Mjukvarudefinierade fordon driver en uppsjö av aktivitet i fordonets ekosystem, inklusive nya metoder och teknologiska tillvägagångssätt som avsevärt kan minska kostnaderna och förkorta tiden till marknaden för avancerade funktioner.

SDV-metoden omfattar mer än ett enda koncept. Det hjälper att se det mer som ett modelleringssätt som kopplar samman elbilar, förarassistansteknik och helt autonom körning, såväl som en hel massa andra funktioner och tjänster. SDV:er fungerar som ritningar för hur både mjukvara och hårdvara samverkar, samtidigt som de är tillräckligt flexibla för att göra justeringar med förutsägbara resultat.

"Under de senaste fem åren har många saker skakat om bilindustrin", säger Suraj Gajendra, vice VD för fordonsprodukter och mjukvarulösningar på Ärm. "Även före Covid var det mycket diskussion kring autonom körning. Sedan slog Covid till och förväntningarna återställdes. Då minns jag fortfarande att jag hade tillfälliga samtal med människor om att 2024 eller 2025 kommer vi att ha nivå 4 eller nivå 5 autonomi på vägen. Inom bilindustrin insåg man att autonomi bara är en pusselbit i den utveckling som pågår inom bilindustrin.”

Det är här SDV:er passar in. "Det mjukvarudefinierade fordonet möjliggör bättre autonomi, men samtidigt är det också viktigt idag i de bilar vi kör för möjligheten att uppgradera, ha nya applikationer, förmågan att övervaka saker," sa Gajendra . "Vi är mitt uppe i den här enorma utvecklingen och det sker i en takt som bilindustrin normalt sett inte är van vid. Det är många olika sorters människor som driver branschen. Det är inte de traditionella OEM till Tier Ones till Tier Twos till IP-leverantörer. Hela leveranskedjan utvecklas enormt. Det finns mjukvaruutvecklare som nu hoppar in och erbjuder nya applikationer. 2023 var ett stabiliserande år sedan återställningen. Jag förväntar mig att 2024 och 2025 kommer att bli spännande när det gäller denna utveckling som ökar i mycket snabbare takt, och jag kan se denna utveckling fortsätta i minst tre eller fyra år till. Då kommer det mjukvarudefinierade fordonet sannolikt att vara en norm, men att kunna använda några av de nya applikationerna i fordon kommer att vara en norm under tidsramen 2027-2028."

När de väl implementerats kan SDV:er hjälpa till att lösa svårigheterna med ad-hoc, inkrementella förändringsmetoder för att implementera avancerad fordonsteknik.

"Det "stora" inom bilindustrin förändras regelbundet, men just nu handlar det om mjukvarudefinierade fordon, säger David Fritz, vice VD för hybrid- och virtuella system på Siemens Digital Industries-programvara. "Och precis som alla andra modeflugor som har gått igenom i branschen, tar det ett tag att ta reda på och normalisera definitionerna av nästan allt som är nytt. Vad är egentligen ett mjukvarudefinierat fordon? Bilindustrin älskar att hålla fast vid dessa etiketter, och sedan tar alla dem åt vilken riktning de än går. När de väl smälter samman får de reda på att detta inte skiljer sig särskilt mycket från det vi pratade om för inte så länge sedan. Detta beror på att alla ser att det finns en så vidöppen möjlighet med bilindustrin, men vi ser fortfarande en hel del misslyckanden. Många företag går i konkurs, och vi ser fortfarande mer konsolidering. Men fordonets ekosystem kommer äntligen till den punkt där de förstår exakt vad de inte vet och vad de behöver för att ta reda på. "

SDV-konceptet har funnits under en tid, men det ignorerades till stor del av många av de etablerade biltillverkarna. Danny Shapiro, vice VD för bilindustrin på NVIDIA, noterade att SDV-metoden har varit central sedan hans företag började utveckla teknik för bilar. "Det var alltid en dator som är programmerbar som går i fordonet," sa han. "Vi har aldrig varit en chipleverantör till bilindustrin. Det var den gamla modellen. Folk skulle säga: 'Vi måste göra det här i bilen. Okej, låt oss designa ett chip.' Du skulle hårdkoda funktionerna i det chipet, och du skulle lägga det i en låda, och det skulle gå till en nivå ett. Sedan skulle OEM sätta den i bilen, och det gjorde den ena saken. Du rörde den aldrig igen. Det är i huvudsak utvecklingen av bilindustrin under många decennier. Och nu finns det 100 av dessa ECU:er under huven och 60 miles av tråd. Men på samma sätt säger vi inte att vi har en mjukvarudefinierad dator eller en mjukvarudefinierad telefon, så småningom kommer vi att kunna släppa det "mjukvarudefinierade" och bara kalla det en bil."

