I veicoli definiti dal software stanno determinando un’ondata di attività in tutto l’ecosistema automobilistico, comprese nuove metodologie e approcci tecnologici che potrebbero ridurre significativamente i costi e abbreviare i tempi di commercializzazione delle funzionalità avanzate.

L’approccio SDV comprende più di un singolo concetto. È utile considerarlo più come un approccio di modellazione che collega veicoli elettrici, tecnologia di assistenza alla guida e guida completamente autonoma, oltre a tutta una serie di altre funzionalità e servizi. Gli SDV funzionano come modelli per il modo in cui il software e l'hardware interagiscono, pur essendo sufficientemente flessibili da apportare modifiche con risultati prevedibili.

"Negli ultimi cinque anni, molte cose hanno scosso l'industria automobilistica", ha affermato Suraj Gajendra, vicepresidente per i prodotti automobilistici e le soluzioni software presso Braccio. “Anche prima del Covid si discuteva molto della guida autonoma. Poi arriva il Covid e le aspettative si resettano. Allora, ricordo ancora di aver avuto conversazioni casuali con persone che affermavano che entro il 2024 o 2025 avremo un'autonomia di livello 4 o 5 su strada. Nel settore automobilistico le persone hanno capito che l’autonomia è solo un pezzo del puzzle nell’evoluzione in corso nel settore automobilistico”.

È qui che entrano in gioco gli SDV. "Il veicolo definito dal software consente una migliore autonomia, ma allo stesso tempo è anche importante oggi nelle auto che guidiamo la possibilità di aggiornarsi, avere nuove applicazioni, la capacità di monitorare le cose", ha detto Gajendra . “Siamo nel mezzo di questa massiccia evoluzione, e sta accadendo a un ritmo a cui l’industria automobilistica normalmente non è abituata. Molti tipi diversi di persone stanno guidando il settore. Non si tratta dei tradizionali OEM, dei Tier One, dei Tier Two, dei fornitori IP. L’intera catena di fornitura si sta evolvendo in modo massiccio. Ora ci sono sviluppatori di software che si lanciano nel mercato offrendo nuove applicazioni. Il 2023 è stato un anno di stabilizzazione dopo il ripristino. Mi aspetto che il 2024 e il 2025 siano entusiasmanti in termini di crescita di questa evoluzione a un ritmo molto più rapido, e posso vedere questa evoluzione continuare per almeno altri tre o quattro anni. A quel punto, il veicolo definito dal software sarà probabilmente una norma, ma essere in grado di utilizzare alcune delle nuove applicazioni nel veicolo sarà una norma nel periodo 2027-2028”.

Una volta implementati, gli SDV possono aiutare a risolvere le difficoltà delle metodologie di cambiamento incrementale ad hoc per l’implementazione di tecnologie automobilistiche avanzate.

"La 'grande cosa' nel settore automobilistico cambia regolarmente, ma al momento è tutta una questione di veicoli definiti dal software", ha affermato David Fritz, vicepresidente dei sistemi ibridi e virtuali presso Siemens Digital Industries Software. “E proprio come ogni altra moda passeggera nel settore, ci vuole un po' di tempo per capire e normalizzare le definizioni di qualsiasi cosa sia nuova. Cos’è esattamente un veicolo definito dal software? L'industria automobilistica ama aggrapparsi a queste etichette e poi tutti le portano in qualunque direzione vadano. Una volta che si uniscono, scoprono che non è molto diverso da ciò di cui parlavamo non molto tempo fa. Questo perché tutti vedono che c'è un'opportunità così ampia nel settore automobilistico, eppure stiamo ancora assistendo a un sacco di fallimenti. Molte aziende stanno fallendo e stiamo ancora assistendo a un maggiore consolidamento. Tuttavia, l’ecosistema automobilistico sta finalmente arrivando al punto in cui capiscono esattamente cosa non sanno e cosa devono capire. “

