Les véhicules définis par logiciel suscitent une vague d'activité dans l'écosystème automobile, notamment de nouvelles méthodologies et approches technologiques qui pourraient réduire considérablement les coûts et les délais de commercialisation des fonctionnalités avancées.

L’approche SDV englobe plus qu’un seul concept. Il est utile de le considérer davantage comme une approche de modélisation qui connecte les véhicules électriques, la technologie d’aide à la conduite et la conduite entièrement autonome, ainsi que tout un tas d’autres fonctionnalités et services. Les SDV fonctionnent comme des modèles sur la manière dont les logiciels et le matériel interagissent, tout en étant suffisamment flexibles pour effectuer des ajustements avec des résultats prévisibles.

"Au cours des cinq dernières années, beaucoup de choses ont bouleversé l'industrie automobile", a déclaré Suraj Gajendra, vice-président des produits automobiles et des solutions logicielles chez Bras. « Même avant le Covid, il y avait beaucoup de discussions autour de la conduite autonome. Puis Covid a frappé et les attentes ont été réinitialisées. À l'époque, je me souviens encore d'avoir eu des conversations informelles avec des gens selon lesquels d'ici 2024 ou 2025, nous aurons une autonomie de niveau 4 ou 5 sur la route. Dans l'industrie automobile, les gens ont réalisé que l'autonomie n'était qu'une pièce du puzzle dans l'évolution en cours dans l'industrie automobile.

C'est là que les SDV entrent en jeu. "Le véhicule défini par logiciel permet une meilleure autonomie, mais en même temps, il est également important aujourd'hui dans les voitures que nous conduisons pour la possibilité de se mettre à niveau, d'avoir de nouvelles applications, la capacité de surveiller les choses", a déclaré Gajendra. . « Nous sommes au milieu de cette évolution massive, et elle se produit à un rythme auquel l'industrie automobile n'est normalement pas habituée. De nombreuses personnes différentes dirigent l’industrie. Il ne s'agit pas des fournisseurs OEM traditionnels, des fournisseurs de niveau un à ceux de niveau deux en passant par les fournisseurs IP. L’ensemble de la chaîne d’approvisionnement évolue massivement. De nombreux développeurs de logiciels se lancent désormais dans le jeu et proposent de nouvelles applications. 2023 a été une année de stabilisation depuis la réinitialisation. Je m’attends à ce que les années 2024 et 2025 soient passionnantes en termes de progression beaucoup plus rapide de cette évolution, et je vois cette évolution se poursuivre pendant au moins trois ou quatre ans supplémentaires. D’ici là, le véhicule défini par logiciel sera probablement une norme, mais la possibilité d’utiliser certaines des nouvelles applications dans les véhicules sera une norme à l’horizon 2027-2028. »

Une fois mis en œuvre, les SDV peuvent aider à résoudre les difficultés liées aux méthodologies de changement ponctuelles et progressives pour la mise en œuvre de technologies automobiles avancées.

« La grande nouveauté du secteur automobile évolue régulièrement, mais pour l'instant, tout tourne autour des véhicules définis par logiciel », a déclaré David Fritz, vice-président des systèmes hybrides et virtuels chez Siemens Digital Industries Software. « Et comme pour toutes les autres modes qui ont envahi l'industrie, il faut un certain temps pour comprendre et normaliser les définitions de presque tout ce qui est nouveau. Qu’est-ce qu’un véhicule défini par logiciel exactement ? L’industrie automobile adore s’accrocher à ces étiquettes, et tout le monde les adopte, quelle que soit la direction qu’ils prennent. Une fois qu’ils se sont unis, ils découvrent que ce n’est pas très différent de ce dont nous parlions il n’y a pas si longtemps. En effet, tout le monde voit qu'il existe de grandes opportunités dans le secteur automobile, mais nous constatons encore énormément d'échecs. De nombreuses entreprises font faillite et nous assistons toujours à de plus en plus de consolidations. Cependant, l’écosystème automobile arrive enfin au point où il comprend exactement ce qu’il ne sait pas et ce qu’il doit comprendre. "

