未來(lái)智能汽車的變革、數(shù)據(jù)的處理效率、汽車的安全保障，以及新的電子架構(gòu)和自動(dòng)駕駛的技術(shù)等等都離不開芯片。而最近Arm發(fā)布了三款芯片，面向自動(dòng)駕駛車輛的高強(qiáng)度工作負(fù)載。

Arm近日發(fā)布了幾款全新的IP，旨在讓智能汽車開發(fā)商更容易將他們的設(shè)計(jì)方案推向量產(chǎn)市場(chǎng)。據(jù)該公司介紹，三種新處理器IP將集成到一個(gè)系統(tǒng)芯片上——Arm Cortex-A78AE處理器、Mali-G78AE圖形處理器和Mali-C71AE圖像信號(hào)處理器。

Arm表示，Cortex-A78AE、Mali-G78AE和Mali-C71AE是現(xiàn)有的Cortex-A78、Mali-G78和Mali-C71的高階版本，面向自動(dòng)駕駛車輛的高強(qiáng)度工作負(fù)載。

在軟件開發(fā)支持方面，Arm提供了Arm Fast Models，可用于構(gòu)建功能精確的虛擬平臺(tái)，使軟件開發(fā)和驗(yàn)證先于硬件可用性。還有Arm Development Studio，其中包括由德國(guó)TUV SUD認(rèn)證的Arm編譯器。

這些新產(chǎn)品方案的推出，目的是為了提供更高效和安全的數(shù)據(jù)處理，以實(shí)現(xiàn)自主決策的效率、安全和潛力。

盡管，完全自動(dòng)駕駛車輛或無(wú)人駕駛汽車可能還需要數(shù)年時(shí)間才能投入商用，但先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)已經(jīng)可以幫助減少多達(dá)40%的事故。

Arm汽車和物聯(lián)網(wǎng)副總裁Chet Babla表示，新技術(shù)將安全放在首位，但也提供了能效和性能提升。

一、提高性能功耗比

Cortex-A78AE是Cortex-A76AE的后續(xù)產(chǎn)品，其微架構(gòu)已經(jīng)在多個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)。它的特點(diǎn)是額外的帶寬，改進(jìn)的分支檢測(cè)，以及比上一代帶寬高50%的內(nèi)存子系統(tǒng)。

但是Cortex-A78AE最突出的特性可能是宏操作緩存，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用于保存解碼指令，解耦獲取引擎和執(zhí)行，以支持動(dòng)態(tài)代碼序列優(yōu)化。

Arm表示，這些創(chuàng)新使得整型和浮點(diǎn)計(jì)算的性能比Spec2006綜合基準(zhǔn)套件提高了30%以上。此外，它們還有助于提高Cortex-A78AE的功率效率。

在7納米器件上，Cortex-A78AE以低60%的功率實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)性能，在相同的功率(耗電量)下性能提高了25%。

此次，Arm將Cortex-A78AE的安全特性作為主要進(jìn)步進(jìn)行重點(diǎn)“宣傳”。

當(dāng)Cortex-A76AE引入Split-Lock架構(gòu)時(shí)，它被視為安全計(jì)算新時(shí)代的誕生。及時(shí)檢測(cè)邏輯中的故障對(duì)解決行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如ISO 26262/IEC 61508)規(guī)定的功能性安全問題大有幫助。

但是新的架構(gòu)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)——可用性、ASIL B支持和全系統(tǒng)功能安全性。Cortex-A78AE通過一系列的安全功能直面這些挑戰(zhàn)。

首先，Arm通過增加時(shí)間多樣性來(lái)增強(qiáng)原來(lái)的鎖步能力，以防止常見原因的故障，這是一個(gè)很小但非常重要的增加。

除了拆分模式操作之外，還增強(qiáng)了混合模式——這是一種進(jìn)步，允許共享的DSU-AE邏輯在鎖模式下繼續(xù)運(yùn)行，而cpu保持獨(dú)立(拆分)。

這樣做的好處有兩方面：

1、在FMEDA中，DSU-AE計(jì)數(shù)對(duì)診斷覆蓋率的額外覆蓋;2、cpu可以單獨(dú)離線進(jìn)行測(cè)試，而集群本身仍可用于計(jì)算，盡管計(jì)算能力有所降低。

此外，標(biāo)準(zhǔn)的安全措施，如緩存保護(hù)邏輯在Cortex-A78AE中仍然是強(qiáng)制性的，可用性進(jìn)一步增強(qiáng)，增加了線鎖定支持，以避免觸及緩存結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)誤位置。

最后，Cortex-A78AE帶有AMBA奇偶性保護(hù)功能，它的架構(gòu)與AE IP組合套件一起工作。這是一種簡(jiǎn)單且有效的方式，可以在SoC的其余部分?jǐn)U展功能安全保護(hù)傘，從而實(shí)現(xiàn)端到端(E2E)保護(hù)能力的目標(biāo)。

