未来汽车的 7 个关键组件

随着 IAA Mobility 和 2025 年 RISC-V 汽车大会的临近，我从最近的专家小组中汇集了每个汽车领导者都应该在关注的热门主题。

作者：James De Vile，RISC-V International 编辑

“汽车在未来五年中的变化将超过未来五十年，”英飞凌科技汽车部门总裁兼首席执行官 Peter Schiefer 说。“传统架构正在达到极限。这就是为什么 RISC-V 将改变游戏规则，实现硬件和软件之间的协作，”他在慕尼黑举行的英飞凌 2025 年汽车 RISC-V 生态系统峰会上发表讲话时说。

作为汽车半导体技术的全球领导者，英飞凌并非唯一一家持这种信念的公司。在全球汽车生态系统中，来自芯片制造商、原始设备制造商和软件专家的领导者一致认为：未来的汽车是一个运动的软件定义计算平台，要构建它，我们需要从头开始重新思考整个架构。

RISC-V International 首席执行官 Andrea Gallo 最近参加了几个备受瞩目的小组讨论，重点关注制造明天汽车的路径。从慕尼黑到在路德维希堡举行的 Automobil Elektronik Kongress （AEK） “未来计算架构”会议，再到巴黎 RISC-V 欧洲峰会上的“利用 RISC-V 加速汽车创新”小组讨论，一个关键主题始终如一：我们必须齐心协力，通过开放标准和强大的合作伙伴关系塑造移动出行的未来。

9 月 9 日，RISC-V International 将在慕尼黑 IAA Mobility 附近举办 2025 年 RISC-V 汽车会议。从主展览步行 5 分钟即可轻松到达，可以轻松参加这两项活动并成为汽车技术对话的核心。

在这些活动之前，我确定了 7 个关键优先事项，这些优先事项由最近小组的主要声音决定，概述了制造未来汽车所需的条件......

1. 区域架构

英飞凌首席执行官约亨·哈内贝克（Jochen Hanebeck）在慕尼黑发表讲话

未来的车辆需要灵活的平台，这些平台可以跨计算领域扩展，并随着新兴技术和用户需求而快速发展。从入门级城市汽车到高端自动驾驶车队，我们需要能够支持各种性能、安全和能源要求的计算平台。

“我们正在从分布式软件架构转向区域化和集中式架构转型，”恩智浦汽车处理器副总裁兼总经理Robert Moran在路德维希堡发表讲话时说。这种方法使汽车制造商能够通过跨车辆系列重复使用平台组件来简化开发、优化成本并加速部署。

当今许多路上的汽车都是围绕基于域的架构构建的，采用域控制器——处理动力总成、信息娱乐、车身控制或 ADAS 等特定领域的专用 ECU。虽然有效，但这种架构会导致 ECU 和布线的激增，从而增加成本、重量和系统复杂性。

在区域架构中，车辆被划分为物理区域（例如，左前、右后），而不是车辆内的功能。每个都由区域控制器管理，并通过一条或多条汽车以太网总线连接。这些控制器整合了其区域内的特定域功能，减少了布线长度和成本，改善了延迟，并简化了软件和硬件集成。换句话说，区域控制器不是由特定于功能的模块组成的错综复杂的网络，而是充当精简、集中式计算环境中的智能中心。

在巴黎，Gallo 强调了开放平台在支持这一转变方面的可扩展性：“RISC-V 在汽车领域非常有吸引力，因为从ECU扩展到域控制器，再到区域控制器，最后到中央计算单元，都能够在同一个基本ISA内实现。”

2. 软件生态系统

没有软件，就无法实现软件定义汽车（SDV）。自2003年以来，AUTOSAR就一直是软件领域的标准——它是由全球领先的汽车和软件公司组成的合作伙伴关系，几乎所有主要的主机厂（OEM）和一级供应商（Tier 1）都参与其中。去年，Andes、HiRain和HPMicro宣布将携手共建一个基于RISC-V架构的AUTOSAR软件生态系统。