Le concept SDV existe depuis un certain temps, mais il a été largement ignoré par de nombreux constructeurs automobiles établis. Danny Shapiro, vice-président de l'automobile chez NVIDIA, a souligné que l'approche SDV était centrale depuis que son entreprise a commencé à développer des technologies pour les voitures. « Il s'agissait toujours d'un ordinateur programmable installé dans le véhicule », a-t-il déclaré. « Nous n'avons jamais été un fournisseur de puces pour l'industrie automobile. C'était l'ancien modèle. Les gens disaient : « Nous devons faire cette chose dans la voiture. D'accord, concevons une puce. Vous coderiez en dur les fonctionnalités de cette puce, vous les mettriez dans une boîte et elles iraient au niveau un. Ensuite, le constructeur l'installait dans la voiture, et il faisait cette seule chose. Vous n'y avez plus jamais touché. C'est essentiellement l'évolution de l'industrie automobile depuis plusieurs décennies. Et maintenant, il y a 100 de ces ECU sous le capot et 60 miles de fil. Cependant, de la même manière que nous ne disons pas que nous avons un ordinateur défini par logiciel ou un téléphone défini par logiciel, nous pourrons éventuellement abandonner le terme « défini par logiciel » et simplement l'appeler une voiture.

Cela ne diminue toutefois pas l’importance de cette tendance. L’électrification, l’assistance à la conduite et l’autonomie restent les grands objectifs. Le défi a été de savoir comment les réaliser de manière fiable, rapide et à un coût raisonnable, et les SDV contribuent à atteindre ces objectifs.

"Cela reste inchangé par rapport à 2023", a déclaré Judy Curran, CTO pour l'automobile chez Ansys. « Dans le même temps, je constate une tendance générale vers l’abordabilité et l’efficacité pour tous ces produits. Oui, nous voulons tous conduire des véhicules électrifiés, mais pour le moment, les consommateurs ne les achètent pas aussi facilement. Même si nous souhaitons que cela se produise, et même si de nombreux équipementiers ont construit des usines de batteries et ont déclaré qu’ils seraient 100 % électriques d’ici une certaine année, certains ralentissent parce que le consommateur doit suivre.

Curran souligne deux raisons principales pour lesquelles l’adoption des véhicules électriques ralentit. « L’un d’entre eux est le prix abordable des véhicules électriques », dit-elle. « Il s'agit encore d'un gros changement, plus qu'un moteur à combustion partout dans le monde, à l'exception de la Chine. Et bien sûr, les taux d’intérêt n’ont pas aidé. Les équipementiers et les fournisseurs réfléchissent réellement à la manière de rendre ces véhicules électriques plus abordables, et cela concerne le prix à la pièce des composants du véhicule, mais aussi la manière dont ils développent les véhicules. S'ils peuvent les concevoir plus rapidement et plus efficacement, ils n'auront pas à répartir le coût de l'ingénierie dans le prix du véhicule. En outre, les consommateurs s'inquiètent toujours du fait que « mon style de vie est x, y, z ». Ce véhicule me permettra-t-il de conduire comme je le souhaite ? Y aura-t-il des bornes de recharge ? Cela dit, il y a beaucoup de travail à faire en matière d'infrastructure de recharge.»

Le rôle des SDV
Il y a également beaucoup de travail à faire avant que l’autonomie totale soit suffisamment fiable et abordable pour une adoption généralisée. Dans un avenir proche, l’accent sera mis sur l’ADAS.

