自駕車安全需求遽增　處理器效能門檻拉高

　　安全成自動(dòng)駕駛設(shè)計(jì)首要基礎(chǔ)。因應(yīng)此一趨勢(shì)，半導(dǎo)體業(yè)者紛紛推出各種感測(cè)元件，以確保行駛安全性。與此同時(shí)，半導(dǎo)體廠商及車廠也持續(xù)強(qiáng)化處理器及聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全防護(hù)性能，以便打造內(nèi)外都安全可靠的自駕車。

　　自動(dòng)駕駛安全性越來(lái)越受重視，為提升自駕車整體安全性，半導(dǎo)體廠商致力發(fā)展各式感測(cè)元件，車廠與系統(tǒng)廠則致力于感測(cè)器融合之技術(shù)發(fā)展，以確保行車安全。另一方面，強(qiáng)化自駕車內(nèi)元件效能，以打造更安全的自駕車，也是目前極力發(fā)展的方向之一。隨著車上配備的感測(cè)器元件越來(lái)越多，如何使汽車處理器針對(duì)車用感測(cè)器傳來(lái)的資訊，即時(shí)做出正確的分析，并防止駭客入侵、竊取資料將是未來(lái)自動(dòng)駕駛發(fā)展重點(diǎn)。

　　車聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來(lái)　保密防駭少不了

　　圖1　高通產(chǎn)品市場(chǎng)高級(jí)總監(jiān)葉志平表示，因應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)需求，高通推出Snapdragon 820A車聯(lián)網(wǎng)參考平臺(tái)，具備高可擴(kuò)充性。

　　因應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，不少半導(dǎo)體業(yè)者已經(jīng)紛紛推出相關(guān)聯(lián)網(wǎng)解決方案以搶攻市場(chǎng)商機(jī)，例如高通(Qualcomm)便利用旗下Snapdragon 820A設(shè)計(jì)一個(gè)車聯(lián)網(wǎng)參考平臺(tái)。

　　高通產(chǎn)品市場(chǎng)高級(jí)總監(jiān)葉志平(圖1)表示，此一平臺(tái)的設(shè)計(jì)概念包括以下幾點(diǎn)：第一，該公司想使用一個(gè)具有可擴(kuò)充性的方式，讓不同的特性可以被應(yīng)用在同一個(gè)平臺(tái)上，讓它有所延伸，如果須要換射頻、藍(lán)牙、Wi-Fi、GPS或4G到5G的時(shí)候變得非常簡(jiǎn)單。

　　第二，在有多種無(wú)線技術(shù)共存的情況下，OEM(原始設(shè)備制造商)設(shè)計(jì)最難的部分就是解決非常復(fù)雜的相互干擾。該公司做的參考設(shè)計(jì)能解決干擾的問(wèn)題，從而讓多個(gè)無(wú)線技術(shù)同時(shí)存在?；旧弦恍﹤鹘y(tǒng)的連接功能可能都放在電子控制單元(ECU)上面，或者資訊娛樂(lè)上。高通現(xiàn)在做的車聯(lián)網(wǎng)參考平臺(tái)可以把所有天線、Wi-Fi及射頻都集中在車?yán)锓胖锰炀€的部位，讓這些汽車OEM在設(shè)計(jì)中控的時(shí)候，可以將所有的射頻無(wú)線電放在一起。如果須更新這些連接技術(shù)，只須更換這個(gè)車聯(lián)網(wǎng)參考平臺(tái)就可以，而中控系統(tǒng)、螢?zāi)患败嚴(yán)锩娴钠渌麞|西不用再更新。

　　然而，車聯(lián)網(wǎng)就跟智慧型手機(jī)，或是IoT市場(chǎng)一樣，都須要確保資料傳輸過(guò)程中不受駭客入侵影響。針對(duì)此一需求，高通也備有相關(guān)技術(shù)，如SmartProtect技術(shù)，提供在裝置上的即時(shí)惡意軟體偵測(cè)、分類與來(lái)源分析，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)惡意軟體解決方案的不足，更能分析與辨識(shí)更新特征前的新威脅。其余還有Sense ID指紋技術(shù)、SafeSwitch防盜技術(shù)，以及StudioAccess內(nèi)容保護(hù)技術(shù)等。