Il concetto SDV è stato diffuso per qualche tempo, ma è stato in gran parte ignorato da molte delle case automobilistiche affermate. Danny Shapiro, vicepresidente del settore automobilistico di NVIDIA, ha osservato che l'approccio SDV è stato fondamentale da quando la sua azienda ha iniziato a sviluppare tecnologia per le automobili. "A bordo del veicolo c'è sempre stato un computer programmabile", ha detto. “Non siamo mai stati fornitori di chip per l'industria automobilistica. Quello era il vecchio modello. La gente direbbe: "Dobbiamo fare questa cosa in macchina". Ok, progettiamo un chip.' Codificheresti in modo rigido le funzionalità di quel chip, lo metteresti in una scatola e andrebbe al primo livello. Quindi l'OEM lo metteva in macchina e faceva quell'unica cosa. Non l'hai mai più toccato. Questa è essenzialmente l'evoluzione dell'industria automobilistica per molti decenni. E ora ci sono 100 di queste ECU sotto il cofano e 60 miglia di cavi. Tuttavia, allo stesso modo in cui non diciamo di avere un computer o un telefono definito dal software, alla fine saremo in grado di abbandonare il concetto di “software-definito” e chiamarlo semplicemente macchina”.

Ciò non diminuisce tuttavia il significato di questa tendenza. L’elettrificazione, l’assistenza alla guida e l’autonomia rimangono i grandi obiettivi. La sfida è stata come realizzarli in modo affidabile, rapido e a un costo ragionevole, e gli SDV aiutano a raggiungere questi obiettivi.

“Questo è invariato rispetto al 2023”, ha affermato Judy Curran, CTO per il settore automobilistico presso Ansis. “Allo stesso tempo, vedo una tendenza generale di convenienza ed efficienza per tutti questi. Sì, tutti noi vogliamo guidare veicoli elettrificati, ma al momento i consumatori non li acquistano così facilmente. Quindi, per quanto vogliamo che ciò accada, e molti OEM hanno costruito impianti di batterie e dichiarato di essere al 100% elettrici entro un certo anno, alcuni stanno rallentando perché il consumatore deve venire con noi”.

Curran sottolinea due ragioni principali per rallentare l’adozione dei veicoli elettrici. “Uno è l’accessibilità economica dei veicoli elettrici”, afferma. “Si tratta comunque di un cambiamento più significativo di un motore a combustione ovunque nel mondo, tranne che in Cina. Poi, ovviamente, i tassi di interesse non hanno aiutato. Gli OEM e i fornitori stanno davvero pensando a come rendere questi veicoli elettrici più accessibili, e questo sia nel prezzo al pezzo dei componenti effettivi del veicolo, ma anche nel modo in cui sviluppano i veicoli. Se riescono a progettarli più velocemente e in modo più efficiente, non dovranno calcolare il costo dell'ingegneria sul prezzo del veicolo. Inoltre, c'è ancora preoccupazione da parte dei consumatori riguardo a "Il mio stile di vita è x,y,z". Questo veicolo mi permetterà di guidare nel modo in cui voglio guidare? Ci saranno stazioni di ricarica?' Detto questo, c’è ancora molto lavoro da fare sull’infrastruttura di ricarica”.

Il ruolo degli SDV
C’è anche molto lavoro da fare prima che la piena autonomia sia sufficientemente affidabile e conveniente per un’adozione diffusa. Nel prossimo futuro, il vero focus sarà sugli ADAS.