"L'autonomie est compliquée, et quand vous regardez tous les différents environnements, tous les différents scénarios, les personnes, les routes, la météo et les bâtiments, en pensant que vous vous êtes couvert du point de vue de la sécurité, l'autonomie va aller plus loin", » dit Curran. « On a beaucoup écrit sur les milliards de dollars dépensés par les constructeurs automobiles, et certains comme Ford ont arrêté leurs activités autonomes pour économiser de l'argent, parce que, l'autre chose est que lorsque vous essayez d'examiner toutes ces tendances comme suit : un constructeur automobile, vous ne pouvez pas vous permettre de tous les faire. Vous devez sélectionner vos gagnants, et donc les gens ralentissent leur investissement. Cependant, grâce à tous les enseignements tirés de l’autonomie, nous, en tant qu’industrie, développons d’incroyables systèmes ADAS, ce qui est très important. Et les gens vont payer pour ça. Vont-ils payer pour l’électrification ? Peut-être, mais il est rare qu'une personne dise qu'elle ne veut pas payer pour un dispositif de sécurité. J'ai découvert au cours de mes années chez Ford que les ADAS étaient quelque chose pour lequel les gens étaient prêts à payer parce que qu'il s'agisse d'eux-mêmes, de leurs enfants, de leurs personnes âgées, de leurs parents, peu importe, les gens veulent la sécurité.

Une approche SDV est un moyen d’y parvenir plus rapidement et plus efficacement, mais elle nécessite un écosystème pour la rendre viable. « Il est important de fournir une gamme de solutions de semi-conducteurs évolutive pour permettre aux clients d'effectuer la transition vers les SDV à leur propre rythme », a déclaré Daniel Sisco, directeur principal de l'architecture des systèmes numériques chez Renesas Electronics. « Cela signifie que la flexibilité nécessaire pour couvrir toutes les gammes de véhicules et toutes les applications logicielles est essentielle. »

À ce stade, Renesas a annoncé une feuille de route pour la prochaine génération de SoC R-Car Gen5, qui est une famille évolutive parfaite pour une application sur tous les modèles, applications et classes de véhicules.

Dans le même esprit, les FPGA continueront à jouer un rôle ici en raison de leur flexibilité inhérente. « Il y a certainement des FPGA dans les voitures, avec environ 8 à 10 puces dans une voiture haut de gamme typique », a déclaré Geoff Tate, PDG de Logix flexible, notant que les FPGA sont utilisés pour les applications ADAS et SDV. « Les gens utilisent les FPGA pour leur flexibilité, peut-être pour l'approche définie par logiciel, mais à mesure que les volumes augmentent (étant donné que les FPGA sont chers, volumineux et gourmands en énergie, et qu'il existe de nombreuses autres puces), les gens chercheront à intégrer le FPGA dans une puce de processeur adjacente. Cela réduira les coûts d’énergie, mais conservera une certaine flexibilité. Et avec le FPGA intégré, nous pouvons offrir les mêmes performances que la puce FPGA. Au fil du temps, l’arrivée des FPGA dans l’automobile entraînera une utilisation croissante des FPGA embarqués dans l’automobile.

L’évolution des architectures automobiles présente d’autres défis. Alors que les logiciels automobiles dans l’industrie automobile deviennent de plus en plus complexes et étendus, comment les fabricants de semi-conducteurs gèrent-ils le développement de logiciels pour réduire les complexités et accélérer la mise sur le marché ? Sisco de Renesas a déclaré qu'en utilisant un cadre logiciel commun à tous les MCU et SoC, ainsi qu'à toutes les générations de produits informatiques numériques hautes performances, le temps de développement peut être raccourci et un degré élevé de réutilisation peut être activé. « Renesas se concentre fortement sur le développement précoce utilisant des plates-formes virtuelles, ainsi que sur une plateforme unifiée. nuage plate-forme pour prendre en charge les outils de développement », a-t-il déclaré.

Cybersécurité automobile
La cybersécurité dans les applications automobiles est toujours une préoccupation, et l'approche SDV peut également être utile dans ce domaine.

