國產(chǎn)化芯片正在崛起，隨著 SUB6 技術(shù)的成熟，將逐步趕超高通和 MTK 的先發(fā)優(yōu)勢，以更低的成本和更優(yōu)的性能占據(jù)車載市場。

4.6.2  關(guān)鍵硬件技術(shù)

1.  硬件加速技術(shù)

隨著汽車功能不斷豐富和升級，其對應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)開銷也越來越大，但由于技術(shù)和成本等因素的限制， 控制器核心 CPU 升級進(jìn)程無法快速提升，軟件加速算法也不能改變計(jì)算量巨大這一本質(zhì)，因此大規(guī)模的硬件加速得到了廣泛的運(yùn)用。

硬件加速技術(shù)，是通過把計(jì)算量非常大的工作分配給專門的硬件來處理，以減輕 CPU 的工作量。隨著硬件的更新?lián)Q代，硬件逐步具備了很多固定的高級功能，簡單來說硬件已經(jīng)具備處理部分 CPU 繁雜簡單工作項(xiàng)的能力，從而提高執(zhí)行效率，減輕 CPU 工作量。

硬件加速技術(shù)的核心是硬件加速器，硬件加速器有助于創(chuàng)建緊密集成的定制處理器，實(shí)現(xiàn)更低的功耗、更低的延遲、數(shù)據(jù)重用和數(shù)據(jù)局部性。當(dāng)前硬件加速器主要特點(diǎn)如下：

(1) AI 加速器 IPs

硬件加速器廣泛應(yīng)用于人工智能芯片中，用于分割和加速處理數(shù)據(jù)密集型任務(wù)，如計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)，用于訓(xùn)練和推理應(yīng)用，針對于深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2) 硬件體系結(jié)構(gòu)

人工智能加速器是在邊緣、數(shù)據(jù)中心或兩者之間的某個地方執(zhí)行加速，其基本前提是處理算法的速度比以往任何時候都要快，同時盡可能少用電。AI 加速器可以在 ASIC、GPU、FPGA、DSP 或這些設(shè)備的混合版本中執(zhí)行這些任務(wù)。

人工智能加速器架構(gòu)的關(guān)鍵在于保證人工智能任務(wù)可以大規(guī)模并行，此外，人工智能加速器與多核實(shí)現(xiàn)交織在一起，這突出了人工智能加速器架構(gòu)體系的重要性。

(3) 可編程性

在人工智能算法設(shè)計(jì)中有很多動態(tài)變量，因此，軟件算法的變化比人工智能芯片的設(shè)計(jì)和制造速度更快，這就是硬件加速器面臨的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。因此，硬件加速器中必須有某種可編程性，使設(shè)計(jì)者能夠適應(yīng)不斷變化的需求。同時，硬件加速器的可編程特性帶來的設(shè)計(jì)靈活性也允許設(shè)計(jì)人員處理各種各樣的人工智能工作負(fù)載和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?

(4) AI 在邊緣

目前，人工智能推理的市場比人工智能訓(xùn)練的市場要大得多，這就是為什么業(yè)界正在見證各種各樣的芯片被優(yōu)化，以適應(yīng)從訓(xùn)練到推理的各種人工智能工作負(fù)載。這將微控制器（MCU）帶入人工智能設(shè)計(jì)領(lǐng)域，而人工智能設(shè)計(jì)通常與強(qiáng)大的 SOC 相關(guān)聯(lián)。這些 MCU 整合了人工智能加速器，為資源受限的工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備提供服務(wù)，如目標(biāo)檢測、面部和手勢識別、自然語言處理和預(yù)測性維護(hù)。

2.  硬件加密技術(shù)

隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化程度的加深，遠(yuǎn)程攻擊、惡意控制甚至入網(wǎng)車輛被操控等安全隱患也日益明顯，如何保障智能車輛安全，成為汽車智能化發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。硬件安全芯片成為抵御攻擊、保障智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全可控的載體，通過硬件安全芯片強(qiáng)化智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全防護(hù)已成為重要方向。當(dāng)前相關(guān)企業(yè)已研發(fā)出硬件安全模塊（HSM，Hardware Security Module），HSM 將加密算法、訪問控制、完整性檢查嵌入到汽車控制系統(tǒng)，以加強(qiáng) ECU 的安全性，提升安全級別。硬件防護(hù)主要提供的安全功能包括：安全引導(dǎo)、安全調(diào)試、安全通信、安全存儲、完整性監(jiān)測、信道防護(hù)、硬件快速加密、設(shè)備識別、消息認(rèn)證、執(zhí)行隔離等，這些措施可有效地加強(qiáng)汽車 ECU 的安全性。

芯片安全在信息安全保護(hù)產(chǎn)業(yè)過程中發(fā)揮了不小的作用，安全的芯片就是可信任平臺模塊，是一個 可獨(dú)立進(jìn)行密鑰生成、加解密的裝置，內(nèi)部擁有獨(dú)立的處理器和存儲單元，用安全的芯片進(jìn)行加密，密鑰被存儲在硬件中，避免密碼被破解。芯片安全可從兩個維度考慮：一個維度是芯片自身的安全防護(hù)能力， 比如能抵抗物理侵入式、半侵入式物理攻擊，能檢測和防御故障注入攻擊，以及耳濡目染的側(cè)信道攻擊。物理破壞需要較強(qiáng)的專業(yè)能力，比如借助專用的測試儀器，以及可以近距離接觸的物理設(shè)備；另外一個 維度是基于芯片的安全服務(wù)，比如芯片直接固化的密碼類算法、密鑰管理機(jī)制、真隨機(jī)數(shù)生成器、PUF 等機(jī)制。芯片安全參考架構(gòu)如圖 4.6-1 所示。

圖4.6-1 芯片安全參考架構(gòu)

作為硬件加密的關(guān)鍵部件，在芯片設(shè)計(jì)階段就需要考慮加密算法的安全性和獨(dú)立性。密碼域有多個 真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，可支持國家密碼加密算法，常用的國密加密算法可以分成三類：對稱加密算法（SM2）、非對稱加密算法（SM3）和哈希算法（SM4），可同步傳輸加密的數(shù)據(jù)，采用軟、硬件結(jié)合方式，將加密算法代碼嵌入到芯片中運(yùn)行。在軟件實(shí)際運(yùn)行過程中，通過調(diào)用函數(shù)方式運(yùn)行加密算法程序段，獲得運(yùn) 行結(jié)果，并以此結(jié)果作為用戶程序進(jìn)一步運(yùn)行的輸入數(shù)據(jù)。而加密芯片中的程序是無法被讀取或者拷貝的， 從根本上杜絕了程序被破解的可能，保障數(shù)據(jù)的安全性，同時會進(jìn)行入侵檢測和芯片的完整性檢測，以 防止惡意讀取或者篡改數(shù)據(jù)，保障整個芯片的安全。常用加密算法詳細(xì)信息見表 4.6-1 所示：

表4.6-1 常用加密算法詳細(xì)信息