車聯網:「邊緣運算」上路奔馳

作者 : Anthea Chuang,EE Times Taiwan

如今的車輛結合了精密機械與尖端電子軟硬體的複雜系統,不僅衍生出各種創新車聯網(IoV)、先進駕駛輔助系統(ADAS)應用,更讓車廠及消費者將其視為可在路上行駛的邊緣運算設備。

邊緣運算(edge computing)的興起源自減輕雲端資料中心的運算負載,降低應用服務的延遲,可讓使用者在最快的時間內獲得所需的資訊或回饋。相較於雲端,邊緣運算涵蓋的範圍相當廣,包括智慧工廠內的生產工具、智慧型手機,以及各種智慧終端裝置…等。如今的車輛結合了精密機械與尖端電子軟硬體的複雜系統,以及雲端、人工智慧(AI)、各種感測器與無線通訊技術,不僅衍生出各種創新車聯網(IoV)、先進駕駛輔助系統(ADAS)應用,更讓車廠及消費者將其視為可在路上行駛的邊緣運算設備。亦即透過車輛在路上收集的各種數據資料的挖掘、利用與研究,可應用到車輛對各種路況的反應,進而實現自動駕駛功能外,還可延伸更多新興且具獲利機會的商業模式。

事實上,廣達一直將自駕車視為有四個輪子的資料中心,因此該公司與其他仍以代工角度搶進汽車產業的台灣業者設立不同目標,致力於開發自駕車後台的基礎建設系統、整合5G,甚至與未來的智慧城市基礎建設互相整合。Molex與貿澤電子(Mouser)合作的汽車產業調查中,則援引大眾汽車(Volkswagen)執行長Herbert Diess對未來汽車產業發展的看法,預計在25年內讓自動駕駛普及於汽車市場;現代汽車(Hyundai Motor)更是進一步提出「元移動」(Metamobility)的願景,透過機器人技術和元宇宙超越物理運動,影響現實世界的變化,以及實現無限的移動自由。

也許現在仍難以想像,當路上每一輛車都是行動邊緣運算設備時,車輛本身、行駛的道路與周邊環境,甚至是人們在車輛中都會有不同以往的呈現與活動。就如現代汽車的願景——未來車輛將作為一種連結虛擬空間的智慧裝置,讓乘客能夠享受各種車內虛擬實境(VR)體驗,最終讓人們克服時間和空間運動的物理限制。可以想見,假以時日,車輛、周邊道路的各種設備及交通號誌…等都可能跳脫現在的「樣貌」,功能也將不斷擴展。

願景很美好,對吧?但實現這美好的願景,前方必然是佈滿了各種技術難關與挑戰。由EE Times、EDN Taiwan主辦的TechTaipei「智慧連網車輛技術研討會暨國際論壇」中,在下午主題為「智慧連網車的下一步?」(What’s Next for Intelligent Connected Vehicles?)的國際圓桌論壇,即提到了智慧連網車輛為何會並如何成為車輪上的邊緣運算中心,以及相關的技術挑戰和未來趨勢。

連網車輛生成資料海嘯

即使目前面臨晶片短缺的困境,但半導體晶片解決方案仍持續促使傳統車輛得以透過連接技術,化身連網車輛,連結各種車載服務,推動更安全的道路行駛環境與更方便、快捷的駕駛和乘客體驗。Nvidia亞太區技術行銷總監嚴永信指出,連網車輛定義相當廣泛,不但需要結合軟硬體,還須與雲端相接,透過各種運算及服務提高使用者體驗。因此,不僅是更進一步的自動駕駛車,舉凡現在可以看到的各式提升可駕駛體驗的應用服務,都可以歸入智慧連網車輛的一環。

隨著車輛透過半導體與連接技術而擁有更多吸引人的功能、更提高了安全性之後,連網車輛也逐漸成為消費者購車首選。現今在路上已經可以看到不少具備基礎或是高階功能的連網車輛,EE Times歐洲特派記者暨Embedded主編Nitin Dahad表示,連網車輛越來越多意味著將產生更多的資料量,因此車輛中也將迎來所謂的資料海嘯,究竟這些龐大的資料該如何處理、運算、分析,將牽涉到連網車輛如何能變得更智慧,以及將資料放到雲端運算是否會造成不可接受的延遲等等問題。

