未來汽車的 7 個關鍵組件

隨着 IAA Mobility 和 2025 年 RISC-V 汽車大會的臨近，我從最近的專家小組中匯集了每個汽車領導者都應該在關注的熱門主題。

作者：James De Vile，RISC-V International 編輯

「汽車在未來五年中的變化將超過未來五十年，」英飛凌科技汽車部門總裁兼首席執行官 Peter Schiefer 説。「傳統架構正在達到極限。這就是為什麼 RISC-V 將改變遊戲規則，實現硬件和軟件之間的協作，」他在慕尼黑舉行的英飛凌 2025 年汽車 RISC-V 生態系統峰會上發表講話時説。

作為汽車半導體技術的全球領導者，英飛凌並非唯一一家持這種信念的公司。在全球汽車生態系統中，來自芯片製造商、原始設備製造商和軟件專家的領導者一致認為：未來的汽車是一個運動的軟件定義計算平臺，要構建它，我們需要從頭開始重新思考整個架構。

RISC-V International 首席執行官 Andrea Gallo 最近參加了幾個備受矚目的小組討論，重點關注製造明天汽車的路徑。從慕尼黑到在路德維希堡舉行的 Automobil Elektronik Kongress （AEK） 「未來計算架構」會議，再到巴黎 RISC-V 歐洲峰會上的「利用 RISC-V 加速汽車創新」小組討論，一個關鍵主題始終如一：我們必須齊心協力，通過開放標準和強大的合作伙伴關係塑造移動出行的未來。

9 月 9 日，RISC-V International 將在慕尼黑 IAA Mobility 附近舉辦 2025 年 RISC-V 汽車會議。從主展覽步行 5 分鍾即可輕松到達，可以輕松參加這兩項活動併成為汽車技術對話的核心。

在這些活動之前，我確定了 7 個關鍵優先事項，這些優先事項由最近小組的主要聲音決定，概述了製造未來汽車所需的條件......

1. 區域架構

英飛凌首席執行官約亨·哈內貝克（Jochen Hanebeck）在慕尼黑發表講話

未來的車輛需要靈活的平臺，這些平臺可以跨計算領域擴展，並隨着新興技術和用户需求而快速發展。從入門級城市汽車到高端自動駕駛車隊，我們需要能夠支持各種性能、安全和能源要求的計算平臺。

「我們正在從分佈式軟件架構轉向區域化和集中式架構轉型，」恩智浦汽車處理器副總裁兼總經理Robert Moran在路德維希堡發表講話時説。這種方法使汽車製造商能夠通過跨車輛系列重複使用平臺組件來簡化開發、優化成本並加速部署。

當今許多路上的汽車都是圍繞基於域的架構構建的，採用域控制器——處理動力總成、信息娛樂、車身控制或 ADAS 等特定領域的專用 ECU。雖然有效，但這種架構會導致 ECU 和佈線的激增，從而增加成本、重量和系統複雜性。

在區域架構中，車輛被劃分爲物理區域（例如，左前、右后），而不是車輛內的功能。每個都由區域控制器管理，並通過一條或多條汽車以太網總線連接。這些控制器整合了其區域內的特定域功能，減少了佈線長度和成本，改善了延迟，並簡化了軟件和硬件集成。換句話説，區域控制器不是由特定於功能的模塊組成的錯綜複雜的網絡，而是充當精簡、集中式計算環境中的智能中心。

在巴黎，Gallo 強調了開放平臺在支持這一轉變方面的可擴展性：「RISC-V 在汽車領域非常有吸引力，因為從ECU擴展到域控制器，再到區域控制器，最后到中央計算單元，都能夠在同一個基本ISA內實現。」

2. 軟件生態系統

沒有軟件，就無法實現軟件定義汽車（SDV）。自2003年以來，AUTOSAR就一直是軟件領域的標準——它是由全球領先的汽車和軟件公司組成的合作伙伴關係，幾乎所有主要的主機廠（OEM）和一級供應商（Tier 1）都參與其中。去年，Andes、HiRain和HPMicro宣佈將攜手共建一個基於RISC-V架構的AUTOSAR軟件生態系統。

