打造夢想中的汽車不再僅僅圍繞著馬力和內飾等因素。隨著電動汽車市場的加速發展和邊緣計算擴展了汽車連接的新功能，汽車行業正在經歷一些重大變化。

軟件定義意味著利用其現有的硬體平台，以及移動可能已經編碼在硬體或ROM中的功能，並將它們帶入到標準化硬體上運行的軟體層。軟體層還增加了導入新功能的能力。消費者現在其實已經正在使用軟體定義設備，例如智慧手機便是，透過應用商店連接到手機，並為手機提供不同的音訊串流能力。

至於軟體定義的車輛，包括了儀表板或ADAS系統。將所有這些能力都整合在一個軟體平台上，即使硬體保持不變，OEM製造商或系統整合商與供應鏈都可以輕鬆選擇和更改構成該解決方案的軟體組件。

汽車開發面臨挑戰

要達成ADAS、IVI、電氣化動力系統與自動駕駛等目標，汽車程式的複雜性就越來越高，且各項功能必須同時運行。

圖一 : Arm亞太區車用市場資深總監鄧志偉

隨著車輛的架構與功能持續演化，系統的複雜度也越來越高。這些複雜化的發展也為驅使車用運算元件面對了全新的挑戰。Arm亞太區車用市場資深總監鄧志偉指出，當前汽車開發人員面臨的挑戰在於，若要達成先進駕駛輔助系統（ADAS）、車載資訊娛樂系統（IVI）、電氣化動力系統與自動駕駛等目標，程式的複雜性就將越來越高，且各項功能還必須同時運行，因此帶來了以下的挑戰：

對異質運算的需求提高

車輛演進後增加的功能及所需的效能，需要由各種不同的演算法所構成的軟體來完成。而不同的演算法，則需要不同型態的處理器來進行效能優化。例如一般性的演算法以CPU為主，GPU則是為了顯示與圖形演算法而設計的處理器，至於影像相關的演算法有ISP來增進效能，而神經網路的演算法則有NPU來加速。整合這麼多種處理器的架構，也就成為異質運算的架構。為了達到異質運算架構的目標，不僅處理器IP設計的複雜度大幅增加，同時晶片及軟體整合設計的難度及挑戰也提高很多。

將硬體（與軟體）區隔開並虛擬化

傳統汽車開發模式的汽車製造商，是將每輛車上的電子控制單元（ECU）都搭載著仔細編碼過的軟體，而且針對硬體與軟體，往往也都經歷過嚴格的安全評估。隨著功能域控制器、區域控制器（Zonal）以及集中式運算架構的導入，現在車輛的硬體架構已出現變化。底層硬體需要被虛擬化、抽象化，軟體人員則可以此架構來開發具備可攜性、以及滿足不同功能安全要求的應用與服務。同時，也能更容易的導入雲原生開發的架構。

關鍵的即時性與功能安全

在即時性與功能要求方面，傳統做法可能是將不同的IP或功能層層疊加，在關鍵的單元例如power train才會有功能性安全（Functional Safety）。但是當所有的處理器被整合進一個更大且複雜的系統時，如何在整合的運算單元中處理不同子系統的功能安全與即時性要求，就需要透過新的運算及系統架構來解決。

建立因應保密及資安要求的架構

資安的威脅層出不窮，車行安全更是不容妥協。因此開發人員需要保密的架構，以確保車用資訊得以安全的傳輸、儲存及處理。

為軟體的可攜性建立標準

透過打造雲原生軟體的基礎架構，解決在不同硬體平台之間軟體可攜性的需求，可以確保在雲端開發的軟體，能在不同的異質邊緣平台進行無縫、快速的部署。

軟體定義汽車的重要性

圖二 : 軟體在促成汽車演進歷程中所扮演的角色更形重要。

為了滿足在車用領域不斷演進的消費需求，運算也必須更為集中。而軟體在促成這些演進歷程中所扮演的角色也更形重要，進而影響了軟體的開發、部署及管理，這也意味著以降低成本、時間與複雜性而廣為人知的雲端原生開發方式，比起傳統的形式更適合於現代化汽車應用的開發。