　　圖2　英飛凌汽車安全市場(chǎng)經(jīng)理王龍飛指出，為防止駭客攻擊，MCU搭配硬體安全模組(HSM)，可增強(qiáng)資訊防護(hù)效用。

　　除高通之外，針對(duì)車類聯(lián)網(wǎng)防護(hù)，英飛凌(Infineon)也備有相關(guān)安全防護(hù)措施。英飛凌汽車安全市場(chǎng)經(jīng)理王龍飛(圖2)指出，為防止駭客攻擊，目前車內(nèi)的微控制器(MCU)，都須具備安防效能。

　　例如，英飛凌旗下AURIX系列微控制器，皆整合了一個(gè)硬體安全模組(HSM)，以滿足未來(lái)車聯(lián)網(wǎng)的各種安全和保護(hù)需求。此一HSM采用英飛凌自行開發(fā)的加密技術(shù)，可確實(shí)防止駭客入侵行為，避免資料遭竊取。

　　與此同時(shí)，隨著車聯(lián)網(wǎng)的興起，加上這幾年發(fā)生不少起汽車遭駭客入侵事件;由歐洲主要車廠組成的EVITA聯(lián)盟，也因駭客事件加速了安全硬體擴(kuò)展(Security Hardware Extension, SHE)與硬體安全模組(Hardware Security Module, HSM)等相關(guān)規(guī)定的制定進(jìn)程。目前已有許多車廠投入車身網(wǎng)路的安全機(jī)制設(shè)計(jì)，SHE將率先于2018～2019年后的車種全面普及。

　　圖3　瑞薩行銷事業(yè)部汽車應(yīng)用行銷部主任黃源旗透露，針對(duì)EVITA聯(lián)盟的規(guī)定，該公司已推出ICUS硬體，以呼應(yīng)HSM的需求。

　　臺(tái)灣瑞薩電子(Renesas Electronics)行銷事業(yè)部汽車應(yīng)用行銷部主任黃源旗(圖3)分析，車廠所設(shè)計(jì)的汽車，如果層層防護(hù)沒(méi)有做好，就很容易被駭客入侵。理論上，車身網(wǎng)路會(huì)有一個(gè)實(shí)體的系統(tǒng)架構(gòu)，由SoC通往MCU，再通往車身網(wǎng)路。

　　由于SoC所需的安全等級(jí)比較低，會(huì)用一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)制和MCU進(jìn)行溝通，如傳輸影像、資料等，但若系統(tǒng)設(shè)計(jì)得過(guò)于簡(jiǎn)單，便能讓駭客得以恣意去更新韌體，更新完畢后，將可以直通車身網(wǎng)路，而車身網(wǎng)路若又沒(méi)有經(jīng)過(guò)加密，就可以送一個(gè)假的命令(Command)去控制汽車。

　　所以駭客破解三個(gè)地方，第一個(gè)是SoC安全性，第二個(gè)是系統(tǒng)架構(gòu)沒(méi)有設(shè)計(jì)好，第三個(gè)是沒(méi)有加密的車身網(wǎng)路。MCU像是一個(gè)防火墻，如果設(shè)計(jì)良好，將有能力把許多惡意攻擊擋在外面。

　　因此，黃源旗表示，車廠現(xiàn)已開始要求晶片廠，要在晶片加上這樣的加密機(jī)制，針對(duì)EVITA聯(lián)盟的規(guī)定，瑞薩所推出ICUS硬體便是呼應(yīng)SHE的需求，之后2018～2019年后的車種，將全面采用此種安全機(jī)制，而開發(fā)中的ICUM硬體，則是呼應(yīng)HSM的需求。

　　ICUS是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的機(jī)制，里面會(huì)有車廠所放的密鑰，采對(duì)稱式加密。當(dāng)收到封包時(shí)，會(huì)先丟到里面來(lái)，跟加密/解密的單元告知，要用哪一支鑰匙去解密;解完之后，MCU再處理;處理完之后，再放進(jìn)來(lái)，加密完之后再丟出去，確保車身安全通訊的安全性。因?yàn)楝F(xiàn)在車身通訊都是透過(guò)明碼傳輸，只要去量測(cè)，就可以知道每個(gè)位元代表什么意思。

　　汽車來(lái)講的話，一般使用ICUS便十分足夠，例如檔位訊號(hào)、測(cè)速訊號(hào)，使用此一組較低安全性的密碼，即可做到安全防護(hù)。而ICUM則是應(yīng)用在車身閘道器、車身控制器、引擎控制器、EPS這類需求較高的元件，進(jìn)一步將MCU跟車身網(wǎng)路之間的資料作連結(jié)。