此外，還有Automotive Grade Linux（AGL，汽車級Linux）。雖然AGL本身並非開箱即用地適用於安全關鍵型應用（例如，一輛汽車可能會使用AUTOSAR來控制剎車系統，而使用AGL來支持信息娛樂系統），但社區項目（如ELISA項目和AGL功能安全任務組）正在開發中，旨在為基於Linux的系統獲得在儀表盤、高級駕駛輔助系統（ADAS）和遠程通信等安全關鍵型應用場景中的認證。

AGL 已移植到 SiFive Unmatched 和 HiFive Premier P550 開發板上，我們希望在硬件到達之前，能看到一個與 RVA23 兼容的 AGL 版本。但問題在於：隨着汽車製造商之間的競爭加劇，汽車系統開發者必須獲得預硅軟件和工具。值得慶幸的是，圍繞 RISC-V 的熱議正在激勵軟件供應商積極引領潮流。然而，通常的先有雞還是先有蛋的問題出現了；爲了在硅片之前開發，他們需要虛擬原型——就像英飛凌在三月推出的那樣。

英飛凌的托馬斯·施耐德在巴黎發表演講

英飛凌軟件、合作伙伴與生態系統高級總監托馬斯·施耐德（Thomas Schneid，上圖）在巴黎表示：「我們設計的虛擬原型，既旨在賦能整個生態系統，同時也讓那些渴望探索其功能與影響的主力客户能夠提前體驗。這是一項持續進行的計劃，因此該原型的逼真度將不斷提升，隨着時間的推移，也將支持越來越多的應用場景，從而增強不同客户和合作夥伴之間的協作能力。」

從編譯器到操作系統和安全框架，整個工具鏈必須在硅片到達客户之前就已可用並經過充分驗證。這就是為什麼上游貢獻——將RISC-V對硬件的支持直接貢獻給廣泛使用的開源項目如Linux、LLVM、QEMU和Zephyr——如此重要。它確保軟件開發人員可以有信心地構建、測試和部署，而無需為每個芯片重新發明輪子。

強大的上游存在也減少了對一級供應商和原始設備製造商的摩擦，加速了採用，並使長期維護支持變得更加容易——在汽車行業尤其重要，因為平臺必須維護十年或更長時間。這就是像AGL這樣的專用開源平臺發揮作用的地方；AGL專為車輛的長生命周期設計，重點是提供超過10年的支持和向后兼容性。

「RISC-V 對我們作為汽車 OEM 來説是一個絕佳的機會」，大眾汽車軟件集團 CARIAD 半導體主管 Hartmut Schittko 在巴黎舉行的 RISC-V 峰會上發表講話時説。「我們與芯片和軟件的社區越來越緊密，因為它們確實需要完美地協同工作，尤其是在高性能計算 （HPC） 任務方面。」

3. 開放硬件

2025 年 RISC-V 歐洲峰會的小組討論

通過圍繞開放、免版税的指令集架構進行構建，OEM 可以獲得長期控制權並避免單一供應商依賴的陷阱。這對於實現互作性和加速全球創新至關重要。

施耐德表示："RISC-V為我們提供了塑造汽車行業開放標準的機會。英飛凌曾以封閉生態系統著稱，這種模式帶來了可靠性、安全性和高品質。但如今，通過擁抱開放架構，我們肩負着更重大的責任：以一種能確保該模式對我們及整個生態圈可持續發展的方式，積極參與生態系統建設。"

開放硬件的最大優勢之一是它允許優化硬件和軟件的協同設計。OEM 可以精確定製其 RISC-V 內核，確保它們滿足車輛內的特定安全、性能和功能需求。

「傳統上，我們希望通過優化軟件算法或添加更多傳感器來提高準確性」，Codasip 高級首席工程師 Maricel Ventura 説。「RISC-V 開闢了另一個維度：我們也可以優化和定製硬件。這種級別的共同設計極大地改善了我們軟件同事的工作效率。」

施特科表示，從開放標準開始構建供應鏈韌性也簡單得多。「如果做得正確，你將擁有一個面向SDV的通用接口層。這使得更換供應商變得容易得多，並且需要的投資也少得多，而無需拋棄整個軟件堆棧。」

