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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)備和消費者/使用者進(jìn)行最大限度的保護(hù)，還將因為避免為不安全付出高昂代價建立新的競爭優(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，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)計師還是最終消費者，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)制因為需要通過鎖步或者備份互檢的方式來實現(xiàn)，其中大量的重復(fù)電路設(shè)計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，同時還因為GPU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)驗和測試體系。AMC 20-152A進(jìn)一步細(xì)化了 DO-254 的驗證方法，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和驗證VIP。

芯片設(shè)計師應(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、驗證與測試、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兼容性驗證。

隨著國內(nèi)集成電路設(shè)計企業(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)計師必須關(guān)注的重點領(lǐng)域之一，因為是否選用已經(jīng)獲得認(rèn)證的開發(fā)工具，也是系統(tǒng)設(shè)計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)計開發(fā)等各環(huán)節(jié)的重視。但是，從目前的行業(yè)實踐、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、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，但其實正是一座還未被充分發(fā)現(xiàn)和發(fā)掘的金礦。