"L'autonomia è complicata e quando guardi tutti i diversi ambienti, tutti i diversi scenari, le persone, le strade, il tempo e gli edifici, e pensi di esserti coperto dal punto di vista della sicurezza, l'autonomia andrà ancora più lontano," Curran ha detto. "Si è scritto molto su quanti miliardi di dollari sono stati spesi dalle case automobilistiche, e alcune come Ford hanno chiuso le loro attività autonome per risparmiare denaro, perché, l'altra cosa è, quando provi a guardare tutte queste tendenze come una casa automobilistica, non puoi permetterti di farli tutti. Devi selezionare i tuoi vincitori e quindi le persone stanno rallentando i loro investimenti. Tuttavia, grazie a tutto l’apprendimento derivante dall’autonomia, noi come industria stiamo sviluppando incredibili sistemi ADAS, il che è molto importante. E la gente pagherà per questo. Pagheranno l’elettrificazione? Forse, ma è raro che una persona dica di non voler pagare per una funzionalità di sicurezza. Durante i miei anni alla Ford, ho scoperto che l'ADAS era qualcosa per cui le persone avrebbero pagato perché, che si trattasse di loro stessi, dei loro figli, dei loro anziani, dei genitori, di chiunque altro, le persone vogliono sicurezza.

Un approccio SDV è un modo per raggiungere questo obiettivo in modo più rapido ed efficiente, ma richiede un ecosistema per renderlo praticabile. "È importante fornire una linea di soluzioni di semiconduttori scalabili per consentire ai clienti di effettuare la transizione agli SDV secondo i propri ritmi", ha affermato Daniel Sisco, direttore senior per l'architettura dei sistemi digitali presso Renesas Electronics. “Ciò significa che la flessibilità per coprire tutte le gamme di veicoli e le applicazioni software è fondamentale”.

A questo punto, Renesas ha annunciato una tabella di marcia per il SoC R-Car Gen5 di prossima generazione, che è una famiglia scalabile perfetta per l’applicazione su modelli, applicazioni e classi di veicoli.

Allo stesso modo, gli FPGA continueranno a svolgere un ruolo in questo contesto grazie alla loro flessibilità intrinseca. "Ci sono sicuramente FPGA destinati alle automobili, con circa 8-10 chip in una tipica automobile di fascia alta", ha affermato Geoff Tate, CEO di Logix flessibile, rilevando che gli FPGA vengono utilizzati per applicazioni ADAS e SDV. "Le persone utilizzano gli FPGA per la loro flessibilità, forse per l'approccio software-defined, ma man mano che i volumi aumentano - poiché gli FPGA sono costosi, grandi e assetati di energia, e ci sono molti altri chip - le persone cercheranno di integrare l'FPGA in un chip del processore adiacente. Ciò ridurrà i costi energetici, ma manterrà una certa flessibilità. E con l'FPGA integrato, possiamo offrire le stesse prestazioni del chip FPGA. Nel corso del tempo, gli FPGA destinati al settore automobilistico porteranno a un utilizzo sempre maggiore degli FPGA integrati nel settore automobilistico”.

Ci sono altre sfide legate all’evoluzione delle architetture automobilistiche. Poiché il software automobilistico nel settore automobilistico diventa sempre più complesso ed esteso, in che modo le aziende di semiconduttori gestiscono lo sviluppo del software per ridurre le complessità e accelerare il time-to-market? Sisco di Renesas ha affermato che utilizzando un framework software comune tra MCU e SoC, nonché tra generazioni di prodotti di elaborazione digitale ad alte prestazioni, è possibile ridurre i tempi di sviluppo e consentire un elevato grado di riutilizzo. “Renesas si concentra fortemente sullo sviluppo iniziale utilizzando piattaforme virtuali, nonché unificate nuvola piattaforma per supportare gli strumenti di sviluppo", ha affermato.

Sicurezza informatica automobilistica
La sicurezza informatica nelle applicazioni automobilistiche è sempre una preoccupazione e l’approccio SDV può aiutare anche in questo caso.

