如今的车辆结合了精密机械与尖端电子软硬件的复杂系统,不仅衍生出各种创新车联网(IoV)、先进驾驶辅助系统(ADAS)应用,更让车厂及消费者将其视为可在路上行驶的边缘运算设备。

边缘运算(edge computing)的兴起源自减轻云端数据中心的运算负载,降低应用服务的延迟,可让使用者在最快的时间内获得所需的信息或回馈。相较于云端,边缘运算涵盖的范围相当广,包括智慧工厂内的生产工具、智能手机,以及各种智能终端设备…等。如今的车辆结合了精密机械与尖端电子软硬件的复杂系统,以及云端、人工智能(AI)、各种传感器与无线通信技术,不仅衍生出各种创新车联网(IoV)、先进驾驶辅助系统(ADAS)应用,更让车厂及消费者将其视为可在路上行驶的边缘运算设备。亦即透过车辆在路上收集的各种数据的挖掘、利用与研究,可应用到车辆对各种路况的反应,进而实现自动驾驶功能外,还可延伸更多新兴且具获利机会的商业模式。

事实上,广达一直将自驾车视为有四个轮子的数据中心,因此该公司与其他仍以代工角度抢进汽车产业的台湾企业设立不同目标,致力于开发自驾车后台的基础建设系统、整合5G,甚至与未来的智能城市基础建设互相整合。Molex与贸泽电子(Mouser)合作的汽车产业调查中,则援引大众汽车(Volkswagen)首席执行官Herbert Diess对未来汽车产业发展的看法,预计在25年内让自动驾驶普及于汽车市场;现代汽车(Hyundai Motor)更是进一步提出“元移动”(Metamobility)的愿景,透过机器人技术和元宇宙超越物理运动,影响现实世界的变化,以及实现无限的移动自由。

也许现在仍难以想象,当路上每一辆车都是移动边缘运算设备时,车辆本身、行驶的道路与周边环境,甚至是人们在车辆中都会有不同以往的呈现与活动。就如现代汽车的愿景——未来车辆将作为一种链接虚空间的智能设备,让乘客能够享受各种车内虚拟现实(VR)体验,最终让人们克服时间和空间运动的物理限制。可以想见,假以时日,车辆、周边道路的各种设备及交通路标…等都可能跳脱现在的“样貌”,功能也将不断扩展。

愿景很美好,对吧?但实现这美好的愿景,前方必然是布满了各种技术难关与挑战。由EE Times、EDN Taiwan主办的TechTaipei“智慧连网车辆技术研讨会暨国际论坛”中,在下午主题为“智能连网车的下一步?”What’s Next for Intelligent Connected Vehicles?)的国际圆桌论坛,即提到了智慧连网车辆为何会并如何成为车轮上的边缘运算中心,以及相关的技术挑战和未来趋势。

连网车辆生成数据海啸

即使目前面临芯片短缺的困境,但半导体芯片解决方案仍持续促使传统车辆得以透过连接技术,化身连网车辆,连结各种车载服务,推动更安全的道路行驶环境与更方便、快捷的驾驶和乘客体验。Nvidia亚太区技术营销总监严永信指出,连网车辆定义相当广泛,不但需要结合软硬件,还须与云端相接,透过各种运算及服务提高使用者体验。因此,不仅是更进一步的自动驾驶车,举凡现在可以看到的各式提升可驾驶体验的应用服务,都可以归入智慧连网车辆的一环。

随着车辆透过半导体与连接技术而拥有更多吸引人的功能、更提高了安全性之后,连网车辆也逐渐成为消费者购车首选。现今在路上已经可以看到不少具备基础或是高端功能的连网车辆,EE Times欧洲特派记者暨Embedded主编Nitin Dahad表示,连网车辆越来越多意味着将产生更多的数据量,因此车辆中也将迎来所谓的数据海啸,究竟这些庞大的数据该如何处理、运算、分析,将牵涉到连网车辆如何能变得更智能,以及将数据放到云端运算是否会造成不可接受的延迟等等问题。

而这正是促使连网车辆得转化为边缘运算设备的关键推动力。

智慧连网车辆可视为车轮上的边缘运算中心。

庞大数据处理造就连网车辆成边缘运算设备

如上述所说,连网车辆会收集到来自各种车内外服务产生的巨量数据。严永信认为,这些数据不一定是来自真实世界,有可能是合成或是无效的数据,因此许多企业转向寻求云端高效能运算的协助,以便筛选、分析这些数据,进而训练、改善人工智能模型,再将其放到连网车辆中,以增添智能功能及服务。不过,若要使这个流程无所不在,并迅速、持续不断的扩张与改善车辆的功能及服务,则车辆本身必须作为边缘运算的要员,连结云端和高效能数据中心,以便迅速处理所有的数据并从中提取出更正确的训练模型,防范各种驾驶过程会遭遇的问题,将更多元、安全的功能带到驾驶舱中。

