深入解析Arm Zena CSS计算平台

作者：Arm 汽车事业部产品和解决方案副总裁 Suraj Gajendra

在汽车行业中，车辆正变得越来越智能且互联，并由人工智能 (AI) 定义。以往仅部署在高端车型的功能，例如实时驾驶员监控、预测性维护以及调适性车载信息娱乐系统 (IVI) 等，如今正迅速成为新车型的标准配备。同时，汽车开发也愈发复杂，进度安排更为紧凑，且安全标准不断演进，对可扩展计算能力提出了更高需求。

整车厂与芯片供应商都需要一个模块化、具备安全功能、软件就绪，且兼具高性能与高能效的计算平台，同时还要能降低集成风险并缩短各款车型的开发时间。

几乎全球所有的整车厂都得益于 Arm 的基础技术。有鉴于此项优势，Arm 推出了专为新一代汽车（即AI 定义汽车）而打造的计算平台——Arm Zena 计算子系统 (Compute Subsystems, CSS)。

全新集成的 CSS 将缩短芯片开发周期

第一代的 Zena CSS 是一个标准化、预先集成、预先验证的计算平台，并基于最新经市场验证的Armv9 汽车增强 (AE) 技术。该计算平台结合了低功耗、高性能，且经验证的 IP，以及专用的安全岛与运行时安全引擎，再加之参考固件和软件支持，构成了可进行芯片实现的一套完整的 CSS。这个全面的解决方案，让整车厂从构思到量产都能更快地采取行动、降低成本与风险，打造出更具差异性且智能化的驾乘体验。

一般的汽车开发周期长达三到五年，Zena CSS 能显著缩短汽车硬件与软件的交付进程。如今，随着汽车产业迈向 AI 定义汽车的方向发展，智能化将分布于不同区域，特性与工作负载则可通过无线更新 (OTA) 在边缘侧执行。Zena CSS 可提供具有可扩展性与安全能力的统一计算基础，赋能整车厂保持创新步伐，并大规模实现创新。

Zena CSS 的各个子系统包含以下组件与特性：

搭载 16 核心 Arm Cortex-A720AE CPU 集群的高性能计算；

由 CMN S3AE 提供 CPU 一致性与芯片间的 I/O 连接；

使用 Arm Cortex-R82AE 进行实时处理的安全岛；

用于安全的 OTA 更新的运行时安全引擎；

通过 Arm TrustZone 启用的系统层级的安全性与信任根；

经验证的 RTL 设计与参考固件；

可选择集成由 Arm Mali GPU 和 Mali-C720AE 驱动的图形处理单元 (GPU) 和图像信号处理 (ISP)；

支持加速器与合作伙伴专用逻辑组件的轻松集成，以满足先进的 AI 系统级芯片 (SoC) 设计日益多样化的工作负载需求。

相较于从 IP 开始进行芯片设计，Zena CSS 预先集成了硬件与固件组件，因此可将芯片开发周期最多缩短 12 个月。Zena CSS 也可延伸应用于 IVI、中央计算与 L2+ 先进驾驶辅助系统 (ADAS)，让整车厂能够在多种车系与多层性能等级之间灵活部署，无需重新设计计算堆栈或从头开始进行安全认证。此外，遍布汽车生态系统的 Arm 计算架构，使得整车厂能在不同供应商的基于 Zena CSS 的 SoC 之间复用和移植其软件的许多组件，包括固件、中间件、操作系统、应用等。

降低整车开发成本与复杂性

Zena CSS 有助于减少前期与持续性的整体工程负担。这对于时间紧迫且功能不断增加的汽车产业来说尤其重要。Zena CSS 可带来以下效益，帮助降低开发过程中的成本与复杂性：

相较于传统基于 IP 进行芯片设计，Zena CSS 可减少多达 20% 的芯片工程工作量，使团队能够专注于开发针对 AI 定义汽车工作负载的差异化功能；

通过软件标准化，可降低多达 30% 的跨平台移植工作量，节省软件开发时间与成本。

以上效益能降低整体车辆平台开发总成本，而一致的 Arm 架构则具备跨 ADAS、中央计算与 IVI 用例的扩展能力，可适用于基于单芯片和芯粒 (chiplet) 的芯片设计。