“Nel 2024, l’industria automobilistica continuerà a concentrarsi fortemente sulla sicurezza dei chip semiconduttori a causa di un maggiore controllo legislativo e di una crescente consapevolezza delle vulnerabilità hardware”, ha affermato Andreas Kuehlmann, CEO di Cicuità. “Le principali iniziative normative, come il Cyber ​​Resilience Act (CRA) dell’UE e il quadro della distinta base hardware (HBOM) della Cybersecurity and Infrastructure Security Agency (CISA) degli Stati Uniti, stanno modellando gli standard globali enfatizzando metodologie sicure durante tutto il ciclo di vita di un prodotto. In particolare, la CRA impone sanzioni significative per la non conformità, che arrivano fino a 15 milioni di euro o al 2.5% del fatturato globale, sottolineando l’importanza di integrare la sicurezza nella progettazione dei chip. La decisione di Porsche di interrompere la produzione della Macan con motore ICE nell’UE nel 2024 esemplifica l’impatto di queste normative, in particolare per i veicoli sviluppati prima dell’istituzione dei requisiti di sicurezza informatica”.

Guidato da standard come ISO/SAE 21434, il settore automobilistico sostiene un approccio di “sicurezza fin dalla progettazione” per migliorare la resilienza dei veicoli contro le minacce informatiche fin dalle prime fasi di progettazione e produzione. "Data la natura delle vulnerabilità hardware persistenti, i principali fornitori di semiconduttori richiedono solide pratiche di garanzia della sicurezza che vadano oltre i metodi tradizionali", ha affermato Kuehlmann. “Mentre ci avviciniamo al 2024, c’è una crescente aspettativa di collaborazione tra i team di sicurezza, progettazione e verifica per promuovere e rafforzare questa mentalità. Anticipando la possibilità di un’escalation delle minacce, l’impegno del settore nell’affrontare le vulnerabilità e nel migliorare le difese di sicurezza è destinato a crescere, aprendo la strada a un panorama automobilistico più resiliente e sicuro”.

Bart Stevens, direttore senior del marketing del prodotto per Divisione di sicurezza di Rambus, ha affermato che è in corso uno sforzo per educare gli OEM automobilistici sulla sicurezza in generale, nonché sull'implementazione della sicurezza, su come farlo in modo solido e sicuro, riducendo al tempo stesso il rischio di mercato.

"Tale informazione potrebbe essere raccolta dallo stesso OEM, oppure verrà utilizzata per influenzare la catena del valore fino ai Tier One e ai Tier Two", ha affermato Stevens. “L’obiettivo è consentire a qualcuno di prendere un disegno e usarlo come un blocco LEGO in silicio. Se si tratta di un design robusto, con un ambiente di test robusto, dotato di un buon supporto e documentazione e ora certificato secondo i vari standard automobilistici e di sicurezza, questo design certificato aiuta i clienti a ridurre i rischi. Tradizionalmente, dovrebbero comunque certificare il loro progetto. Nella maggior parte dei casi, ottenevano la proprietà intellettuale con una grande promessa da parte di un venditore che diceva: "Ehi, questa è roba buona". Mettilo nel silicio e ti aiuteremo a ottenere la certificazione.' Ma ora possiamo dargli un certificato e dire: "Questo è stato certificato". Puoi riprendere da dove avevamo interrotto. E se non modifichi il nostro design, potresti utilizzarlo per accelerare la tua certificazione e, cosa ancora più importante, superarla e non fallirla quando hai già il silicio e altrimenti dovresti tornare indietro e cambiare il set di maschere.'”

Le variazioni regionali possono creare altri problemi. "Se vendi prodotti in tutto il mondo, quello che succede è che gli algoritmi di crittografia che la Cina ti farà implementare sono diversi da quelli degli Stati Uniti", ha affermato Tate di Flex Logix. “Ciò significa che potresti dover costruire due chip diversi, il che è molto costoso, richiede molta più ingegneria e ritarda i programmi. E ora devi raddoppiare l'inventario. Cosa accadrebbe se le vendite in Cina aumentassero più velocemente di quelle negli Stati Uniti? Non puoi spedirgli i chip americani. Quindi i clienti in quella situazione – e si tratta di laptop, tablet e così via – sono alla ricerca di un approccio programmabile in cui possano inserire le funzioni di sicurezza tra i processori. Ma i processori non sono sempre abbastanza veloci, quindi a questo scopo viene utilizzato l'FPGA. Questo sarà un problema anche per il settore automobilistico in futuro, perché esiste un grande mercato cinese per le auto”.

