Arm开发的Zena系列计算子系统（CSS）有望让半导体公司、一级供应商甚至汽车制造商更容易、更快地打造汽车级AI硅片。
软件正成为汽车行业中日益重要的战场，人工智能正成为贯穿车辆各个领域的核心能力。Arm汽车部门高级副总裁兼总经理Dipti Vachani表示：“AI工作负载正成为基本要求。”
随着人工智能开始成为从先进驾驶辅助系统（ADAS）到车载信息娱乐系统（IVI）等各个方面的核心，企业们正在重新设计汽车的内部电气架构。他们都在将更多计算能力从车内各个角落的电子控制单元（ECU）转移到更小的“集中式”高性能模块中，这些模块更像智能手机或服务器。
核心芯片独特地异构，将高性能和实时CPU、GPU、数字信号处理器（DSP）、ISP、AI加速器和高速网络集成在一块硅片上——通常基于3纳米和5纳米等先进节点。但设计这些芯片变得极其复杂且成本高昂，很大程度上是因为硅片必须是汽车级的。这意味着它必须严格符合汽车安全（ISO 26262）和安全标准（ISO/SAE 21434）。
Zena平台是一套预集成且预先验证的CPU核心及其他IP构建模块，为客户提供硬件开发的领先优势。这是Arm首个专为汽车市场设计的计算子系统。该子系统由16个Cortex-A720AE CPU核心组成，一个实时Cortex-R82AE CPU核心以保障安全，以及一个Cortex-M安全核心——所有这些都专为道路上的严苛环境设计。
Arm最新的计算子系统（CSS）Zena将汽车SoC的许多构建模块串联起来。为了区分自己，客户可以安装神经处理单元（NPU）、图形处理单元（GPU）或其他定制逻辑，打造一个完整的系统单芯片（SoC），能够运行从驾驶舱智能语音接口到高级安全功能的各种功能。
Arm表示，通过处理设计中更不细分的部分，Zena可以将硅芯片开发过程缩短最多一年。它还通过云端提供CSS，使软件开发能够在物理硅片尚未准备好前就开始。
“这让客户能够专注于差异化，无论是硅片供应商、一级供应商还是OEM，”Vachani说。
域架构与区域架构的区别
Arm 致力于通过 Zena 继续走在向软件定义车辆（SDV）转型的前沿。关键在于用可以随时升级的软件替换现有的碎片化硬件。
如今，现代车辆可配备100至150个电子控制单元（ECU）。总体来说，每台车型的计算能力仅足以控制软件执行单一任务，从管理动力系统到运行仪表盘显示或驾驶辅助系统。这些设备由众多第三方供应商开发，通常运行专有且不可升级的软件，甚至汽车制造商也难以访问。
但随着数量增加，将它们整合进汽车变得越来越复杂。每个ECU都需要冗余布线，导致布线系统复杂且占用空间。
汽车行业的推动者正试图通过用基于异构SoC的高性能单元集群替换大部分ECU及其内部微控制器（MCU）来突破复杂性。
大多数传统汽车制造商如丰田和福特正在升级到域架构，其中每个功能子集——如动力系统、底盘、信息娱乐和车身控制——都由专用域控制器管理。不同于将每个功能锁定在独立的ECU，多个功能可以在单个芯片的独立容器或软件模块中运行。这次全面改造为硬件与软件开发脱钩打开了大门，从而降低了两者的生产复杂性。
Arm表示，软件定义载体（SDV）正在演进以适应AI日益增长的计算需求。另一方面，像特斯拉和Rivian这样的科技巨头和初创公司正在为分区架构重新布线。这种方法基于物理位置而非功能来整合ECU。
区域控制器分布在车内不同角落或区域，通过高速以太网与彼此及中央计算单元通信。这种更具战略性的位置减少了车辆内的计算硬件数量，并消除了延伸到车内每个角落的繁重昂贵布线。
这些方法存在挑战，主要围绕软件复杂性和系统集成。但权衡是灵活性。它使汽车制造商能够通过空中（OTA）更新升级或更新基于软件的功能。
为了抓住这一趋势，英特尔、英伟达、恩智浦、高通和瑞萨等半导体公司正竞相推出高性能芯片，这些芯片有望成为未来软件定义车辆的大脑。
例如，NXP的S32N是其所谓超集成处理器家族中的首款产品。它基于如今数据中心中更常见的5纳米节点，设计为实时车辆控制的“中央大脑”，包括动力系统和底盘。它可以执行各种不同的功能，即使它们属于不同领域，也需要不同程度的安全保障。将这些“混合临界”系统合并到单芯片中，可以降低成本和系统复杂度。
Arm 应对汽车 SoC 日益复杂化的解决方案