Det minskar dock inte betydelsen av denna trend. Elektrifiering, förarassistans och autonomi är fortfarande de stora målen. Utmaningen har varit hur man kan realisera dem på ett tillförlitligt och snabbt sätt och till en rimlig kostnad, och SDV:er hjälper till att uppnå dessa mål.

"Detta är oförändrat från 2023", säger Judy Curran, CTO för fordonsindustrin på Ansys. "Samtidigt ser jag en övergripande trend av prisvärdhet och effektivitet för alla dessa. Ja, vi vill alla köra elektrifierade fordon, men för närvarande köper inte konsumenterna dem lika lätt. Så så mycket som vi vill att det ska hända, och många OEM-tillverkare byggde batterifabriker och gjorde deklarationer om att vara 100 % EV till ett visst år, vissa saktar ner eftersom konsumenten måste följa med.”

Curran pekar på två huvudorsaker till att EV-antagandet går långsammare. "En är överkomliga elbilar", säger hon. "Det är fortfarande en bit av förändring mer än en förbränningsmotor överallt i världen utom Kina. Sedan har förstås inte räntorna hjälpt. OEM-tillverkare och leverantörer funderar verkligen på hur man ska göra dessa elfordon mer överkomliga, och det ligger i styckepriset för de faktiska komponenterna i fordonet, men också i sättet de utvecklar fordon. Om de kan konstruera dem snabbare och mer effektivt, behöver de inte smutskasta kostnaden för konstruktionen över fordonets pris. Dessutom finns det fortfarande oro hos konsumenterna om "Min livsstil är x,y,z. Kommer det här fordonet att låta mig köra som jag vill köra? Kommer det att finnas laddstationer.?' Som sagt, det finns mycket arbete att göra i laddningsinfrastrukturen.”

SDV:s roll
Det finns också mycket arbete som måste göras innan full självständighet är tillförlitlig och tillräckligt överkomlig för utbredd användning. Inom en snar framtid ligger det verkliga fokus på ADAS.

"Autonomi är komplicerat, och när du tittar på alla olika miljöer, alla olika scenarier och människor och vägar och väder och byggnader, för att tro att du har täckt in dig själv ur ett säkerhetsperspektiv, kommer autonomin att gå längre ut." sa Curran. "Det skrivs mycket om hur många miljarder dollar som har spenderats av biltillverkarna, och vissa som Ford lägger ner sin autonoma verksamhet för att spara pengar, för den andra saken är att när man försöker se på alla dessa trender som en biltillverkare har du inte råd att göra dem alla. Du måste välja dina vinnare, och därför saktar folk ner sin investering. Men på grund av allt lärande från autonoma utvecklar vi som industri otroliga ADAS-system, vilket är mycket viktigt. Och folk kommer att betala för det. Kommer de att betala för elektrifiering? Kanske, men det är sällsynt att en person säger att de inte vill betala för en säkerhetsfunktion. Jag upptäckte under mina år på Ford att ADAS var något folk skulle betala för, för oavsett om det är dem själva, deras barn, deras äldre, föräldrar, vem som helst, folk vill ha säkerhet.”

Ett SDV-upplägg är ett sätt att uppnå det snabbare och mer effektivt, men det kräver ett ekosystem för att göra det livskraftigt. "Det är viktigt att tillhandahålla en skalbar halvledarlösning för att göra det möjligt för kunder att göra övergången till SDV i sin egen takt", säger Daniel Sisco, senior director för digital systemarkitektur på Renesas Electronics. "Detta betyder flexibilitet för att täcka alla fordonsserier och mjukvaruapplikationer är avgörande."

Till denna punkt tillkännagav Renesas en färdplan för nästa generations R-Car Gen5 SoC, som är en skalbar familj perfekt för applikationer över modeller, applikationer och fordonsklasser.