« En 2024, l'industrie automobile continuera de se concentrer sur la sécurité des puces semi-conductrices en raison d'un contrôle législatif accru et d'une prise de conscience croissante des vulnérabilités matérielles », a déclaré Andreas Kuehlmann, PDG de Cycuité. « Des initiatives réglementaires clés, telles que la Cyber ​​Resilience Act (CRA) de l'UE et le cadre de nomenclature matérielle (HBOM) de l'Agence américaine de cybersécurité et de sécurité des infrastructures (CISA), façonnent les normes mondiales en mettant l'accent sur des méthodologies sécurisées tout au long du cycle de vie d'un produit. L'ARC impose notamment des sanctions importantes en cas de non-conformité, pouvant atteindre 15 millions d'euros, soit 2.5 % du chiffre d'affaires mondial, soulignant l'importance d'intégrer la sécurité dans la conception des puces. La décision de Porsche d'arrêter la production du Macan à moteur thermique dans l'UE en 2024 illustre l'impact de ces réglementations, en particulier pour les véhicules développés avant l'établissement d'exigences en matière de cybersécurité.

Guidé par des normes comme ISO/SAE 21434, le secteur automobile préconise une approche de « sécurité dès la conception » pour améliorer la résilience des véhicules contre les cybermenaces dès les premières étapes de la conception et de la production. « Compte tenu de la nature des vulnérabilités matérielles persistantes, les principaux fournisseurs de semi-conducteurs réclament des pratiques d'assurance de sécurité robustes qui vont au-delà des méthodes traditionnelles », a déclaré Kuehlmann. « À l'approche de 2024, on s'attend de plus en plus à une collaboration entre les équipes de sécurité, de conception et de vérification pour favoriser et renforcer cet état d'esprit. En anticipant la possibilité d'une escalade des menaces, l'engagement de l'industrie à remédier aux vulnérabilités et à renforcer les défenses de sécurité est sur le point de se développer, ouvrant la voie à un paysage automobile plus résilient et plus sûr.

Bart Stevens, directeur principal du marketing produit pour Division de sécurité de Rambus, a déclaré qu'il y avait un effort continu pour éduquer les constructeurs automobiles sur la sécurité en général, ainsi que sur la mise en œuvre de la sécurité – comment le faire de manière robuste et sûre, tout en réduisant les risques de marché.

"Ces informations pourraient être récupérées par l'OEM lui-même, ou ils les utiliseront pour influencer la chaîne de valeur jusqu'aux niveaux un et deux", a déclaré Stevens. « L’objectif est de permettre à quelqu’un de récupérer un dessin et de l’utiliser comme un bloc LEGO en silicium. S'il s'agit d'une conception robuste, avec un environnement de test robuste, dotée d'un bon support et d'une bonne documentation, et désormais certifiée selon les différentes normes automobiles et de sécurité, cette conception certifiée contribue à la réduction des risques pour les clients. Traditionnellement, ils devaient encore certifier leur conception. Dans la plupart des cas, ils obtiendraient une propriété intellectuelle avec une grande promesse d'un vendeur leur disant : « Hé, c'est une bonne chose. Mettez-le dans du silicium et nous vous aiderons à passer la certification. Mais maintenant, nous pouvons lui apposer un certificat et dire : « Ceci a été certifié. Vous pouvez reprendre là où nous nous sommes arrêtés. Et si vous ne modifiez pas notre conception, vous pourriez alors utiliser cela pour accélérer votre certification et, plus important encore, réussir et ne pas échouer alors que vous avez déjà du silicium et que vous devriez autrement revenir en arrière et changer le jeu de masques.

Les variations régionales peuvent créer d’autres problèmes. "Si vous vendez des produits dans le monde entier, ce qui se passe, c'est que les algorithmes de cryptage que la Chine vous fera mettre en œuvre sont différents de ceux des États-Unis", a déclaré Tate de Flex Logix. « Cela signifie que vous devrez peut-être construire deux puces différentes, ce qui coûte très cher, nécessite beaucoup plus d'ingénierie et retarde les calendriers. Et maintenant, vous devez doubler l'inventaire. Et si vos ventes en Chine augmentaient plus rapidement qu’aux États-Unis ? Vous ne pouvez pas leur expédier les chips américaines. Les clients dans cette situation (il s’agit d’ordinateurs portables, de tablettes, etc.) recherchent une approche programmable leur permettant de placer les fonctions de sécurité entre les processeurs. Mais les processeurs ne sont pas toujours assez rapides, c'est pourquoi le FPGA est utilisé pour cela. Ce sera également un problème pour l'automobile à l'avenir, car il existe un grand marché chinois pour les voitures.

