現代消費者期待個人化體驗，軟體定義技術成為汽車實現沉浸、安全與高效座艙的關鍵。為滿足對資訊娛樂和ADAS的需求，業界須以低成本提供先進半導體解決方案，並支援E/E架構整合、邊緣智慧、高效電源管理與OTA升級等技術。
現今的消費者要求生活各層面都要享受個人化的體驗，包括手機、家庭娛樂、以及日漸受矚目的汽車。各種軟體定義技術持續促成如此個人化的體驗與功能，協助產業邁向更沉浸、安全、具生產力的座艙體驗。這些技術與功能不僅顛覆價值被創造與傳遞的方式，也重新定義了成功所需要的策略夥伴。
不論是吸引人的音效和語音操控的資訊娛樂，或是先進駕駛輔助系統(ADAS)─相關挑戰的核心都在於以更低成本達成消費者的期盼。具有經驗的代工廠都深知現今汽車面臨的挑戰在於電子設計層面，且主要聚焦於精密的半導體解決方案。
從系統層面來看，業界需要半導體技術供應商來促成電氣與電子(E/E)架構，並且能進一步統合邊緣智慧、韌性連結、高效電源管理、軟體集中化、以及空中傳輸(OTA)功能升級等技術(圖1)。
圖1 軟體定義車正迎來嶄新的創新時代，持續擴張的生態系凝聚新的業者合力因應不斷演進的客戶要求
透過通用性創造獨特性
軟體定義汽車(Software Define Vehicle, SDV)技術能因應乘客的需要做出調適、打造個人化車廂環境、增進安全、以及優化效能，徹底顛覆汽車駕乘體驗(圖2)。這些創新讓車廠能提供獨特且持續提升的體驗(透過空中傳輸更新)、促進品牌忠誠度與信任感、以及提升擁車體驗。藉由運用各種精準技術，蒐集消費者偏好的深度分析，協助推動策略性創新，以及增進和車輛買家之間的長期關係。
圖2 軟體定義車技術因應乘客需要調適個人化環境，優化駕乘體驗
業者面臨的挑戰，則是判斷如何更迎合消費者的期待同時加快部署。其中一個答案，就是讓OEM代工廠運用標準化的可擴充半導體平台，協助加快研發、控制成本、同時維持品牌的差異化。各家車廠更可運用這些可擴充平台重複利用已寫出的程式碼以確保競爭優勢。
促成汽車的智慧神經系統
在2030年之前，軟體定義車估計將產生約200Gbps的資料，主要為視訊[1]。這方面需要有線式高速數據鏈路在車輛邊緣處的感測器、高效能車載電腦與儲存裝置、螢幕、以及制動器之間傳遞資料。這些高速鏈路結合高運算容量與AI功能，讓車廠能提升其客戶的駕駛與擁車體驗。
而邊緣處理則將協助紓解繁重的傳輸壓力，讓感測器能就地執行即時決策，不必依賴集中式的雲端運算系統。如此智慧邊緣(Intelligent Edge)讓車廠能運用精準的即時訊息來提升顧客的駕駛以及擁有車輛的體驗。
系統層級的設計是不可或缺的環節，讓半導體廠商能簡化SDV架構、打造智慧邊緣、增進平台價值、以及提升能源效率。廠商如ADI的智慧神經系統─模仿人類的神經系統─連結各個子系統，無縫互通協作以及即時調適，卻不會增加複雜度。此系統讓SDV能快速收集與分析資料，利於使用者依據資訊快速做出決策，優化效能與安全性，以及因應不斷改變的狀況做出調適。
隨著汽車產業著手將各種域控制器與特定功能控制器匯整成集中式跨域運算單元，軟體將扮演中間角色，允許頻繁的空中傳輸更新，藉以減少車輛的保固成本以及改善使用者體驗。跨域分區控制器可明顯減少布線，不過需要更先進的網路技術來改善數據流以及無縫控制各個子系統。此方面的工作涉及重新思考如何設計、整合、以及管理車內的各個軟體與硬體元件。
車輛智慧神經系統的功能
配置
配置意謂著確保各系統之間無縫通訊，藉以達到高效率的運作與做出即時的決策，例如先進駕駛輔助系統(ADAS)。在濃霧的情境中，感測器能偵測到物體，演算法則能分析資料，車輛能及時發出警告並準備煞車或轉向以避開車前物體。從攝影機到決策制定演算法，一直到執行反應的機制，每個元件都必須協同運作才能確保安全與性能。
合成