此外，还有Automotive Grade Linux（AGL，汽车级Linux）。虽然AGL本身并非开箱即用地适用于安全关键型应用（例如，一辆汽车可能会使用AUTOSAR来控制刹车系统，而使用AGL来支持信息娱乐系统），但社区项目（如ELISA项目和AGL功能安全任务组）正在开发中，旨在为基于Linux的系统获得在仪表盘、高级驾驶辅助系统（ADAS）和远程通信等安全关键型应用场景中的认证。

AGL 已移植到 SiFive Unmatched 和 HiFive Premier P550 开发板上，我们希望在硬件到达之前，能看到一个与 RVA23 兼容的 AGL 版本。但问题在于：随着汽车制造商之间的竞争加剧，汽车系统开发者必须获得预硅软件和工具。值得庆幸的是，围绕 RISC-V 的热议正在激励软件供应商积极引领潮流。然而，通常的先有鸡还是先有蛋的问题出现了；为了在硅片之前开发，他们需要虚拟原型——就像英飞凌在三月推出的那样。

英飞凌的托马斯·施耐德在巴黎发表演讲

英飞凌软件、合作伙伴与生态系统高级总监托马斯·施耐德（Thomas Schneid，上图）在巴黎表示：“我们设计的虚拟原型，既旨在赋能整个生态系统，同时也让那些渴望探索其功能与影响的主力客户能够提前体验。这是一项持续进行的计划，因此该原型的逼真度将不断提升，随着时间的推移，也将支持越来越多的应用场景，从而增强不同客户和合作伙伴之间的协作能力。”

从编译器到操作系统和安全框架，整个工具链必须在硅片到达客户之前就已可用并经过充分验证。这就是为什么上游贡献——将RISC-V对硬件的支持直接贡献给广泛使用的开源项目如Linux、LLVM、QEMU和Zephyr——如此重要。它确保软件开发人员可以有信心地构建、测试和部署，而无需为每个芯片重新发明轮子。

强大的上游存在也减少了对一级供应商和原始设备制造商的摩擦，加速了采用，并使长期维护支持变得更加容易——在汽车行业尤其重要，因为平台必须维护十年或更长时间。这就是像AGL这样的专用开源平台发挥作用的地方；AGL专为车辆的长生命周期设计，重点是提供超过10年的支持和向后兼容性。

“RISC-V 对我们作为汽车 OEM 来说是一个绝佳的机会”，大众汽车软件集团 CARIAD 半导体主管 Hartmut Schittko 在巴黎举行的 RISC-V 峰会上发表讲话时说。“我们与芯片和软件的社区越来越紧密，因为它们确实需要完美地协同工作，尤其是在高性能计算 （HPC） 任务方面。”

3. 开放硬件

2025 年 RISC-V 欧洲峰会的小组讨论

通过围绕开放、免版税的指令集架构进行构建，OEM 可以获得长期控制权并避免单一供应商依赖的陷阱。这对于实现互作性和加速全球创新至关重要。

施耐德表示："RISC-V为我们提供了塑造汽车行业开放标准的机会。英飞凌曾以封闭生态系统著称，这种模式带来了可靠性、安全性和高品质。但如今，通过拥抱开放架构，我们肩负着更重大的责任：以一种能确保该模式对我们及整个生态圈可持续发展的方式，积极参与生态系统建设。"

开放硬件的最大优势之一是它允许优化硬件和软件的协同设计。OEM 可以精确定制其 RISC-V 内核，确保它们满足车辆内的特定安全、性能和功能需求。

“传统上，我们希望通过优化软件算法或添加更多传感器来提高准确性”，Codasip 高级首席工程师 Maricel Ventura 说。“RISC-V 开辟了另一个维度：我们也可以优化和定制硬件。这种级别的共同设计极大地改善了我们软件同事的工作效率。”

施特科表示，从开放标准开始构建供应链韧性也简单得多。“如果做得正确，你将拥有一个面向SDV的通用接口层。这使得更换供应商变得容易得多，并且需要的投资也少得多，而无需抛弃整个软件堆栈。”