På liknande sätt kommer FPGA:er att fortsätta spela en roll här på grund av sin inneboende flexibilitet. "Det finns definitivt FPGA:er som går in i bilar, med uppskattningsvis 8 till 10 chips i en typisk high-end bil", säger Geoff Tate, VD för Flex Logix, och noterar att FPGA:er används för ADAS- och SDV-applikationer. "Människor använder FPGA:er för flexibilitet, kanske för det mjukvarudefinierade tillvägagångssättet, men när volymerna ökar - eftersom FPGA:er är dyra, stora och energikrävande, och det finns massor av andra chips - kommer folk att se till att integrera FPGA i ett intilliggande processorchip. Det kommer att sänka energikostnaderna, men behålla en viss flexibilitet. Och med inbyggd FPGA kan vi leverera samma prestanda som FPGA-chippet. Med tiden kommer FPGA:er som går in i fordonsindustrin att leda till att inbyggda FPGA:er används i allt större utsträckning inom bilindustrin."

Det finns andra utmaningar med utvecklande fordonsarkitekturer. När fordonsmjukvaran i fordonsindustrin blir mer komplex och omfattande, hur hanterar halvledarföretag mjukvaruutveckling för att minska komplexiteten och påskynda tiden till marknaden? Renesas Sisco sa att genom att använda ett gemensamt mjukvaruramverk över MCU:er och SoCs, såväl som över generationer av högpresterande digitala datorprodukter, kan utvecklingstiden förkortas och en hög grad av återanvändning kan möjliggöras. “Renesas har ett starkt fokus på tidig utveckling med hjälp av virtuella plattformar, såväl som en enhetlig cloud plattform för att stödja utvecklingsverktyg”, sa han.

Cybersäkerhet för fordon
Cybersäkerhet i fordonsapplikationer är alltid ett problem, och SDV-metoden kan också hjälpa till här.

"Under 2024 kommer fordonsindustrin att fortsätta att ha ett skarpt fokus på halvledarchipsäkerhet på grund av ökad lagstiftningsgranskning och en växande medvetenhet om hårdvarubristerbarheter", säger Andreas Kuehlmann, VD för Cycuity. "Nyckelinitiativ för lagstiftning, såsom EU:s Cyber ​​Resilience Act (CRA) och US Cybersecurity and Infrastructure Security Agency (CISA) hårdvara bill of materials (HBOM) ramverk, formar globala standarder genom att betona säkra metoder under en produkts livscykel. Noterbart är att CRA ålägger betydande straff för bristande efterlevnad, och når upp till 15 miljoner euro eller 2.5 % av den globala omsättningen, vilket understryker vikten av att integrera säkerhet i chipdesign. Porsches beslut att avveckla den ICE-drivna Macan i EU 2024 exemplifierar effekterna av dessa regler, särskilt för fordon som utvecklats innan kraven på cybersäkerhet infördes.”

Med ledning av standarder som ISO/SAE 21434 förespråkar fordonssektorn en "security by design"-metod för att förbättra fordonens motståndskraft mot cyberhot från de tidiga stadierna av design och produktion. "Med tanke på karaktären av ihållande hårdvarusårbarheter, kräver ledande halvledarleverantörer robusta säkerhetsförsäkringsmetoder som går utöver traditionella metoder," sa Kuehlmann. "När vi går in i 2024, finns det en ökande förväntning på samarbete mellan säkerhets-, design- och verifieringsteam för att främja och stärka detta tänkesätt. Genom att förutse möjligheten att eskalera hot kan branschens engagemang för att ta itu med sårbarheter och förbättra säkerhetsförsvaret växa, vilket banar väg för ett mer motståndskraftigt och säkert fordonslandskap.”

Bart Stevens, chef för produktmarknadsföring för Rambus säkerhetsavdelning, sa att det pågår en ansträngning för att utbilda OEM-tillverkare för bilar om säkerhet i allmänhet, såväl som säkerhetsimplementering – hur man gör det på ett robust och säkert sätt, samtidigt som man minskar marknadsrisken.