广受业界信赖

专为功能安全而打造

内置安全功能的最新 Arm AE 技术已广泛部署于汽车市场。在此基础上，Zena CSS 在子系统中集成了安全岛与运行时安全引擎等专用安全硬件。这些具备安全能力、预先验证的硬件组件，与 Zena CSS 主计算核心集群具备架构上的连通性，能实现安全启动，并支持故障检测与管理等特性，同时还有助于降低成本和缩短认证进程。

通过集成一个由 Cortex-R82AE 专门驱动的安全岛，Zena CSS 可广泛部署于包括 ADAS 与域控制器等在内的安全关键性用例中。同时，软件生态系统也能在此成熟且安全的基础上进行创新，并实现差异化。与此同时，Zena CSS 还支持软件复用与移植，加速部署进程。

通过基于 Arm 技术的虚拟平台

实现提早开发、更快完成

继去年推出聚焦于 IP 的虚拟平台后，Cadence、西门子与新思科技等 Arm 合作伙伴再次推出支持 Zena CSS 的计算子系统层级的虚拟平台。新的虚拟平台已被证实能实现更顺畅的集成，并加快上市进程，尤其是在安全关键型领域。这让工程团队无需等待物理芯片，就能够提前进行硬软件协同设计与验证，实现缩短多达两年的开发周期。针对 AI 定义汽车，开发者可通过虚拟平台，在真实的仿真环境中验证 AI 工作负载与边缘侧的推理行为。

通过 RTL 仿真与虚拟平台的结合，整车厂能在芯片就绪前就建立对 Zena CSS 计算架构的信心，有效降低风险与成本。与此同时，Armv9 架构从云端到边缘侧的指令集架构 (ISA) 对等，可在实际部署到车辆前，先在云端进行软件测试，进而加速芯片与软件解决方案的开发与验证。

全面集成标准化的固件与 SOAFEE 蓝图

Zena CSS 设计初衷即是支持开放、可扩展的软件开发，以顺应现代与未来的汽车应用。Arm 正将 Zena CSS 参考固件开放至整个生态系统，并且包括安全功能等在内的每个组件都已预先验证并完整集成。

Zena CSS 与 SOAFEE（面向嵌入式边缘的可扩展开放架构）紧密对接，SOAFEE 已针对 CSS 发展出多个适用于实际汽车场景的蓝图项目，包括推动自动驾驶功能的 Autoware Open AD Kit 蓝图项目、电装 (DENSO) 为混合关键性安全需求设计的最新蓝图项目，以及松下汽车电子系统 (Panasonic Automotive Systems) 为开发和部署数字座舱与 IVI 解决方案所设计的蓝图项目。

得益于 Arm SystemReady（Arm 的认证与合规计划）与其他产业标准 API，这些 SOAFEE 蓝图项目能无缝运行于 Zena CSS 之上，使得整车厂在软件决策方面拥有真正的灵活性。事实上，Arm SystemReady 新的汽车扩展将于 2025 年底对生态系统全面开放，以确保汽车应用的操作系统与软件栈能在不同硬件上无缝运行。

通过在 Zena CSS 基础上提供标准化固件与软件，Arm 可提供全栈解决方案，使得软件生态系统能够在汽车市场上构建和打造差异化应用，同时为软件的复用和移植提供支持，以加速跨平台的应用和功能部署。通过这个为 Zena CSS 预先构建的生态系统，Arm 致力于帮助所有的汽车合作伙伴更轻松地实现目标，并降低风险，而 SOAFEE 在这一生态系统中发挥了关键作用。

为未来 AI 定义汽车而设计

迈向 AI 定义汽车的转型正在进行中。从实时传感器融合到座舱内的自然语言处理，AI 如今已成为汽车各个领域的核心能力。然而，新的挑战也伴随着这些智能特性的发展而来，包括异构计算需求、边缘侧的实时推理，以及持续的由 AI 与软件驱动的大规模更新等。

汽车已不再仅由硬件进行定义，而是由随着时间推移能学习、调整与改善的智能系统所塑造。Zena CSS 正是为此转型而生，能够实现可扩展性能、商业差异化、简化集成，并支持软件可移植性，以迎接 AI 定义汽车时代的来临。在丰富的合作伙伴生态系统、虚拟平台与开放标准支持下，Zena CSS 为产业加速发展，以及规模化交付更智能的汽车提供了根基。

汽车的未来由 AI 定义，而 Arm 是汽车计算平台的基石。