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隨著諸如智能駕駛汽車、載人/貨無人機(jī)、無人農(nóng)機(jī)、各種專用和消費(fèi)機(jī)器人等智能與無人設(shè)備廣泛進(jìn)入我們的工作和生活，這些設(shè)備的安全性已成為了一個值得關(guān)注的重要話題。它們的安全運(yùn)行與設(shè)備自身、乘客以及周邊的人員和物品的安全密切相關(guān)。根據(jù)北京華興萬邦管理咨詢有限公司的研究，智能設(shè)備尤其是無人設(shè)備的全方位安全性包括三大方面：功能安全、信息安全和時空安全。大家對信息安全仿佛比較熟悉，對功能安全也有所耳聞，對時空安全比較陌生，但三大類安全都越來越重要，并構(gòu)成了智能和無人設(shè)備的完整安全體系。

為了確保這些智能和無人設(shè)備安全可控，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的時候，就必須從供應(yīng)鏈的第一環(huán)節(jié)和最底層的技術(shù)源頭考慮安全性問題，即梳理從IP核、芯片到開發(fā)工具的全流程全方位安全，才能去打造整體安全性更高的系統(tǒng)，不僅可以對設(shè)備和消費(fèi)者/使用者進(jìn)行最大限度的保護(hù)，還將因?yàn)楸苊鉃椴话踩冻龈甙捍鷥r建立新的競爭優(yōu)勢。那么提供與這三大類安全相關(guān)的硬件、軟件、工具和服務(wù)的企業(yè)在未來將有巨大的前景。由于篇幅的原因，本文只詳細(xì)分析功能安全的創(chuàng)新和應(yīng)用，華興萬邦將在其“華興萬邦技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)”公眾號上，繼續(xù)推出有關(guān)信息安全和時空安全的深入分析。

功能安全的定義

‌功能安全（Functional Safety）是系統(tǒng)、設(shè)備或者核心部件通過主動安全機(jī)制去發(fā)現(xiàn)潛在的安全威脅，在相應(yīng)安全等級約定的覆蓋率上，以及規(guī)定的時間內(nèi)做出正確響應(yīng)并采取保護(hù)措施，以避免因功能失效導(dǎo)致的人員傷害、環(huán)境破壞或財(cái)產(chǎn)損失風(fēng)險‌。近年來，除了汽車、工業(yè)和醫(yī)療等過去“傳統(tǒng)上”就重視功能安全的領(lǐng)域，新興的諸如機(jī)器人和eVOTL等設(shè)備也會逐步開始強(qiáng)調(diào)功能安全，即通過在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)主動的安全機(jī)制，確保系統(tǒng)在檢測到潛在危險時能正確執(zhí)行預(yù)定安全功能（如關(guān)閉危險源、觸發(fā)保護(hù)）措施等，從而降低的風(fēng)險。

系統(tǒng)中的主控制器或者處理器是功能安全的第一個著眼點(diǎn)，智能化帶來的是越來越多的高性能處理器，如設(shè)備中的MCU、MPU、GPU、NPU和CPU芯片等；同時也帶來了核心處理器和主控SoC的設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)都變得更加的復(fù)雜，因此無論是系統(tǒng)設(shè)計(jì)師還是最終消費(fèi)者，都要建立對設(shè)備和核心處理單元進(jìn)行功能安全認(rèn)證進(jìn)行檢查的意識；比如了解智能汽車的關(guān)鍵處理單元是否通過了基于ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的ASIL功能安全認(rèn)證，才能了解系統(tǒng)給駕乘人員和汽車本身提供了何種程度的保護(hù)。

因此，功能安全成為了智能和無人設(shè)備的基礎(chǔ)保障，推動了整個芯片產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展和創(chuàng)新，許多硅IP提供商、芯片設(shè)計(jì)公司和開發(fā)工具提供商都在提高產(chǎn)品性能的同時，還在積極推動其車用產(chǎn)品通過嚴(yán)格的ASIL認(rèn)證，從而幫助智能/無人設(shè)備芯片和系統(tǒng)開發(fā)者去快速實(shí)現(xiàn)功能安全。

硅IP是功能安全的源頭

針對智能汽車對高性能計(jì)算與功能安全的雙重需求，近年來部分xPU供應(yīng)商也在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中引入了面向功能安全的架構(gòu)和機(jī)制，但是傳統(tǒng)的功能安全機(jī)制因?yàn)樾枰ㄟ^鎖步或者備份互檢的方式來實(shí)現(xiàn)，其中大量的重復(fù)電路設(shè)計(jì)帶來了芯片整體成本的大幅度上升。