当然，这也为供应链引入了良性竞争——为原始设备制造商提供了选择、杠杆和明确的途径来减轻供应商锁定问题。

4. 通过标准进行协作

“汽车是基于标准化的”，施耐德说。“这是确保整个系统正常运行、实现可扩展性并最终提高效率所需的基础。”

每个小组都呼应的最明确的信息是：开放的成功需要共享所有权。每个人都必须合作，贡献真正的能力和专业知识，作为回报，生态系统必须为所有相关人员提供可持续、公平的结果。

标准是这种合作的催化剂。如果没有统一的标准，生态系统就会支离破碎，发展就会放缓。共享规范和接口降低了复杂性并解锁了整个生态系统的兼容性。应对汽车创新的未来需要跨行业合作，以塑造共享的解决方案、标准和验证框架。其核心是开放、标准化的计算架构。

“在CPU架构层面，我们通过采用配置文件的概念来对齐并避免不必要的碎片化。”Gallo表示：“我们的新RVA23配置文件定义了一组必须包含在该核心中的扩展，例如向量、位操作和虚拟机。它为开发者提供了一个明确的硬件目标。目标是确保整个生态系统内的一致性和软件可移植性。”

Quintauris 公司总经理佩德罗·洛佩斯表示：“统一的标准在后台运行，可以减少很多潜在锁定的风险和影响。这与行业向更高标准化转变相结合——找到共性和差异之间的正确平衡——是成功的关键组合。”

洛佩兹表示：“如果我们希望在可以选择三到五个IP供应商的行业中避免供应商锁定，那么标准化是必不可少的。”他还说，需要一种商业模式，使IP供应商能够持续创新，同时保持财务可持续性，尤其是考虑到许多项目有5到10年的开发周期。在其他行业，如软件行业，这导致了整合，只有少数玩家能够真正参与其中。

合作在安全方面也起着重要作用，Ventura补充道。“我期待看到RISC-V生态系统能够实现类似AUTOSAR E-GAS（电子油门）的概念，即多家原始设备制造商（OEM）共同建立一个共享的功能安全文化，在这个文化中，供应商拥有相同的概念，但有不同的实现方式。”

5. 安全、保障和实时性能

RISC-V International 首席执行官 Andrea Gallo 于 6 月在路德维希堡举行的 Automobil-Elektronik Kongress （AEK） 上发表讲话

“可靠性是一个三角形：安全、网络安全和实时性”，Jyotika Athavale（上图穿红色衣服 - 当时在 Synopsys，现在是 Waymo 的功能安全主管）说。“我们在标准领域所做的工作解决了这些技术之间对可靠性和互作性的需求。”

该三角形的每一边在确保对现代汽车系统的信任方面都发挥着独特的作用。功能安全确保系统在遇到故障时表现可预测。网络安全保护这种行为免受外部操纵。实时性能确保两者都在制动、转向或传感器融合等物理系统所需的严格时序限制内发生。

在硅中形成这种可靠性三角形意味着从系统级的角度看安全性——不仅仅是单独认证 IP 块，而是认识到它们作为集成计算平台的一部分的行为方式。“很高兴看到 CPU 有一个的通用安全概念，”Ventura 补充道。“一种是与生态系统合作开发的，而不仅仅是专注于硬件。”她强调，公开讨论实施挑战和常见危险有助于推动 RISC-V 向前发展——不仅作为一个 ISA，而且作为一个既安全又可靠的平台。

包括 SiFive、Codasip、Andes 和 Nuclei 在内的许多 RISC-V International 成员现在拥有符合 ISO 26262 功能安全标准的汽车 IP。但是，Ventura 指出，虽然 ISO 26262 和 ISO/SAE 21434（网络安全）是稳健的标准，但它们不是认证。ISO26262包括 ASIL（汽车安全完整性等级）认证框架——虽然不是强制性的，但认证是一个明确的信号。“随着越来越多的 RISC-V CPU 内核获得 ASIL-D 或 ASIL-B 认证，这向业界表明我们对我们正在做的事情是认真的。”

