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件平臺，以及移動可能已經編碼在硬件或ROM中的功能，并將它們帶入到標準化硬件上運行的軟件層。軟件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件定義設備，例如智能手機便是，透過應用商店連接到手機，并為手機提供不同的音訊串流能力。

至于軟件定義的車輛，包括了儀表板或ADAS系統。將所有這些能力都整合在一個軟件平臺上，即使硬件保持不變，OEM制造商或系統整合商與供應鏈都可以輕松選擇和更改構成該解決方案的軟件組件。

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，汽車程序的復雜性就越來越高，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，系統的復雜度也越來越高。這些復雜化的發展也為驅使車用操作數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于，若要達成先進駕駛輔助系統（ADAS）、車載信息娛樂系統（IVI）、電氣化動力系統與自動駕駛等目標，程序的復雜性就將越來越高，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

車輛演進后增加的功能及所需的效能，需要由各種不同的算法所構成的軟件來完成。而不同的算法，則需要不同型態的處理器來進行效能優化。例如一般性的算法以CPU為主，GPU則是為了顯示與圖形算法而設計的處理器，至于影像相關的算法有ISP來增進效能，而神經網絡的算法則有NPU來加速。整合這么多種處理器的架構，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設計的復雜度大幅增加，同時芯片及軟件整合設計的難度及挑戰也提高很多。

將硬件（與軟件）區隔開并虛擬化

傳統汽車開發模式的汽車制造商，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件，而且針對硬件與軟件，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，現在車輛的硬件架構已出現變化。底層硬件需要被虛擬化、抽象化，軟件人員則可以此架構來開發具備可移植性、以及滿足不同功能安全要求的應用與服務。同時，也能更容易的導入云原生開發的架構。

關鍵的實時性與功能安全

在實時性與功能要求方面，傳統做法可能是將不同的IP或功能層層迭加，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復雜的系統時，如何在整合的運算單元中處理不同子系統的功能安全與實時性要求，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，以確保車用信息得以安全的傳輸、儲存及處理。

為軟件的可移植性建立標準

透過打造云原生軟件的基礎架構，解決在不同硬件平臺之間軟件可移植性的需求，可以確保在云端開發的軟件，能在不同的異質邊緣平臺進行無縫、快速的部署。

軟件定義汽車的重要性

 
圖二 : 軟件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。而軟件在促成這些演進歷程中所扮演的角色也更形重要，進而影響了軟件的開發、部署及管理，這也意味著以降低成本、時間與復雜性而廣為人知的云端原生開發方式，比起傳統的形式更適合于現代化汽車應用的開發。

至于軟件定義包括了全新的電機電子架構、以及云原生軟件架構。軟件定義之所以重要主要是因為以下原因：

可重組價值鏈

軟件定義將加速推動創新與效率，打破過去價值鏈中定義規格、提供硬件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系人帶來好處與機會。例如：

●車廠與Tier 1：隨著軟件開發的成本大幅降低，以及創新服務在售后的不斷推出，車廠能夠創造新的營收來源。
●生態系：IC設計與軟件供貨商可專注于產品差異化，且軟件定義也讓更多云端應用開發者加入汽車創新行列。
●消費者：更滿意于客制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，可以有效降低硬件的總成本以及軟件的維護成本。例如過去一部車里可能有超過100個MCU，透過集中運算架構，則可能降低至10～20個左右，大幅降低硬件購置、布線的架設，與其他相關軟件維護的成本。

車輛本身即為服務平臺

如同智能手機的使用經驗一樣，未來車輛本身即為服務平臺，透過軟件更新，用戶可不斷享有新的服務與體驗。每次的軟件升級，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。

軟件更新更容易

透過云原生開放架構，軟件可以開發得更快也更安全，也更順利地部署在邊緣平臺上，使軟件更新變得容易。

改善使用者經驗

這點也是如同智能手機的使用經驗，透過每次軟件升級與更新，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

全新的硬件參考平臺（Reference hardware platform）能支持軟件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，于商品化之前，可以在Arm架構的芯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。

硬件處理器優化性能
汽車產業正朝向軟件定義汽車的轉型，應對ECU（Eletronic Control Unit）整合、數據驅動型汽車服務、安全云端連接和服務導向架構等方面問題，需要全新的汽車軟件開發方法。汽車制造商和Tier-1供貨商面臨的全新挑戰，包括了多租戶（multi-tenancy）、網絡管理、云端服務、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汽車網絡處理器的軟件定義汽車應對實時和應用程序開發挑戰。這種汽車整合平臺針對S32G處理器評估、軟件開發和快速原型設計工作提供多種價值主張。

透過實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、開源軟件和第三方軟件，包括安全云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件基礎建設。

另外，基于SiC（碳化硅）的高效能功率模塊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，有助于降低電動汽車成本，延長續航里程，加快充電速度。

ST的Stellar E MCU專為下一代軟件定義電動汽車而設計，在芯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，為車輛生命周期管理提供軟件定義的靈活性。現在，只需一個MCU就能控制整個功率模塊，不僅簡化模塊設計、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，車輛是由硬件和置于其上的軟件所定義的，但這樣的方式正在轉變。像特斯拉這樣的公司，就是透過軟件的構建來制造新一代的汽車。總體而言，我們看到車輛運營中心和車輛軟件平臺的重要性正與日俱增。透過軟件定義，安全無線更新軟件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。