Preoccupazioni a livello di sistema
La sicurezza funzionale e la sicurezza informatica sono la posta in gioco quando si tratta di qualsiasi caso d’uso legato al settore automobilistico, ed entrambi sono problemi a livello di sistema. "Non si tratta solo di guida autonoma o di un'applicazione specifica", ha affermato Gajendra di Arm. “Tutto ciò che hai a che fare con l'auto, perché ci sono delle vite in gioco. L'auto deve assicurarsi di svolgere le funzioni previste, che si tratti di autonomia di livello 2 o superiore o di livello 5. Deve funzionare correttamente. Inoltre, se si verifica un malfunzionamento, deve essere in grado di raggiungere uno stato sicuro o di far sapere al conducente che c’è un problema in modo che possa assumerne il pieno controllo”.

Anche in questo caso l’approccio SDV può aiutare. "Se parli con qualcuno che opera nel settore automobilistico legacy da molto tempo, dirà che il vantaggio di avere un'architettura di elaborazione distribuita è che può assicurarsi che il sistema frenante sia completamente isolato, ad esempio, dal sistema di infotainment," Gajendra notò. "Diranno: 'Guarda, i miei computer che gestiranno effettivamente la rottura del veicolo e qualsiasi funzione del veicolo sono completamente isolati dalla tua riproduzione di musica. Mi assicurerò che non ci siano problemi di questo tipo nel mio sistema frenante.' Ma quando consolideranno tutte queste funzioni in una piattaforma informatica centrale per l’auto, se si verifica un problema tecnico nel software del sistema di infotainment e se non funziona correttamente per qualsiasi motivo, nessuno perderà la vita lì. La mia canzone preferita non viene riprodotta. Bene. Ma se quel problema tecnico del software interferisce con la funzione del veicolo, ora che abbiamo consolidato l'architettura, allora questo è un problema. Non vuoi che si verifichino problemi o interferenze del software quando vai a 70 miglia all'ora in autostrada, o non vuoi che l'auto aggiorni automaticamente il software quando corre a 70 miglia all'ora. Un altro esempio è, ad esempio, per le persone che guidano a Londra, la società di app per il parcheggio, ora dispone delle informazioni sul gateway di pagamento che devono essere trasmesse. Ci sono i dettagli della carta di credito che devono essere trasmessi, quindi ci sono anche aspetti di sicurezza di cui devono occuparsi. Affinché chiunque possa sentirsi a proprio agio nell’utilizzare le funzionalità fornite dall’azienda app, deve essere certo che vengano seguite le linee guida adeguate sulla sicurezza informatica”.

Standard necessari, ma non sufficienti
Con il riconoscimento e il desiderio dell’ecosistema automobilistico di progettare, sviluppare e implementare SDV, numerosi gruppi si sono riuniti per collaborare in tutto il panorama automobilistico per rendere ciò una realtà. Nel marzo 2023, AUTOSAR, COVESA, Eclipse SDV e SOAFEE si sono resi conto che era necessaria una collaborazione, non solo all’interno di un consorzio, ma tra di loro. Ciò, a sua volta, ha portato alla “collaborazione di collaborazioni” della SDV Alliance per aiutare a chiarire i contributi che ciascun consorzio apporta a SDV e quindi a lavorare attivamente insieme per dimostrare la propria interconnessione e sinergia.