當然，這也為供應鏈引入了良性競爭——為原始設備製造商提供了選擇、槓桿和明確的途徑來減輕供應商鎖定問題。

4. 通過標準進行協作

「汽車是基於標準化的」，施耐德説。「這是確保整個系統正常運行、實現可擴展性並最終提高效率所需的基礎。」

每個小組都呼應的最明確的信息是：開放的成功需要共享所有權。每個人都必須合作，貢獻真正的能力和專業知識，作為回報，生態系統必須為所有相關人員提供可持續、公平的結果。

標準是這種合作的催化劑。如果沒有統一的標準，生態系統就會支離破碎，發展就會放緩。共享規範和接口降低了複雜性並解鎖了整個生態系統的兼容性。應對汽車創新的未來需要跨行業合作，以塑造共享的解決方案、標準和驗證框架。其核心是開放、標準化的計算架構。

「在CPU架構層面，我們通過採用配置文件的概念來對齊並避免不必要的碎片化。」Gallo表示：「我們的新RVA23配置文件定義了一組必須包含在該核心中的擴展，例如向量、位操作和虛擬機。它為開發者提供了一個明確的硬件目標。目標是確保整個生態系統內的一致性和軟件可移植性。」

Quintauris 公司總經理佩德羅·洛佩斯表示：「統一的標準在后台運行，可以減少很多潛在鎖定的風險和影響。這與行業向更高標準化轉變相結合——找到共性和差異之間的正確平衡——是成功的關鍵組合。」

洛佩茲表示：「如果我們希望在可以選擇三到五個IP供應商的行業中避免供應商鎖定，那麼標準化是必不可少的。」他還説，需要一種商業模式，使IP供應商能夠持續創新，同時保持財務可持續性，尤其是考慮到許多項目有5到10年的開發周期。在其他行業，如軟件行業，這導致了整合，只有少數玩家能夠真正參與其中。

合作在安全方面也起着重要作用，Ventura補充道。「我期待看到RISC-V生態系統能夠實現類似AUTOSAR E-GAS（電子油門）的概念，即多家原始設備製造商（OEM）共同建立一個共享的功能安全文化，在這個文化中，供應商擁有相同的概念，但有不同的實現方式。」

5. 安全、保障和實時性能

RISC-V International 首席執行官 Andrea Gallo 於 6 月在路德維希堡舉行的 Automobil-Elektronik Kongress （AEK） 上發表講話

「可靠性是一個三角形：安全、網絡安全和實時性」，Jyotika Athavale（上圖穿紅色衣服 - 當時在 Synopsys，現在是 Waymo 的功能安全主管）説。「我們在標準領域所做的工作解決了這些技術之間對可靠性和互作性的需求。」

該三角形的每一邊在確保對現代汽車系統的信任方面都發揮着獨特的作用。功能安全確保系統在遇到故障時表現可預測。網絡安全保護這種行為免受外部操縱。實時性能確保兩者都在制動、轉向或傳感器融合等物理系統所需的嚴格時序限制內發生。

在硅中形成這種可靠性三角形意味着從系統級的角度看安全性——不僅僅是單獨認證 IP 塊，而是認識到它們作為集成計算平臺的一部分的行為方式。「很高興看到 CPU 有一個的通用安全概念，」Ventura 補充道。「一種是與生態系統合作開發的，而不僅僅是專注於硬件。」她強調，公開討論實施挑戰和常見危險有助於推動 RISC-V 向前發展——不僅作為一個 ISA，而且作為一個既安全又可靠的平臺。

包括 SiFive、Codasip、Andes 和 Nuclei 在內的許多 RISC-V International 成員現在擁有符合 ISO 26262 功能安全標準的汽車 IP。但是，Ventura 指出，雖然 ISO 26262 和 ISO/SAE 21434（網絡安全）是穩健的標準，但它們不是認證。ISO26262包括 ASIL（汽車安全完整性等級）認證框架——雖然不是強制性的，但認證是一個明確的信號。「隨着越來越多的 RISC-V CPU 內核獲得 ASIL-D 或 ASIL-B 認證，這向業界表明我們對我們正在做的事情是認真的。」

