智能出行:開啟功能安全創(chuàng)新的新紀(jì)元

智能出行已成為一個(gè)顯著的發(fā)展趨勢，其中低空經(jīng)濟(jì)正成為我國制造業(yè)等領(lǐng)域的熱門話題。眾多制造商正積極研發(fā)新型無人機(jī)和飛行汽車等低空設(shè)備。同時(shí)，我國已連續(xù)多年穩(wěn)居世界汽車產(chǎn)銷冠軍寶座，年產(chǎn)銷量高達(dá)3000萬臺(tái)，為自主創(chuàng)新提供了強(qiáng)大動(dòng)力。智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電氣化和服務(wù)化這“新四化”不僅深刻影響著汽車行業(yè)的發(fā)展，也為智能出行解決方案的創(chuàng)新提供了新機(jī)遇，特別是在低空設(shè)備和汽車領(lǐng)域。

所有智能出行系統(tǒng)產(chǎn)品都離不開新型計(jì)算、通信和連接芯片的支持，如微控制器（MCU）、中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）等。然而，這些芯片的系統(tǒng)級(jí)故障或異常行為可能帶來安全隱患。因此，在設(shè)計(jì)芯片和構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)，必須發(fā)現(xiàn)并解決這些問題，以確保低空飛行器和汽車芯片的功能安全。

為保障這些場景中的電子系統(tǒng)滿足功能安全需求，汽車和航空產(chǎn)業(yè)已制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。汽車行業(yè)遵循ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)源自IEC 61508，并隨著汽車智能化程度的提升而日益受到重視。航空電子產(chǎn)品則遵循《航空器機(jī)載電子設(shè)備硬件設(shè)計(jì)保障指南（DO-254）》及AMC 20-152A標(biāo)準(zhǔn)，它們是航空機(jī)載電子設(shè)備硬件開發(fā)的通用標(biāo)準(zhǔn)，也是設(shè)備獲得適航證的關(guān)鍵。

隨著智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，智能汽車、低空設(shè)備和航空電子設(shè)計(jì)中也采用了新的標(biāo)準(zhǔn)，但主要集中在信息安全領(lǐng)域，而非本文討論的功能安全。功能安全標(biāo)準(zhǔn)的建立為芯片或系統(tǒng)開發(fā)者提供了明確的可靠性指標(biāo)和操作安全性規(guī)則，降低了電子電路故障或異常行為的風(fēng)險(xiǎn)，并為產(chǎn)品開發(fā)商在選擇解決方案時(shí)提供了指導(dǎo)。

在汽車應(yīng)用中，功能安全至關(guān)重要。如果汽車無法按設(shè)計(jì)功能執(zhí)行，自動(dòng)駕駛等功能可能失效，帶來安全隱患。然而，功能安全也需要付出一定成本，如增加芯片面積、招聘有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員、執(zhí)行嚴(yán)格的功能安全研發(fā)流程和安全認(rèn)證等。這些成本使許多車廠選擇忽略或降低功能安全要求，增加了不安全因素。

目前市場上主要有兩種功能安全解決方案：鎖步方案和重復(fù)執(zhí)行方案。鎖步方案通過兩個(gè)處理器內(nèi)核執(zhí)行相同程序并比較結(jié)果來確保功能安全，但會(huì)消耗多一倍的芯片面積。重復(fù)執(zhí)行方案則通過兩次執(zhí)行相同工作并比較結(jié)果來發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，但會(huì)降低性能。這兩種方案都給汽車和芯片廠商帶來了挑戰(zhàn)，導(dǎo)致功能安全在許多實(shí)際汽車應(yīng)用中難以全面接受。

然而，汽車智能化趨勢正在迫使行業(yè)做出改變。最近，全球汽車GPU領(lǐng)域出現(xiàn)了顛覆性的功能安全技術(shù)創(chuàng)新——分布式功能安全機(jī)制。該機(jī)制利用GPU的并行計(jì)算和線程切換特性，在線程停工等待時(shí)插入測試模板或測試集，通過比較兩個(gè)線程的執(zhí)行結(jié)果來確保功能安全。該機(jī)制幾乎完全消除了鎖步方案和重復(fù)執(zhí)行方案的性能和芯片面積損失，大大降低了實(shí)現(xiàn)功能安全的代價(jià)。

展望未來，低空經(jīng)濟(jì)的興起將推動(dòng)航電功能安全性技術(shù)創(chuàng)新。航空工業(yè)已建立了完善的適航驗(yàn)證體系，但低空飛行設(shè)備的廣泛興起將給航空電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)帶來巨大變化，包括產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大、應(yīng)用場景多樣化、智能技術(shù)引入等。這些變化將給傳統(tǒng)的適航認(rèn)證體系和航空電子硬件設(shè)計(jì)帶來新挑戰(zhàn)，并促進(jìn)相關(guān)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)開展創(chuàng)新以獲得適航認(rèn)證。

總之，未來的天地一體智能出行充滿機(jī)遇，也帶來了許多創(chuàng)新機(jī)會(huì)。這將推動(dòng)現(xiàn)有適航認(rèn)證體系的變革，重新思考機(jī)載電子硬件適航策略，并促進(jìn)大量技術(shù)創(chuàng)新以滿足適航要求和設(shè)備定位規(guī)劃。這是我國制造業(yè)實(shí)現(xiàn)更全面的自主創(chuàng)新和高質(zhì)量發(fā)展的寶貴機(jī)遇。