當(dāng)然，也有許多廠商在積極推動功能安全方面的創(chuàng)新，以Imagination Technologies不久前推出的DXS GPU IP為例，其在提供汽車主控芯片所需的圖形渲染能力和計(jì)算性能的同時，通過創(chuàng)新的分布式安全機(jī)制在僅增加10%左右芯片面積開銷的情況下，實(shí)現(xiàn)了功能安全并通過了第三方嚴(yán)格的ASIL-B認(rèn)證。這類能夠高效率支持功能安全的GPU IP，正在成為智能駕駛SoC芯片開發(fā)者在競爭中建立優(yōu)勢的關(guān)鍵組件，同時還因?yàn)镚PU的可編程性為智駕SoC提供了更長的產(chǎn)品生命周期。

除了源自IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)的、適用于汽車行業(yè)的功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262和相應(yīng)的ASIL系列認(rèn)證，近年來隨著低空經(jīng)濟(jì)和無人飛行器產(chǎn)業(yè)的快速的發(fā)展，促使更多業(yè)內(nèi)人士關(guān)注《航空器機(jī)載電子設(shè)備硬件設(shè)計(jì)保障指南（DO-254）》，以及相應(yīng)的航空電子硬件開發(fā)的適航標(biāo)準(zhǔn)框架AMC 20-152A（基本上是DO-254的補(bǔ)充）這兩個用于航空設(shè)備和飛行器的通用標(biāo)準(zhǔn)，他們是否也會成為開發(fā)eVOTL這類低空機(jī)載電子設(shè)備芯片和硬件的功能安全標(biāo)準(zhǔn)呢？

安全性和可管理是低空經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展的兩個前提，盡管無人飛行器的適航要求還并未完全清晰，但是航空工業(yè)已經(jīng)積累了豐富的功能安全經(jīng)驗(yàn)和測試體系。AMC 20-152A進(jìn)一步細(xì)化了 DO-254 的驗(yàn)證方法，如明確 HDL 代碼覆蓋率需達(dá)到 95% 以上等。所以，選擇使用符合這兩個標(biāo)準(zhǔn)的IP和芯片，是設(shè)計(jì)諸如無人飛行設(shè)備等新興系統(tǒng)功能安全的重要考量因素，目前業(yè)界也有企業(yè)一直致力于開發(fā)獲得功能安全認(rèn)證的IP產(chǎn)品。以下為全球領(lǐng)先的IP和驗(yàn)證IP(VIP)開發(fā)商SmartDV Technology提供的部分通過了相關(guān)安全認(rèn)證的IP和驗(yàn)證VIP。

芯片設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)選用獲得功能安全認(rèn)證的IP產(chǎn)品

不要忘了開發(fā)工具

最后，功能安全認(rèn)證已經(jīng)通過諸如ISO26262等標(biāo)準(zhǔn)形成了一個全整的流程，因此要獲得功能安全認(rèn)證就要在流程上遵循標(biāo)準(zhǔn)，主要涵蓋安全目標(biāo)定義與架構(gòu)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與測試、第三方審核完成認(rèn)證與文檔、以及持續(xù)合規(guī)管理等關(guān)鍵階段。‌值得注意的是，工具鏈認(rèn)證‌也是功能安全認(rèn)證的重要組成部分，開發(fā)工具也需通過第三方獨(dú)立認(rèn)證，以確保代碼覆蓋率達(dá)標(biāo)，例如Imagination的PowerVR SDK工具鏈已通過ISO 26262兼容性驗(yàn)證。

隨著國內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)不斷提升自己的開發(fā)能力，并開發(fā)價值更高的、立足獲得相應(yīng)功能安全認(rèn)證的芯片產(chǎn)品，采用全球領(lǐng)先的、已通過‌第三方審核‌的開發(fā)工具已成為行業(yè)中的一個趨勢。這是開發(fā)各種智能/無人設(shè)備行業(yè)及設(shè)計(jì)師必須關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，因?yàn)槭欠襁x用已經(jīng)獲得認(rèn)證的開發(fā)工具，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)最終獲得功能安全認(rèn)證的重要環(huán)節(jié)，涉及到產(chǎn)品開發(fā)周期和功能安全認(rèn)證時間。

諸如芯馳科技、紫光同芯、旗芯微半導(dǎo)體、國科環(huán)宇、芯科集成和兆易創(chuàng)新等許多國內(nèi)車用MCU廠商就選擇與全球領(lǐng)先的嵌入式開發(fā)軟件和服務(wù)提供商IAR合作，為其下游開發(fā)者引入IAR獲得認(rèn)證的工具鏈。針對越來越多的功能安全需求，IAR的Embedded Workbench工具提供了經(jīng)過TÜV SÜD認(rèn)證的功能安全版本，符合ISO 26262等10項(xiàng)功能安全標(biāo)準(zhǔn)，可以幫助車廠和Tier-1等芯片應(yīng)用企業(yè)高效完成功能安全開發(fā)與認(rèn)證，加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。