　　ICUM里面有一個(gè)獨(dú)立晶片，電源啟動(dòng)時(shí)，會(huì)先去確認(rèn)MCU里的韌體、資料是不是都是正確的，并會(huì)有一個(gè)簽章的動(dòng)作，檢查程式是否有被竄改過(guò)，確認(rèn)無(wú)誤后才會(huì)去執(zhí)行程式，安全等級(jí)就會(huì)再高一層。另外，因?yàn)樗橇硪活wMCU，因此還可以做其他比較復(fù)雜的運(yùn)算，像是密碼如果一直都是同一組，且一直使用的話，可能被逆向工程破解，其可在中間產(chǎn)生不同的密鑰，像是一次性的密碼，來(lái)有效防止這樣狀況發(fā)生。

　　安全需求高漲　數(shù)據(jù)判讀更關(guān)鍵

　　許多汽車購(gòu)買行為分析顯示，消費(fèi)者在購(gòu)買汽車時(shí)，安全性的考量因素，明顯占了非常重的分量。值得關(guān)注的是，現(xiàn)今除了雷達(dá)可協(xié)助汽車偵測(cè)危險(xiǎn)物體，市面上更出現(xiàn)了功能性安全模組，使其能進(jìn)階到檢查與判讀訊息的層面，也意味著，過(guò)去傳統(tǒng)消費(fèi)性電子，所采用的單純接收訊息，已無(wú)法滿足車聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的大數(shù)據(jù)需求。

　　王龍飛表示，車用感測(cè)器融合將搜集所有發(fā)射訊號(hào)，包括雷達(dá)、光達(dá)、攝影機(jī)、GPS及通過(guò)網(wǎng)路所傳過(guò)來(lái)的訊號(hào)，收到后便會(huì)綜合判斷，是否有車禍、距離多遠(yuǎn)、什么地方該減速，這些運(yùn)算都會(huì)在感測(cè)器融合的盒子里進(jìn)行。感測(cè)器融合要求的已不僅是數(shù)據(jù)處理能力要強(qiáng)大，還須要求數(shù)據(jù)處理必須是正確的。

　　由英飛凌所提供的Aurix安全解決方案，便可作為感測(cè)器融合晶片后端的功能安全保障。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)顯示前面有一個(gè)人，車輛必須煞車，Aurix會(huì)幫系統(tǒng)再確認(rèn)一次，前面到底有沒(méi)有人，以確保數(shù)據(jù)處理的正確性。目前已有不少知名車廠采用。

　　黃源旗則指出，為使CPU做出正確的判斷，便須針對(duì)不同的應(yīng)用來(lái)調(diào)整CPU的錯(cuò)誤檢測(cè)速度(Turn-around Time, TAT)，也就是錯(cuò)誤發(fā)生，到發(fā)現(xiàn)后的時(shí)間點(diǎn)。例如有些較低階的CPU，可能是每100毫秒(100 millisecond)才檢測(cè)一次，但在這100毫秒之間，若下出了錯(cuò)誤的指令，可能就已無(wú)法補(bǔ)救了。因此，針對(duì)越高的安全需求，其檢測(cè)錯(cuò)誤時(shí)間也要越短，同時(shí)也須有不同的設(shè)計(jì)。

　　以瑞薩旗下RH850系列產(chǎn)品為例，若是車身閘道器、安全氣囊等應(yīng)用，安全需求相對(duì)較低，便可容許較長(zhǎng)的錯(cuò)誤檢測(cè)時(shí)間，因此，便會(huì)采用單一核心的設(shè)計(jì)，再加上一些備援(Redundant)機(jī)制確保輸入、輸出資料正確。若是安全需求較高，像電子輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)跟煞車系統(tǒng)，無(wú)法允許長(zhǎng)時(shí)間的錯(cuò)誤檢測(cè)，必須要在很短的時(shí)間內(nèi)做出判斷，瑞薩便采用雙核心的架構(gòu)。此一設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于，采用雙核心跑一樣的程式，可具備相互監(jiān)控、比較的效用，當(dāng)兩顆核心各自跑出不同的數(shù)據(jù)時(shí)，便可立即進(jìn)行驗(yàn)證運(yùn)算，以檢測(cè)是哪顆核心出錯(cuò)，避免下出錯(cuò)誤的指令。