Préoccupations à l’échelle du système
La sécurité fonctionnelle et la cybersécurité sont des enjeux majeurs lorsqu’il s’agit de tout cas d’utilisation lié à l’automobile, et ces deux problèmes concernent l’ensemble du système. "Il ne s'agit pas seulement de conduite autonome ou d'une application spécifique", a déclaré Gajendra d'Arm. « C'est tout ce que vous avez à voir avec la voiture, car des vies sont en jeu. La voiture doit s'assurer qu'elle remplit les fonctions qu'elle est censée remplir, qu'il s'agisse d'une autonomie de niveau 2+ ou de niveau 5. Elle doit fonctionner correctement. De plus, en cas de dysfonctionnement, il doit pouvoir soit revenir à un état sûr, soit informer le conducteur qu'il y a un problème afin qu'il puisse en prendre le contrôle total.

Ici aussi, l’approche SDV peut être utile. « Si vous parlez à quelqu'un qui travaille dans l'industrie automobile traditionnelle depuis longtemps, il vous dira que l'avantage d'avoir une architecture de calcul distribuée est qu'il peut garantir que le système de freinage est complètement isolé, par exemple, du système d'infodivertissement » » a noté Gajendra. « Ils diront : « Écoutez, mes ordinateurs qui gèrent le freinage du véhicule et toutes les fonctions du véhicule sont complètement isolés de la lecture de votre musique. Je veillerai à ce qu'il n'y ait aucun problème en tant que tel dans mon système de freinage. Mais lorsqu’ils consolident toutes ces fonctions dans une plate-forme informatique centrale de voiture, s’il y a un problème dans le logiciel du système d’infodivertissement et s’il fonctionne mal pour une raison quelconque, personne n’y perdra la vie. Ma chanson préférée ne joue pas. Bien. Mais si ce problème logiciel interfère avec une fonction du véhicule, maintenant que nous avons consolidé l'architecture, alors c'est un problème. Vous ne voulez pas avoir ce problème logiciel ou cette interférence lorsque vous roulez à 70 miles par heure sur une autoroute, ou vous ne voulez pas que la voiture mette automatiquement à jour son logiciel lorsqu'elle roule à 70 miles par heure. Un autre exemple est, par exemple, pour les personnes qui conduisent à Londres, la société d'applications de stationnement dispose désormais d'informations sur la passerelle de paiement qui doivent être transmises. Certaines informations de carte de crédit doivent être transmises, il y a donc également des aspects de sécurité dont ils doivent également tenir compte. Pour que quiconque puisse utiliser à l’aise les fonctionnalités proposées par la société d’applications, il doit être assuré que les directives appropriées en matière de cybersécurité sont respectées.

Des normes nécessaires, mais pas suffisantes
Avec la reconnaissance et le désir de l'écosystème automobile de concevoir, développer et déployer des SDV, un certain nombre de groupes se sont réunis pour collaborer à travers le paysage automobile afin de faire de cela une réalité. En mars 2023, AUTOSAR, COVESA, Eclipse SDV et SOAFEE ont réalisé qu'une collaboration était nécessaire, non seulement au sein d'un consortium, mais entre eux. Cela a conduit à la « collaboration des collaborations » de l'Alliance SDV, pour aider à clarifier les contributions que chaque consortium apporte à SDV, puis à travailler activement ensemble pour démontrer leur interconnexion et leur synergie.

Selon l'annonce de SDV Alliance, l'objectif principal de la collaboration est d'aligner les efforts dans l'écosystème SDV, et en adoptant les descriptions existantes de SDV de chacun de ces efforts, ainsi que d'autres organisations externes, la SDV Alliance se mettra d'accord sur un plan clair. et une définition unifiée de ce qui constitue une SDV. L'Alliance examinera ensuite les différentes technologies, méthodologies et normes de chaque organisation et montrera comment elles peuvent travailler ensemble pour le développement du SDV.