"Denna informationen kan plockas upp av OEM själv, eller så kommer de att använda den för att påverka värdekedjan ner till Tier Ones och Tier Twos," sa Stevens. "Målet är att låta någon plocka upp en design och använda den som ett LEGO-block i kisel. Om det är en robust design, med en robust testmiljö, har bra stöd och dokumentation, och nu är certifierad enligt de olika fordons- och säkerhetsstandarderna, hjälper denna certifierade design kundernas riskminskning. Traditionellt skulle de fortfarande behöva certifiera sin design. I de flesta fall skulle de få IP med ett stort löfte från en säljare som sa: 'Hej, det här är bra grejer. Lägg den i kisel så hjälper vi dig att gå igenom certifieringen.' Men nu kan vi slå ett certifikat till det och säga: 'Detta har certifierats. Du kan fortsätta där vi slutade. Och om du inte ändrar vår design kan du använda detta för att påskynda din certifiering, och ännu viktigare klara och inte misslyckas när du redan har kisel och annars skulle behöva gå tillbaka och byta maskuppsättning.'”

Regionala variationer kan skapa andra problem. "Om du säljer produkter över hela världen, är det som händer att krypteringsalgoritmerna som Kina kommer att få dig att implementera skiljer sig från de i USA", säger Flex Logix's Tate. "Det betyder att du kanske måste bygga två olika chips, vilket är väldigt dyrt, kräver mycket mer teknik och försenar scheman. Och nu måste du fördubbla lagret. Vad händer om din försäljning i Kina ökar snabbare än i USA? Du kan inte skicka de amerikanska markerna till dem. Så kunder i den situationen – och det här är bärbara datorer, surfplattor och så vidare – letar efter ett programmerbart tillvägagångssätt där de kan placera säkerhetsfunktionerna mellan processorer. Men processorer är inte alltid tillräckligt snabba, så FPGA används för det. Det kommer att bli ett problem med bilindustrin också i framtiden, eftersom det finns en stor kinesisk marknad för bilar.”

Systemomfattande problem
Funktionell säkerhet och cybersäkerhet står på spel när det kommer till alla fordonsrelaterade användningsfall, och båda dessa är systemomfattande problem. "Det är inte bara autonom körning eller någon specifik tillämpning," sa Arms Gajendra. "Det är vad som helst du har att göra med bilen, för det står liv på spel. Bilen måste se till att den utför de funktioner den förväntas göra, oavsett om det är nivå 2-plus autonomi eller nivå 5. Den måste fungera korrekt. Dessutom, om det finns ett fel måste det antingen kunna komma till ett säkert tillstånd eller låta föraren veta att det finns ett problem så att de kan ta full kontroll över det."

Även här kan SDV-upplägget hjälpa. "Om du pratar med någon som har varit i den gamla bilindustrin länge, kommer de att säga att fördelen med att ha en distribuerad datorarkitektur är att de kan se till att bromssystemet är helt isolerat från till exempel infotainmentsystemet." Gajendra noterade. "De kommer att säga," Titta, mina datorer som faktiskt kommer att hantera att fordonet går sönder och alla fordonsfunktioner är helt isolerade från dig som spelar musik. Jag kommer att se till att det inte finns några problem som sådana i mitt bromssystem.' Men när de konsoliderar alla dessa funktioner till en central bilberäkningsplattform, om det finns ett fel i infotainmentsystemets programvara och om det av någon anledning inte fungerar, kommer ingen att förlora livet där. Min favoritlåt spelas inte. Bra. Men om det mjukvarufelet stör en fordonsfunktion, nu när vi har konsoliderat arkitekturen, så är det ett problem. Du vill inte ha det mjukvarufelet eller störningen när du åker 70 miles per timme på en motorväg, eller så vill du inte att bilen automatiskt uppgraderar mjukvaran när den kör 70 miles per timme. Ett annat exempel är, säg, för personer som kör i London, parkeringsappsföretaget, som nu har information om betalningsgateway som måste förmedlas. Det finns kreditkortsuppgifter som måste förmedlas, så det finns säkerhetsaspekter som de måste ta hand om också. För att någon ska vara bekväm med att använda de funktioner som appföretaget tillhandahåller måste de vara säkra på att korrekta riktlinjer för cybersäkerhet följs."

Standarder nödvändiga, men inte tillräckliga
Med erkännandet och önskan från fordons ekosystem att designa, utveckla och distribuera SDV: er har ett antal grupper gått samman för att samarbeta över fordonslandskapet för att göra det till verklighet. I mars 2023 insåg AUTOSAR, COVESA, Eclipse SDV och SOAFEE att ett samarbete behövdes – inte bara inom en konsortier utan mellan dem. Det ledde i sin tur till SDV-alliansens "samarbete av samarbeten", för att hjälpa till att förtydliga de bidrag varje konsortium ger till SDV, och sedan aktivt arbeta tillsammans för att visa deras samverkan och synergieffekter.