Secondo l'annuncio della SDV Alliance, lo scopo principale della collaborazione è quello di allineare gli sforzi nell'ecosistema SDV e, abbracciando le descrizioni esistenti di SDV da ciascuno di questi sforzi, così come da altre organizzazioni esterne, la SDV Alliance concorderà un chiaro accordo e una definizione unificata di ciò che costituisce un SDV. L'Alleanza esaminerà quindi le diverse tecnologie, metodologie e standard di ciascuna organizzazione e mostrerà come possono lavorare insieme per lo sviluppo dell'SDV.

Riconoscendo che l'SDV è concettualmente troppo complesso per essere gestito da un unico consorzio industriale e analizzando ciascuna delle competenze chiave dell'organizzazione e i diversi ambienti di esecuzione, l'Alleanza metterà in comune queste competenze per creare una visione SDV congiunta. La SDV Alliance prevede inoltre di mostrare l'allineamento tecnico tra le diverse società.

Fig. 1: Architettura del veicolo basata su SOAFEE. Fonte: Arm

Fritz di Siemens prevede che nella seconda metà del 2024 diventeranno evidenti gli attori dell'ecosistema automobilistico che comprendono realmente le dinamiche del settore. “Inizieremo a vedere persone che hanno una visione olistica di ciò che serve per rendere l'SDV una realtà. Mi piace guardare indietro agli smartphone, perché sono state implementate tantissime nuove metodologie per gli smartphone, e ora sono mainstream. Per funzionalità come la possibilità di eseguire il software prima di registrare l'hardware, lo facciamo da 15 anni. Ma questa sembra magia nera alle aziende automobilistiche. Quando spieghi che i veicoli definiti dal software significano che il software deve definire cosa farà l'hardware, ti chiedono: "Come fa a farlo quando l'hardware non esiste?" C'è un'intera metodologia per capirlo. E poi si chiederanno: "E se il software non esistesse?"

Naturalmente ci sono strumenti che eseguono la sintesi hardware e software. "Le aziende automobilistiche non sanno esattamente di cosa hanno bisogno, ma stanno iniziando a capire che esiste un buon punto di partenza", ha affermato Fritz. “Sanno che dovrebbe comportarsi come 'questo' e comportarsi come 'quello'. Esistono sistemi di sviluppo che generano hardware e software con questo comportamento, in modo da poter raccogliere i parametri e dire: "No, non è giusto". Una volta risolto questo problema, possono dividersi nel percorso software e nel percorso hardware, sviluppare modelli più dettagliati dell'hardware e tornare indietro ed eseguire un'implementazione più dettagliata del software per vedere se sono ancora sulla strada giusta. Questo è un veicolo definito dal software. Ciò richiede cose come SOAFEE e una metodologia agile, ma senza questo processo sottostante e gli strumenti per supportarlo, è solo un sogno irrealizzabile. Alcune aziende stanno arrivando a questa realizzazione. Ma ci sono diversi cambiamenti metodologici che devono avvenire qui. Dobbiamo arrivare al punto in cui possiamo dettare cosa farà l'hardware in base ai carichi di lavoro del nostro software e non limitarci a dire: "Abbiamo una scheda tecnica che abbiamo ottenuto dai nostri Tier One". Quale ci piace di più?'”

Conclusione
È generalmente ben noto che i vecchi approcci non funzionano per veicoli sempre più complessi. Di conseguenza, molti progetti EDA stanno già esplorando il settore automobilistico per sfruttare l’approccio SDV.

"Alla fine ci ritroveremo con alcuni requisiti hardware e software dettagliati", ha affermato Fritz. “Quindi l’azienda automobilistica uscirà e presenterà richieste di proposte e richieste di preventivi, in base ai requisiti guidati dall’OEM, che si sono evoluti negli ultimi cinque o sei anni. Finalmente si sta concretizzando il fatto che l'OEM dice: "Devo avere il controllo del mio destino". Devo avere gli strumenti e le competenze interne per guidare i miei fornitori e non lasciare che siano i venditori a guidare me.'”

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