Reconnaissant que le SDV est conceptuellement trop complexe pour être géré par un seul consortium industriel, et en examinant chacune des compétences de base de l'organisation et les différents environnements d'exécution, l'Alliance mettra en commun ces compétences pour créer une vision commune du SDV. L'Alliance SDV prévoit également de mettre en avant l'alignement technique entre les différentes entreprises.

Fig. 1 : Architecture de véhicule basée sur SOAFEE. Source : Bras

Fritz de Siemens s'attend à ce qu'au second semestre 2024, les acteurs de l'écosystème automobile qui comprennent vraiment la dynamique de l'industrie deviendront évidents. « Nous allons commencer à rencontrer des gens qui ont une vision globale de ce qu'il faudra faire pour faire de SDV une réalité. J'aime revenir sur les téléphones intelligents, car de nombreuses nouvelles méthodologies ont été mises en œuvre pour les téléphones intelligents, et elles sont désormais courantes. Pour des fonctionnalités telles que la possibilité d'exécuter le logiciel avant d'enregistrer le matériel, nous le faisons depuis 15 ans. Mais cela ressemble à de la magie noire pour les constructeurs automobiles. Lorsque vous expliquez que les véhicules définis par logiciel signifient que le logiciel doit définir ce que le matériel va faire, ils demandent : « Comment fait-il cela alors que le matériel n'existe pas ? Il existe toute une méthodologie pour comprendre cela. Et puis ils demanderont : « Et si le logiciel n’existe pas ? »

Il existe bien sûr des outils qui font la synthèse matérielle et logicielle. « Les constructeurs automobiles ne savent pas exactement ce dont ils ont besoin, mais ils commencent à comprendre qu'il existe un bon point de départ », a déclaré Fritz. « Ils savent qu'il doit se comporter comme « ceci » et comme « cela ». Il existe des systèmes de développement qui génèrent du matériel et des logiciels avec ce comportement, afin qu'ils puissent ensuite collecter les métriques et dire : « Non, ce n'est pas correct ». Une fois qu'ils ont résolu ce problème, ils peuvent alors se séparer entre le chemin logiciel et le chemin matériel, développer des modèles plus détaillés du matériel, puis revenir en arrière et exécuter une implémentation plus détaillée du logiciel pour voir s'ils sont toujours sur la bonne voie. C'est un véhicule défini par logiciel. Cela nécessite des choses comme SOAFEE et une méthodologie agile, mais sans ce processus sous-jacent et les outils pour le prendre en charge, ce n'est qu'une chimère. Certaines entreprises s’en rendent compte. Mais plusieurs changements de méthodologie doivent être apportés ici. Nous devons arriver au point où nous pouvons dicter ce que le matériel va faire en fonction des charges de travail de nos logiciels, et ne pas simplement dire : « Nous avons une fiche technique que nous avons obtenue de nos Tier One ». Lequel préférons-nous ?'

Conclusion
Il est généralement admis que les anciennes approches ne fonctionnent pas pour des véhicules de plus en plus complexes. En conséquence, de nombreux projets EDA explorent déjà le secteur automobile pour tirer parti de l’approche SDV.

"Nous allons nous retrouver avec des exigences matérielles et logicielles détaillées", a déclaré Fritz. «Ensuite, le constructeur automobile lancera des appels d'offres et des demandes de devis, sur la base des exigences imposées par le constructeur OEM, qui ont évolué au cours des cinq ou six dernières années. Cela se concrétise enfin lorsque le fabricant d'équipement d'origine déclare : « Je dois contrôler mon propre destin. Je dois disposer des outils et de l'expertise en interne pour diriger mes fournisseurs et ne pas laisser les fournisseurs me diriger.

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• La source: https://semiengineering.com/software-defined-vehicles-ready-to-roll/