此外，Cortex-A78AE可以在處理器集群中擴(kuò)展到最多4個(gè)核，并且可以在L1、L2和L3中使用不同大小的緩存。

盡管Cortex-A78AE的性能令人印象深刻，但汽車及工業(yè)領(lǐng)域的計(jì)算平臺(tái)需要混合功率效率、算法強(qiáng)度和直接計(jì)算吞吐量。

正確大小的計(jì)算是當(dāng)今的口號(hào)。簡(jiǎn)單地說，沒有一個(gè)微體系結(jié)構(gòu)能夠滿足這些細(xì)分市場(chǎng)的應(yīng)用程序需求。

例如，一個(gè)自動(dòng)駕駛平臺(tái)需要在使用車輛控制之前感知數(shù)據(jù)、感知障礙物并決定正確的路徑矢量。只有中間的兩個(gè)任務(wù)，需要大量不同的算法來(lái)執(zhí)行。

為此，除了內(nèi)存接口和類型之外，CPU還支持以各種緩存大小(L1、L2和L3)進(jìn)行配置。比如，Cortex-A78AE可以與Cortex-A65AE在異質(zhì)計(jì)算集群中配對(duì)，并且可以通過加速器相干端口與加速器耦合。

這種新的混合模式允許分割鎖功能，其中處理器成對(duì)運(yùn)行，在不影響性能的情況下滿足較低級(jí)別的安全要求，而SoC計(jì)算體系結(jié)構(gòu)也可以部署到不同的域控制器上。

二、硬件分離

與Cortex-A78AE互補(bǔ)的是最新推出的Mali-G78AE，這是一個(gè)全新的圖形組件，可以解決自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的異構(gòu)計(jì)算需求。

G78AE GPU提供了一種新的資源分配方法，它具有一種稱為靈活分區(qū)的特性，這使得圖形資源可以專用于不同的工作負(fù)載，同時(shí)保持彼此獨(dú)立。

基本上，Mali-G78AE可以被分割成一個(gè)系統(tǒng)中的多個(gè)GPU，有多達(dá)4個(gè)用于工作負(fù)載分離的專用分區(qū)，這些分區(qū)可以使用用于事務(wù)的單獨(dú)內(nèi)存接口分別上機(jī)、關(guān)機(jī)和復(fù)位。

Mali-G78AE可以從1個(gè)shader core擴(kuò)展到24個(gè)，在新的架構(gòu)中，這意味著可以按照8個(gè)slices配置，每個(gè)slices有三個(gè)shader core。

每個(gè)slices有獨(dú)立的內(nèi)存接口、工作控制和L2緩存，以確保分離的功能安全和信息安全，slices也可以組合在一起，在多達(dá)四個(gè)分區(qū)可配置軟件。

Mali-G78AE還包括專用的硬件虛擬化，這意味著GPU作為一個(gè)整體(即每個(gè)單獨(dú)的分區(qū))可以在多個(gè)虛擬機(jī)之間進(jìn)行虛擬化。

除此之外，它還具有安全特性，包括鎖步、內(nèi)置自測(cè)試、接口奇偶校驗(yàn)、隔離檢查和只讀內(nèi)存保護(hù)。

新Mali-G78AE GPU為獨(dú)立的安全工作負(fù)載提供了多達(dá)4個(gè)獨(dú)立分區(qū)的靈活分區(qū)。例如，汽車上的信息娛樂系統(tǒng)、具有安全要求的儀表和駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)在都可以通過硬件分離同時(shí)獨(dú)立運(yùn)行。

三、視覺感知，仍是大難題

Mali-C71AE，利用硬件安全機(jī)制和診斷軟件來(lái)預(yù)防和檢測(cè)故障，并確?！懊恳粋€(gè)像素的可靠性”。

Arm表示，事實(shí)上，Mali-C71AE是Mali相機(jī)系列ISPs中首款內(nèi)置安全功能的產(chǎn)品。同時(shí)，支持ASIL B/SIL 2安全能力，提供1.2千兆像素/秒的吞吐量。

Mali-C71AE支持最多4個(gè)實(shí)時(shí)攝像頭輸入或者16個(gè)來(lái)自內(nèi)存的攝像頭數(shù)據(jù)流。相機(jī)輸入可以用多種方法進(jìn)行處理，包括按接收順序、按編程順序或按各種其他軟件定義的模式。

先進(jìn)的空間降噪、每次曝光噪聲分析和色差校正為計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用提供了優(yōu)化的數(shù)據(jù)，為ADAS和人機(jī)界面應(yīng)用提供了實(shí)時(shí)安全功能，使系統(tǒng)級(jí)功能安全符合400多個(gè)專用故障檢測(cè)電路和內(nèi)置自檢。

此外，Mali-C71AE具有超寬動(dòng)態(tài)范圍的24位處理，提供了獨(dú)立的動(dòng)態(tài)范圍管理、感興趣的區(qū)域操作和用于進(jìn)一步分析的平面直方圖。