合成聚焦於車輛匯整、融合及處理來自多個感測器的數據。合成也代表著車輛的智慧邊緣，根據全面的資料分析做出反射式的迅速決策。想像一部車輛行經忙碌的都會區，此時車輛必須整合來自多個車載感測器的資料，像是攝影機、光達、雷達、GPS、以及V2X等感測器的輸入資料，進而提升情境感知與決策制定的能力。此外，合成還會解讀和人員之間的互動，像是語音指令，提高其智慧性與反應能力，以及確保車輛更能主動反應。
協調
最後一步是協調，也是串聯SDV中智慧神經系統的關鍵。藉由協調各種硬體平台，即可獲取分析、支援擴充、以及促成生態系的整合。此外，協調還能確保所有硬體與軟體元件和諧地共同運作，讓車輛能在各種狀況中安全、高效地運行(圖3)。
圖3 應用ADI智慧神經系統的軟體定義車輛
優化數位駕駛艙的智慧邊緣
在建構出配置、合成以及協調之後，我們還需要優化智慧邊緣以實現車輛技術的轉型願景。現今的車輛依賴三大主要網路─音訊、視訊以及車身控制─這些網路構成了車輛的基礎(圖4)。此外，還需要簡化線束與布線、生產流暢化、以及提升可靠性與維護效率。
圖4 構成車輛基礎的三大主要網路
在音訊網路方面，傳輸功能可透過低成本纜線執行即時傳輸(圖5)。在車身控制方面，由於省略了微控制器與邊緣軟體，不僅降低成本還簡化了架構，進而使軟體定義功能更容易普及。此種作法亦強化了資安，保護隱私以及車內乘客的安全。
圖5 音訊網路布設線束
在視訊與感知網路方面，更高頻寬的解決方案除了協助處理來自攝影機、雷達以及光達持續增加的資料，也簡化了車內布設的線束。
法律規範SDV轉型扮要角
政府法規在加速SDV轉型方面亦扮演重要角色，包括在全球各地建置嚴格的安全標準，要求搭載邊緣智慧的配備。這些安全規定對功能要求提出了更高的挑戰，而最理想的解決方案則是採用軟體定義的功能。此類官方規定包括：
・歐盟新車安全評鑑協會(Euro NCAP)與歐盟法規：強制車輛須搭載駕駛人監測系統(DMS)來確保駕駛人的專注力[2]。
・美國國家運輸安全委員會(NTSB)：建議在半自動車中安裝DMS[2]。
・聯合國法規：要求車道維持輔助(LKAS)設備應裝設偵測駕駛人手部握住/放開方向盤(HOD)系統[3]。
・美國熱車法案：強制新車須配備乘客偵測系統以防止乘客被留在車內而發生熱衰竭死亡的事故[4]。
・美國聯邦通訊委員會(FCC)：要在2025年之前要求所有新車配備孩童在場偵測(CPD)系統[5]。
軟體定義車輛的核心設計理念
為重新定義行動力的未來，必須培植出齊心協調的生態系。此方面協作的核心，就是造就擁有車輛的樂趣，期望透過個人化、增強價值、以及促進生態系的發展來增進車主擁車的樂趣。
生態系不只是匯集各個零件，更是一個動態的平台，可以從消費者的行為獲取寶貴的分析資料。這些洞察有助於和顧客建立長期的關係，進而對其不斷改變的需求做出調適與優化。運用標準化的半導體平台、車輛的神經系統、以及敏捷性共同創造出的生態系，將合力帶來眾多新特色與功能，進而更快向市場推出產品與促進永續發展。
(本文作者為ADI航空航太防務及RF產品總經理)
參考資料
[1] Analog Devices internal estimates
[2] NIH; Real-time driver monitoring system with facial landmark-based eye closure detection and head pose recognition
[3] United Treaty Collection
[4] Congress.gov: H.R.3164 – Hot Cars Act of 2021
[5] Alliance for Automotive Innovation; FCC Greenlights Major Safety Tech: Alerts Drivers When Kids Left in Hot Cars