Enligt SDV-alliansens tillkännagivande är det huvudsakliga syftet med samarbetet att samordna insatserna i SDV-ekosystemet, och genom att omfamna befintliga beskrivningar av SDV från var och en av dessa insatser, samt andra externa organisationer, kommer SDV-alliansen att komma överens om en tydlig och enhetlig definition av vad som utgör ett SDV. Alliansen kommer sedan att titta på de olika teknologierna, metoderna och standarderna för varje organisation och visa hur de kan arbeta tillsammans för utvecklingen av SDV.

Alliansen inser att SDV konceptuellt är för komplext för att hanteras i ett enda branschkonsortium, och genom att titta på var och en av organisationens kärnkompetenser och olika miljöer för genomförandet, kommer alliansen att slå samman dessa färdigheter för att skapa en gemensam SDV-vision. SDV Alliance planerar också att visa upp teknisk anpassning mellan de olika företagen.

Fig. 1: SOAFEE-baserad fordonsarkitektur. Källa: Arm

Siemens Fritz förväntar sig att under andra halvan av 2024 kommer de bilekosystemaktörer som verkligen förstår industrins dynamik att bli uppenbara. ”Vi kommer att börja se människor som har en helhetssyn på vad som kommer att krävas för att SDV ska bli verklighet. Jag gillar att titta tillbaka på smarta telefoner, eftersom så många nya metoder implementerades för smarta telefoner, och de är vanliga nu. För funktioner som att kunna köra programvaran innan du tejpar ut hårdvaran, har vi gjort det i 15 år. Men det verkar som svart magi för bilföretagen. När du förklarar att mjukvarudefinierade fordon betyder att programvaran måste definiera vad hårdvaran ska göra, frågar de: "Hur gör den det när hårdvaran inte finns?" Det finns en hel metod för att ta reda på det. Och sedan kommer de att fråga, 'Tänk om programvaran inte finns?'”

Det finns verktyg som gör syntes av hårdvara och mjukvara, förstås. "För bilföretagen vet de inte exakt vad de behöver, men de börjar förstå att det finns ett bra ställe att börja," sa Fritz. "De vet att det borde bete sig så här och bete sig så." Det finns utvecklingssystem som kommer att generera viss hårdvara och viss mjukvara med det beteendet, så att de sedan kan samla in mätvärdena och säga, "Nej, det är inte rätt." När de väl har löst det kan de dela upp sig i mjukvaruvägen och hårdvaruvägen, utveckla mer detaljerade modeller av hårdvaran och gå tillbaka och köra en mer detaljerad implementering av mjukvaran för att se om de fortfarande är på rätt spår. Det är ett mjukvarudefinierat fordon. Det kräver saker som SOAFEE och en agil metodik, men utan denna process under sig och verktygen för att stödja den är det bara en dröm. Vissa företag kommer till den insikten. Men det är flera metodförändringar som måste ske här. Vi måste komma till den punkt där vi kan diktera vad hårdvaran ska göra baserat på arbetsbelastningen för vår programvara, och inte bara säga, 'Vi har ett datablad som vi fick från våra Tier Ones. Vilken gillar vi bäst?'”

Slutsats
Det är allmänt väl förstått att gamla metoder inte fungerar för allt mer komplexa fordon. Som ett resultat har många EDA-projekt redan undersökt bilindustrin för att utnyttja SDV-metoden.

"Vi kommer att sluta med några detaljerade hårdvarukrav och mjukvarukrav," sa Fritz. "Då kommer bilföretaget att gå ut och göra förfrågningar om förslag och förfrågningar om offerter, baserat på de krav som drivs av OEM, som har utvecklats under de senaste fem eller sex åren. Det börjar äntligen bli verklighet där OEM säger: 'Jag måste ha kontroll över mitt eget öde. Jag måste ha verktygen och expertisen internt för att driva mina leverantörer och inte låta leverantörerna driva mig.'”

Relaterad läsning
För SDV är mjukvara den största utmaningen
Problemen kommer att växa exponentiellt när mjukvarudefinierade fordon får draghjälp.
Autonoma fordon: inte klara än
Mycket mer forskning och utveckling och tester i verkligheten krävs för att nå säker och säker L4/L5-teknik.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://semiengineering.com/software-defined-vehicles-ready-to-roll/