为了领先于这些技术变革，Arm于2024年发布了最新系列的汽车增强型（AE）CPU核心，包括Cortex-A720AE、Cortex-R82AE以及新Zena子系统中使用的许多其他IP构建模块。它们都基于与其数据中心CPU蓝图相同的Arm v9架构，同时引入了汽车级的安全与安保功能。
Zena缓解了将这些CPU核心及其他IP构建模块集成为汽车级芯片的困难，这些芯片需要在有限的功耗和散热预算内保持安全可靠。
第一代Zena基于16个Arm Cortex-A720AE核心的高性能集群和安全岛，配备Cortex-R82AE安全岛，实现实时处理，如故障管理、安全监控、系统控制和安全启动。Arm表示，该实时CPU专为执行安全关键作设计，支持ASIL D安全完整性标准。平台包括如CME S3AE等系统互连，实现CPU一致性和芯片间I/O连接。
Zena可以通过ISP、GPU及其他逻辑模块（包括核电源单元或其他片上加速器）来区分，以应对AI日益增长的计算需求。Zena添加了一个安全飞区，作为信任的根（RoT），并在芯片层面保护一切安全。
Arm表示，通过预先集成所有这些硬件构建模块，Zena有助于减轻芯片设计师的工程负担。公司进一步表示，该项目可减少20%的工程师数量。
新CSS的另一个优点是，它让汽车制造商和芯片公司能够在不同车辆之间重复利用运行在其上的硬件和软件。瓦查尼表示：“这至关重要，因为为每种车型和应用开发定制的硬件和软件栈既昂贵又耗时，且在验证和认证过程中负担繁重。”他补充说，CSS允许合作伙伴“在标准平台上创新并实现差异化，为其产品线带来独特价值。”
降低开发成本和复杂性非常重要，因为Arm是几乎所有顶级汽车制造商使用的汽车芯片基础，包括本田、奔驰、Rivian和特斯拉等。
灵活性：ARM进军汽车级人工智能的关键
通过预先验证CPU及SoC的其他基本组件，Vachani表示，Arm为客户提供了更多灵活性，专注于人工智能及其他可实现差异化的领域。
据Arm称，企业可以轻松将合作伙伴专用逻辑集成到Zena中，包括NPU或其他片上加速器，以应对AI日益增长的计算需求。它还能集成汽车级ISP，支持更先进的计算机视觉，包括用于ADAS的360度环景视野，以及用于运行可重构仪表盘、仪表盘显示及数字驾驶舱其他部分的Mali GPU。
此外，Zena支持基于通用芯片组互连快递（UCIe）标准的芯片对芯片通信，满足希望将芯片组整合为芯片组的客户。
通过预集成CPU的各个构建模块，Zena可以从ADAS扩展到更高级别的自动驾驶例如，Arm表示你可以将Zena作为高性能芯片中用于Level 2+ ADAS的核心构建模块。它将CPU与几个较小的ISP合并，用于运行嵌入车辆的摄像头和其他传感器以感知周围环境，同时配备相对较大的NPU，负责安全功能的核心AI。或者，你也可以在域控制器中使用相同的组件，增加更大的GPU来驱动仪表盘显示，并用更小的NPU集成基于AI的语音和触摸界面。
Vachani表示，Arm专注于为公司提供“最大灵活性”，以实现设计。多个Zena单元可以集成在同一块单片芯片或多芯片封装中，实现全自动驾驶系统或其他需要更高AI性能的功能。“因此，在整个车辆上，你可以利用完全相同的Zena模块，实现硅片的可扩展性和软件的可扩展性，”Vachani补充道。
虽然它不属于第一代Zena，但Arm此前宣布了超高性能的Neoverse V3AE CPU，该CPU已被NVIDIA的Thor SoC用于自动驾驶和辅助驾驶。
CSS不仅在硬件开发上让企业领先，也在软件集成方面领先。Arm表示，这将赋予工程师在实体硅片发布之前，就能够在云端子系统的虚拟原型基础上开始开发和测试软件，从而将上市时间缩短最多两年。公司与Cadence、西门子和Synopsys合作开发虚拟原型工具。
Vachani表示，CSS的另一个优势是汽车公司可以在云端开发和测试将部署在车辆上的同一Arm v9架构软件。
Vachani表示，领先的汽车制造商——包括顶级电动汽车制造商——和半导体公司已经开始与Zena合作，预计将在2025年晚些时候更广泛地发布。
<!-- 非定向300*250按钮 17/09 wenjing begin --> <!-- 非定向300*250按钮 end -->
</div>