隨着汽車計算架構正迅速從分佈式電子控制單元（ECU）向集中式和區域式平臺轉變，重新構想安全性的機遇真實存在。「我們正清晰地看到從傳統ECU向集中式計算的過渡，在這種環境下，像FreeRTOS這樣更安全的實時操作系統（RTOS）解決方案就有了用武之地，」洛佩茲補充道。

6. 模塊化

從核心車輛功能或解決特定問題的角度來看，特別是在安全、實時性和可靠性非常重要的情況下，將推動半導體設計過程中的具體決策。這種模塊化可以在硬件架構層面實現，例如劃分ECU或在不同的SoC上分配功能，或者細化到芯片和芯粒層面。

莫蘭以人工智能為例，說明了一種新的、可能具有爭議的能力。雖然全面實施人工智能是一種冒險的策略，但模塊化使得人工智能能夠在嚴格的限制下自由運行。「這樣，我們可以使汽車製造領域之外的創新進入並加以利用，但仍然保持汽車行業的安全措施」，他説。

「模塊化需要物理內存保護、I/O 保護或管理程序域隔離等功能，」Gallo 表示同意。「這些都是通過新的模塊化擴展推動 RISC-V 架構發展的技術要求。根據您是為 ECU 還是區域控制器設計，然后選擇產品所需的特定擴展。

芯粒提供了一種根本性的模塊化解決方案來解決這個問題。通過使用標準接口將不同的計算組件（CPU、GPU、IO、安全島）組合到一個芯片中，可以帶來顯著的好處，從混合指令集（可能為汽車製造商提供一種系統地在車輛中引入RISC-V的方法）到支持混合生命周期，某些芯粒保持不變，而其他芯粒則進行更新。

IMEC的汽車部門副總裁巴特·普拉克勒表示：「芯片的優勢之一是，你可以非常清晰地在需要高規格（ASIL-D級別）的芯片和不需要的芯片之間實現硬件隔離。例如，你的神經網絡引擎可能不需要完全符合ASIL-D的要求。」

7. 區域適應性

未來的汽車不會在一個地方為所有市場製造，它需要在一定程度上進行定製，以滿足每個地區的不同監管、安全、環境和消費者需求。然而，這種本地化定製必須與一致的全球架構效率相平衡。這就是模塊化和標準發揮關鍵作用的地方。

加洛表示：「RVA23要求在所有地理區域中擴展內容相同。」「我們唯一保留為地區選項的是加密，因為這需要符合國家標準。」

「在歐洲層面，我們應該爭取實現80%的共同架構。"普拉克勒説。「目前，每個原始設備製造商都有自己的操作系統——為什麼我們僅在歐洲就需要六七個系統呢？我完全理解高端差異化的需求，這一點絕對應該保留。但我們也需要認真考慮開發一個歐洲平臺戰略，在這個戰略中，80%的堆棧可以重複使用。老實説，我認為我們離這個目標還很遠。」

作為計算領域中監管最嚴格的領域之一，人工智能在態度、法律和應用方面存在巨大的地區差異。莫蘭表示，模塊化再次是解決這一問題的答案。一家汽車製造商可能會開發一個使用RISC-V CPU芯片的單一全球硅基，但根據市場不同而改變人工智能組件。

除了提供訪問權限外，還可能啟用特定地區的功能：中國的版本可以使用針對複雜城市駕駛進行本地化調整的NPU，而德國市場的版本則換成了更強大的GPU芯片，能夠在150英里/小時以上的速度下在高速公路上實現車道變換輔助。統一的芯片架構在降低成本的同時，實現了精確的地區適應性。

RISC-V在汽車領域的迅猛勢頭是不可否認的。供應商告訴我們，他們不再推銷RISC-V，而是與已經深信不疑的原始設備製造商討論實施細節。首要問題是什麼？他們能多快推進。

「從我們的角度來看，我們看不到任何替代方案——就這麼簡單」，洛佩斯説。「我們早就預見，行業將需要RISC-V獨特提供的東西。如果社區做得正確，汽車領域就不應該有任何替代RISC-V的必要。」

「未來的出行方式正在這里、現在被構建，而且它是開放的」，施奈德説。「通過RISC-V，我們正在共同塑造出行的未來。」