随着汽车计算架构正迅速从分布式电子控制单元（ECU）向集中式和区域式平台转变，重新构想安全性的机遇真实存在。“我们正清晰地看到从传统ECU向集中式计算的过渡，在这种环境下，像FreeRTOS这样更安全的实时操作系统（RTOS）解决方案就有了用武之地，”洛佩兹补充道。

6. 模块化

从核心车辆功能或解决特定问题的角度来看，特别是在安全、实时性和可靠性非常重要的情况下，将推动半导体设计过程中的具体决策。这种模块化可以在硬件架构层面实现，例如划分ECU或在不同的SoC上分配功能，或者细化到芯片和芯粒层面。

莫兰以人工智能为例，说明了一种新的、可能具有争议的能力。虽然全面实施人工智能是一种冒险的策略，但模块化使得人工智能能够在严格的限制下自由运行。“这样，我们可以使汽车制造领域之外的创新进入并加以利用，但仍然保持汽车行业的安全措施”，他说。

“模块化需要物理内存保护、I/O 保护或管理程序域隔离等功能，”Gallo 表示同意。“这些都是通过新的模块化扩展推动 RISC-V 架构发展的技术要求。根据您是为 ECU 还是区域控制器设计，然后选择产品所需的特定扩展。

芯粒提供了一种根本性的模块化解决方案来解决这个问题。通过使用标准接口将不同的计算组件（CPU、GPU、IO、安全岛）组合到一个芯片中，可以带来显著的好处，从混合指令集（可能为汽车制造商提供一种系统地在车辆中引入RISC-V的方法）到支持混合生命周期，某些芯粒保持不变，而其他芯粒则进行更新。

IMEC的汽车部门副总裁巴特·普拉克勒表示：“芯片的优势之一是，你可以非常清晰地在需要高规格（ASIL-D级别）的芯片和不需要的芯片之间实现硬件隔离。例如，你的神经网络引擎可能不需要完全符合ASIL-D的要求。”

7. 区域适应性

未来的汽车不会在一个地方为所有市场制造，它需要在一定程度上进行定制，以满足每个地区的不同监管、安全、环境和消费者需求。然而，这种本地化定制必须与一致的全球架构效率相平衡。这就是模块化和标准发挥关键作用的地方。

加洛表示：“RVA23要求在所有地理区域中扩展内容相同。”“我们唯一保留为地区选项的是加密，因为这需要符合国家标准。”

“在欧洲层面，我们应该争取实现80%的共同架构。"普拉克勒说。“目前，每个原始设备制造商都有自己的操作系统——为什么我们仅在欧洲就需要六七个系统呢？我完全理解高端差异化的需求，这一点绝对应该保留。但我们也需要认真考虑开发一个欧洲平台战略，在这个战略中，80%的堆栈可以重复使用。老实说，我认为我们离这个目标还很远。”

作为计算领域中监管最严格的领域之一，人工智能在态度、法律和应用方面存在巨大的地区差异。莫兰表示，模块化再次是解决这一问题的答案。一家汽车制造商可能会开发一个使用RISC-V CPU芯片的单一全球硅基，但根据市场不同而改变人工智能组件。

除了提供访问权限外，还可能启用特定地区的功能：中国的版本可以使用针对复杂城市驾驶进行本地化调整的NPU，而德国市场的版本则换成了更强大的GPU芯片，能够在150英里/小时以上的速度下在高速公路上实现车道变换辅助。统一的芯片架构在降低成本的同时，实现了精确的地区适应性。

RISC-V在汽车领域的迅猛势头是不可否认的。供应商告诉我们，他们不再推销RISC-V，而是与已经深信不疑的原始设备制造商讨论实施细节。首要问题是什么？他们能多快推进。

“从我们的角度来看，我们看不到任何替代方案——就这么简单”，洛佩斯说。“我们早就预见，行业将需要RISC-V独特提供的东西。如果社区做得正确，汽车领域就不应该有任何替代RISC-V的必要。”

“未来的出行方式正在这里、现在被构建，而且它是开放的”，施奈德说。“通过RISC-V，我们正在共同塑造出行的未来。”