至於軟體定義包括了全新的電機電子架構、以及雲原生軟體架構。軟體定義之所以重要主要是因為以下原因：

可重組價值鏈

軟體定義將加速推動創新與效率，打破過去價值鏈中定義規格、提供硬體及服務的上下游順序。不但加快開發過程，也可以為價值鏈中所有的利益關係人帶來好處與機會。例如：

●車廠與Tier 1：隨著軟體開發的成本大幅降低，以及創新服務在售後的不斷推出，車廠能夠創造新的營收來源。

●生態系：IC設計與軟體供應商可專注於產品差異化，且軟體定義也讓更多雲端應用開發者加入汽車創新行列。

●消費者：更滿意於客製化的汽車功能與使用經驗。

降低成本

透過區域控制器與集中運算架構，可以有效降低硬體的總成本以及軟體的維護成本。例如過去一部車裡可能有超過100個MCU，透過集中運算架構，則可能降低至10～20個左右，大幅降低硬體購置、佈線的架設，與其他相關軟體維護的成本。

車輛本身即為服務平台

如同智慧手機的使用經驗一樣，未來車輛本身即為服務平台，透過軟體更新，使用者可不斷享有新的服務與體驗。每次的軟體升級，也都代表新的商機，車廠可持續掌握新的營收來源，以及與客戶更多的互動機會。

軟體更新更容易

透過雲原生開放架構，軟體可以開發得更快也更安全，也更順利地部署在邊緣平台上，使軟體更新變得容易。

改善使用者經驗

這點也是如同智慧手機的使用經驗，透過每次軟體升級與更新，即可帶來不同的功能、體驗、樂趣與便利，進而提升使用者的車載體驗與滿意度，車輛也可以使用得更久。

縮短開發流程

全新的硬體參考平台（Reference hardware platform）能支援軟體定義工作負載的開發與測試。開發人員得以使用SOAFEE參考實作，針對包括座艙系統、先進駕駛輔助系統與自駕功能等各式應用與服務，於商品化之前，可以在Arm架構的晶片系統上進行汽車工作負載的探索與測試，加快產品開發流程。

硬體處理器優化性能

汽車產業正朝向軟體定義汽車的轉型，應對ECU（Eletronic Control Unit）整合、資料驅動型汽車服務、安全雲端連接和服務導向架構等方面問題，需要全新的汽車軟體開發方法。汽車製造商和Tier-1供應商面臨的全新挑戰，包括了多租戶（multi-tenancy）、網路管理、雲端服務、功能安全與進階安全技術等。恩智浦半導體就透過S32G GoldVIP，來協助搭載S32G汽車網路處理器的軟體定義汽車應對即時和應用程式開發挑戰。這種汽車整合平台針對S32G處理器評估、軟體開發和快速原型設計工作提供多種價值主張。

透過即時使用案例和資源監測，用戶可以快速觀察S32G的效能表現。藉由恩智浦預整合功能、開源軟體和協力廠商軟體，包括安全雲端連接和無線更新服務，開發人員可以專注創造新型互聯汽車服務，而無須耗費時間構建軟體基礎建設。

另外，基於SiC（碳化矽）的高效能功率模組可最大限度延長現有電動汽車的行駛里程，加快充電速度。到目前為止，電動汽車仍需要一個專用高速訊號處理器才能控制先進的SiC功率半導體。意法半導體推出了新款車規MCU，新產品針對電動汽車和汽車集中式電氣架構優化了性能，有助於降低電動汽車成本，延長續航里程，加快充電速度。

ST的Stellar E MCU專為下一代軟體定義電動汽車而設計，在晶片上整合了高速控制回路處理電路，可以協助完成先進的電動汽車設計，同時確保電源管理具備很高的效能，為車輛生命週期管理提供軟體定義的靈活性。現在，只需一個MCU就能控制整個功率模組，不僅簡化模組設計、節省成本，還能更容易地達到汽車安全標準，也可以為電動汽車創造新的價值鏈。

結語

過去，車輛是由硬體和置於其上的軟體所定義的，但這樣的方式正在轉變。像特斯拉這樣的公司，就是透過軟體的構建來製造新一代的汽車。總體而言，我們看到車輛運營中心和車輛軟體平台的重要性正與日俱增。透過軟體定義，安全無線更新軟體功能讓車商可以改善其控制策略，提升汽車的行駛里程、性能和效能。