安全性是未來的金礦

功能安全為許多智能和無人設(shè)備提供了保駕護(hù)航的重要手段和必要條件，因此需要引起從IP選擇、到芯片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)等各環(huán)節(jié)的重視。但是，從目前的行業(yè)實(shí)踐、社會認(rèn)知和資本市場的態(tài)度來看，大家對智能與無人設(shè)備的全方位安全問題都很不重視。目前在行業(yè)中，還是有很多系統(tǒng)開發(fā)商出于成本的考慮，去選擇未通過功能安全認(rèn)證的芯片來開發(fā)相關(guān)系統(tǒng)。

從社會認(rèn)知的角度來看，消費(fèi)者在購買自動駕駛或者輔助駕駛汽車時，即使在經(jīng)歷了那么多血的教訓(xùn)之后，絕大多數(shù)消費(fèi)者也不知道或者不會去要求車廠拿出其主控芯片和整個智駕系統(tǒng)獲得的ASIL認(rèn)證證書，更不用說有多少消費(fèi)者會去比較不同車廠產(chǎn)品通過的是ASIL-A？還是更高等級的ASIL-B、ASIL-C或ASIL-D認(rèn)證？

從資本市場來看，智駕題材已經(jīng)炒過多輪，但是開發(fā)與智駕相關(guān)的安全芯片產(chǎn)品的上市公司卻并未都受到追捧。以央企中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)在香港的上市公司“中電華大科技（HK:00085）”為例，該公司全資持有的北京中電華大電子設(shè)計(jì)有限公司是全球第二大、國內(nèi)第一大的安全芯片（SE芯片）設(shè)計(jì)企業(yè)。該公司是國內(nèi)首家推出車規(guī)級SE芯片（其應(yīng)用見下圖）的企業(yè)，但是在不久前舉辦的2025年MWC上海大會上，筆者去訪問的該公司展臺工作人員坦承：許多車廠寧愿把錢花在消費(fèi)者看得見的內(nèi)飾上，也不愿意去采用華大電子價格為10元的車規(guī)級SE芯片上。

由于資本市場上目前對智能設(shè)備的安全性價值認(rèn)知不夠，因此中電華大科技的市值一直很低，在其2024年的營收達(dá)到了21.7億元，凈利潤達(dá)到了5.43億元且分紅率一直在30%左右的情況下，全資持有北京中電華大電子這樣一家技術(shù)領(lǐng)先的安全芯片設(shè)計(jì)企業(yè)的中電華大科技的市值長期低于30億港元。

所以，這些現(xiàn)象都說明了盡管大家都認(rèn)識到智能化和無人化的時代已經(jīng)來臨，但是行業(yè)人士、消費(fèi)者和投資人對智能或者無人設(shè)備的功能安全、信息安全和時空安全的重視還極不充分。多數(shù)消費(fèi)者在為智能駕駛或者輔助駕駛買單的時候，并不關(guān)心這輛汽車是否只有弱保護(hù)或者在“裸奔”。除了汽車智駕，未來還會出現(xiàn)時刻就在消費(fèi)者身邊的人形機(jī)器人，載人的eVOTL，以及更多的智能無人設(shè)備，它們也有可能因故障或者其他風(fēng)險給人和物帶來危害，因此都需要全方位安全性。

當(dāng)然行業(yè)也在快速發(fā)展變化，目前在MCU領(lǐng)域中通用產(chǎn)品的競爭已經(jīng)異常慘烈，所以越來越多的MCU廠商積極開發(fā)符合功能安全的高端MCU產(chǎn)品。同時中電華大科技（華大電子）的展臺工作人員也表示該公司的SE芯片正在諸如智能網(wǎng)聯(lián)汽車、車聯(lián)網(wǎng)、邊緣AI終端、智能表計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)、移動設(shè)備和穿戴產(chǎn)品等許多新的領(lǐng)域開始得到應(yīng)用；同時三大運(yùn)營商從今年下半年起，為各種智能終端全面引入eSIM芯片這種安全芯片，還將為安全芯片行業(yè)帶來全新的機(jī)遇。所以盡管目前全方位安全性未受到廣泛的重視，但其實(shí)正是一座還未被充分發(fā)現(xiàn)和發(fā)掘的金礦。