現實時處理，如故障管理、安全監控、系統控制和安全啟動。Arm表示，該實時CPU專為執行安全關鍵作設計，支持ASIL D安全完整性標準。平臺包括如CME S3AE等系統互連，實現CPU一致性和芯片間I/O連接。

Zena可以通過ISP、GPU及其他邏輯模塊（包括核電源單元或其他片上加速器）來區分，以應對AI日益增長的計算需求。

Zena添加了一個安全飛區，作為信任的根（RoT），并在芯片層面保護一切安全。

Arm表示，通過預先集成所有這些硬件構建模塊，Zena有助于減輕芯片設計師的工程負擔。公司進一步表示，該項目可減少20%的工程師數量。

新CSS的另一個優點是，它讓汽車制造商和芯片公司能夠在不同車輛之間重復利用運行在其上的硬件和軟件。瓦查尼表示：“這至關重要，因為為每種車型和應用開發定制的硬件和軟件棧既昂貴又耗時，且在驗證和認證過程中負擔繁重?！彼a充說，CSS允許合作伙伴“在標準平臺上創新并實現差異化，為其產品線帶來獨特價值?！?/p>

降低開發成本和復雜性非常重要，因為Arm是幾乎所有頂級汽車制造商使用的汽車芯片基礎，包括本田、奔馳、Rivian和特斯拉等。

靈活性：ARM進軍汽車級人工智能的關鍵

通過預先驗證CPU及SoC的其他基本組件，Vachani表示，Arm為客戶提供了更多靈活性，專注于人工智能及其他可實現差異化的領域。

據Arm稱，企業可以輕松將合作伙伴專用邏輯集成到Zena中，包括NPU或其他片上加速器，以應對AI日益增長的計算需求。它還能集成汽車級ISP，支持更先進的計算機視覺，包括用于ADAS的360度環景視野，以及用于運行可重構儀表盤、儀表盤顯示及數字駕駛艙其他部分的Mali GPU。

此外，Zena支持基于通用芯片組互連快遞（UCIe）標準的芯片對芯片通信，滿足希望將芯片組整合為芯片組的客戶。

通過預集成CPU的各個構建模塊，Zena可以從ADAS擴展到更高級別的自動駕駛

例如，Arm表示你可以將Zena作為高性能芯片中用于Level 2+ ADAS的核心構建模塊。它將CPU與幾個較小的ISP合并，用于運行嵌入車輛的攝像頭和其他傳感器以感知周圍環境，同時配備相對較大的NPU，負責安全功能的核心AI。或者，你也可以在域控制器中使用相同的組件，增加更大的GPU來驅動儀表盤顯示，并用更小的NPU集成基于AI的語音和觸摸界面。

Vachani表示，Arm專注于為公司提供“最大靈活性”，以實現設計。多個Zena單元可以集成在同一塊單片芯片或多芯片封裝中，實現全自動駕駛系統或其他需要更高AI性能的功能?！耙虼耍谡麄€車輛上，你可以利用完全相同的Zena模塊，實現硅片的可擴展性和軟件的可擴展性，”Vachani補充道。

雖然它不屬于第一代Zena，但Arm此前宣布了超高性能的Neoverse V3AE CPU，該CPU已被NVIDIA的Thor SoC用于自動駕駛和輔助駕駛。

CSS不僅在硬件開發上讓企業領先，也在軟件集成方面領先。Arm表示，這將賦予工程師在實體硅片發布之前，就能夠在云端子系統的虛擬原型基礎上開始開發和測試軟件，從而將上市時間縮短最多兩年。公司與Cadence、西門子和Synopsys合作開發虛擬原型工具。

Vachani表示，CSS的另一個優勢是汽車公司可以在云端開發和測試將部署在車輛上的同一Arm v9架構軟件。

Vachani表示，領先的汽車制造商——包括頂級電動汽車制造商——和半導體公司已經開始與Zena合作，預計將在2025年晚些時候更廣泛地發布。