　　另一方面，因應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析需求，以及確保資訊正確性，深度學(xué)習(xí)也扮演相當(dāng)重要的角色。為此，高通Snapdragon處理器結(jié)合Zeroth深度學(xué)習(xí)平臺(tái)，不論是合作廠商還是經(jīng)過(guò)高通訓(xùn)練過(guò)的神經(jīng)網(wǎng)路平臺(tái)均可搭載Snapdragon 820A處理器，幫助其完成自動(dòng)駕駛的功能。

　　通過(guò)搭載Snapdragon 820A，神經(jīng)網(wǎng)路資訊平臺(tái)可以較為完美地利用晶片上的DSP、GPU、CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)算與網(wǎng)路溝通情況。簡(jiǎn)單舉例，內(nèi)建神經(jīng)網(wǎng)路后，通過(guò)運(yùn)算平臺(tái)上千次的重復(fù)記憶，Snapdragon 820A將可自行分辨出車、人與其他物體的區(qū)別。當(dāng)然，這些都是在出廠前就會(huì)完成的神經(jīng)網(wǎng)路訓(xùn)練，而不是在車輛出廠后才執(zhí)行。

　　除高通之外，NVIDIA也致力于提升車用深度學(xué)習(xí)平臺(tái)之能力。NVIDIA資深工程師蘇家興提到，過(guò)往要辨識(shí)影像時(shí)，須透過(guò)專家將該物體的特征寫進(jìn)演算法，若持續(xù)有新素材，就必須花費(fèi)人力不停修改演算法。但透過(guò)深度學(xué)習(xí)，輸入大量資料進(jìn)行訓(xùn)練后，搭配強(qiáng)大的運(yùn)算能力，便可讓汽車能感測(cè)周遭環(huán)境并自動(dòng)導(dǎo)航行進(jìn)。

　　為加速自動(dòng)駕駛發(fā)展，提供消費(fèi)者更安全的駕駛體驗(yàn)，NVIDIA推出首款車載人工智慧引擎--NVIDIA DRIVE PX2。該產(chǎn)品讓汽車產(chǎn)業(yè)得以運(yùn)用人工智慧處理自動(dòng)駕駛面臨的各種復(fù)雜情境，其采用NVIDIA先進(jìn)的GPU來(lái)處理深度學(xué)習(xí)功能，藉此掌握車子周遭360度的情境，精準(zhǔn)判斷車子所在位置，并推算出安全舒適的行進(jìn)路線。

　　DRIVE PX2結(jié)合了兩顆新一代Tegra處理器，以及兩顆獨(dú)立的Pascal架構(gòu)新一代GPU，能夠提供每秒24兆次的深度學(xué)習(xí)運(yùn)算速度。同時(shí)，DRIVE PX2深度學(xué)習(xí)的能力使其得以快速學(xué)習(xí)如何辨識(shí)日常駕駛中經(jīng)常出現(xiàn)的各種挑戰(zhàn)，例如：道路碎石、行徑離譜的違規(guī)駕駛，以及施工區(qū)域。深度學(xué)習(xí)亦能辨識(shí)多種傳統(tǒng)電腦視覺(jué)技術(shù)所無(wú)法應(yīng)付的狀況，特別是在像大雨、下雪，以及濃霧等惡劣天候，還有包括日出、日落，以及漆黑等光線不足的光照條件。

　　安全意識(shí)抬頭　汽車產(chǎn)業(yè)商機(jī)再起

　　世界各地自動(dòng)駕駛車輛上路測(cè)試新聞日增，讓人們對(duì)未來(lái)運(yùn)輸充滿新愿景，然而，此一趨勢(shì)也牽引出如何確保車輛安全之議題。因應(yīng)日漸高漲的安全意識(shí)，提升安全防護(hù)已成自動(dòng)駕駛設(shè)計(jì)首要基礎(chǔ)，面對(duì)各種不同形式的安全考量，如車身安全、資訊安全、車載電子元件安全等，車廠及半導(dǎo)體廠遭遇的技術(shù)挑戰(zhàn)也屬空前，然而，所開創(chuàng)的商機(jī)也持續(xù)調(diào)高。為此，相關(guān)業(yè)者更致力于研發(fā)相關(guān)解決方案，如車道偏移警示、自動(dòng)緊急煞車、碰撞警示，以及360度環(huán)景影像系統(tǒng)等，除進(jìn)一步提升自動(dòng)駕駛安全性外，也藉此搶占市場(chǎng)商機(jī)。