Arm亚太区车用市场资深总监邓志伟也看到了相同的趋势发展。他表示,将资料放在车辆上运算是目前可见的数据处理趋势之一,尤其车辆作为边缘端的运算重心,需要更高效能的CPU、GPU、ISP等处理器,来集中化并在同一软件平台/架构上处理数据。与此同时,在车辆中导入这些高效能处理器时,还须关注功耗、散热…等问题,以免造成车辆隐藏的不安全性。

中国台湾车联网协会(Taiwan Telematics Industry Association,TTIA)秘书长郑维晃则以取得有价值的数据来强调车辆边缘运算的重要。他认为,“Garbage in garbage out”一直是各产业在撷取数据时会遭遇的问题,因此需要智慧化的边缘运算在本地先行处理数据,筛选出真正需要云端服务器才能进一步处理的信息,以大幅减少送往云端的数据量。如此一来,在云端才能生成更好的人工智能训练模型,且由此衍生而来的“实时筛选”、“分布式计算”概念也是在谈车联网时常听到的边缘运算技术的一环。

从与处理器需要密切互动、搭配的内存角度来看数据处理,旺宏电子(Macronix)产品营销处项目副处长周志鸿表示,数据海啸的处理在汽车产业已经变成一个大议题,为了降低云端的负载,连网车辆须具备一定的运算能力,因此为了协助车用处理器,可以简化处理负担的内存内运算(Computing in Memory)技术开始获得市场重视。

通信连网技术衍生安全性挑战

无论透过5G或是其他连接技术使连网车辆化身边缘运算设备,进而实现更多智能、安全、便利的应用服务,以及正在进行中的自动驾驶车,为驾驶或乘客创造更好的使用体验,都不能不注意一个相当重要的问题——网络安全(Cybersecurity)。Dahad指出,有资料、有连接技术时,伴随而来的就是潜在的安全漏洞与网络攻击,以及连网车辆是否能承受安全保护有延迟的状况发生,因此如何维护连网车辆的安全性与实时性,成为企业势必将遭遇的难题。

事实上,除了已知的网络漏洞与攻击外,网络世界中存在着许多企业未处理过的安全问题,这类安全问题也会随着黑客的“演化”而不断出现,甚至企业可能也不是很确定自己正在处理的安全问题究竟是什么,只能预测会发生什么事,或是尽力实时修补漏洞。“网络安全是一直存在,也是包括Nvidia在内,各家企业一直在解决的问题,”严永信说,这是由于黑客一直在进化,因此同时需要基于硬件与软件的安全措施,如芯片内部的硬件安全、零信任(Zero Trust)安全模型…等,或是透过DPU (Data Processing Unit)此种专门处理网络安全的组件,但前提是不能增加主处理器的负担。

邓志伟认为,网络安全不能仅从半导体芯片端来解决,要从“域”(Domain)的软硬件架构一起着手克服挑战;周志鸿则表示从内存内部增添安全机制也是一种解决之道;抑或者在内存与GPU、CPU之间的沟通接口中增加PUF密钥,也就是透过半导体自身的特性,生成如同芯片的指纹特征,而形成的安全ID,这将是黑客或有心人士在破解硬件芯片时无法预测的。

严永信并强调,连网车辆的实时网络安全很重要,这也是为什么连网车辆必须具备边缘运算能力的原因。更重要的是,网络安全无法完全仰赖连接技术,因为若失去连接技术就等同失去了网络安全保护,因此边缘端硬件与软件加密在车辆中就愈显其重要性,也可借此最大程度地减少任何网络安全性方面的延迟。

智慧连网车辆可视为车轮上的边缘运算中心。

边缘运算连网车提供台厂更多机会

虽然近几年车辆电气化的趋势发展态势似乎较为强劲,但联网车辆的进程也不容小觑,同样可为台湾企业带来许多新商机。郑维晃表示,车辆的电气化的确为汽车产业带来显著的发展,但连网、数字化才是未来汽车产业的重点发展方向。透过连网技术与数字化,无论是四轮车辆或是三轮、双轮电动机车,都可透过传感器、边缘运算技术连结成有助道路安全的大网,进而将传统的道路变为智慧道路(Smart Road)。而这些“进化”让台湾ICT在汽车产业中成为很重要的存在,除了连网车辆本身,在小型路侧端的应用,也能有台湾ICT发挥的空间。

周志鸿则认为,台湾具备众多智能手机、个人计算机软件、硬件及基础设施…等的开发制造商,这些企业挟带过往丰富的开发经验与实力的累积,在汽车产业走向软硬件整合的道路时,就是台湾ICT企业大显身手的最好时机。

不仅如此,当传统的制造车辆由硬件决定软件的方式,转变为软件定义车辆(SDV)概念时,台湾厂商的机会也会随之而来。邓志伟说明,连网车辆的设计、制造与应用服务开发,导入软件定义车辆概念,会让云端变成原生的天堂,促使硬件与软件架构、服务都发生巨大的变化;更重要的是,台湾IC设计公司、晶圆代工企业如台积电(TSMC)等拥有先进工艺的厂商,也可进一步创造车厂、OEM提高对台湾ICT企业接受度的机会。

本文同步刊登于台湾版《电子工程专辑》杂志20225月刊

责编:Amy.wu
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