而這正是促使連網車輛得轉化為邊緣運算裝置的關鍵推動力。

 

智慧連網車輛可視為車輪上的邊緣運算中心。

 

龐大資料處理造就連網車輛成邊緣運算設備

如上述所說,連網車輛會收集到來自各種車內外服務產生的巨量資料。嚴永信認為,這些資料不一定是來自真實世界,有可能是合成或是無效的資料,因此許多業者轉向尋求雲端高效能運算的協助,以便篩選、分析這些資料,進而訓練、改善人工智慧模型,再將其放到連網車輛中,以增添智慧功能及服務。不過,若要使這個流程無所不在,並迅速、持續不斷的擴張與改善車輛的功能及服務,則車輛本身必須作為邊緣運算的要員,連結雲端和高效能資料中心,以便迅速處理所有的資料並從中提取出更正確的訓練模型,防範各種駕駛過程會遭遇的問題,將更多元、安全的功能帶到駕駛艙中。

Arm亞太區車用市場資深總監鄧志偉也看到了相同的趨勢發展。他表示,將資料放在車輛上運算是目前可見的資料處理趨勢之一,尤其車輛作為邊緣端的運算重心,需要更高效能的CPU、GPU、ISP等處理器,來集中化並在同一軟體平台/架構上處理資料。與此同時,在車輛中導入這些高效能處理器時,還須關注功耗、散熱…等問題,以免造成車輛隱藏的不安全性。

台灣車聯網協會(Taiwan Telematics Industry Association,TTIA)秘書長鄭維晃則以取得有價值的資料來強調車輛邊緣運算的重要。他認為,「Garbage in garbage out」一直是各產業在擷取資料時會遭遇的問題,因此需要智慧化的邊緣運算在本地先行處理資料,篩選出真正需要雲端伺服器才能進一步處理的資訊,以大幅減少送往雲端的資料量。如此一來,在雲端才能生成更好的人工智慧訓練模型,且由此衍生而來的「即時篩選」、「分散式運算」概念也是在談車聯網時常聽到的邊緣運算技術的一環。

從與處理器需要密切互動、搭配的記憶體角度來看資料處理,旺宏電子(Macronix)產品行銷處專案副處長周志鴻表示,資料海嘯的處理在汽車產業已經變成一個大議題,為了降低雲端的負載,連網車輛須具備一定的運算能力,因此為了協助車用處理器,可以簡化處理負擔的記憶體內運算(Computing in Memory)技術開始獲得市場重視。

通訊連網技術衍生安全性挑戰

無論透過5G或是其他連接技術使連網車輛化身邊緣運算設備,進而實現更多智慧、安全、便利的應用服務,以及正在進行中的自動駕駛車,為駕駛或乘客創造更好的使用體驗,都不能不注意一個相當重要的問題——網路安全(Cybersecurity)。Dahad指出,有資料、有連接技術時,伴隨而來的就是潛在的安全漏洞與網路攻擊,以及連網車輛是否能承受安全保護有延遲的狀況發生,因此如何維護連網車輛的安全性與即時性,成為業者勢必將遭遇的難題。

事實上,除了已知的網路漏洞與攻擊外,網路世界中存在著許多業者未處理過的安全問題,這類安全問題也會隨著駭客的「演化」而不斷出現,甚至業者可能也不是很確定自己正在處理的安全問題究竟是什麼,只能預測會發生什麼事,或是盡力即時修補漏洞。「網路安全是一直存在,也是包括Nvidia在內,各家業者一直在解決的問題,」嚴永信說,這是由於駭客一直在進化,因此同時需要基於硬體與軟體的安全措施,如晶片內部的硬體安全、零信任(Zero Trust)安全模型…等,或是透過DPU (Data Processing Unit)此種專門處理網路安全的元件,但前提是不能增加主處理器的負擔。

鄧志偉認為,網路安全不能僅從半導體晶片端來解決,要從「域」(Domain)的軟硬體架構一起著手克服挑戰;周志鴻則表示從記憶體內部增添安全機制也是一種解決之道;抑或者在記憶體與GPU、CPU之間的溝通介面中增加PUF密鑰,也就是透過半導體自身的特性,生成如同晶片的指紋特徵,而形成的安全ID,這將是駭客或有心人士在破解硬體晶片時無法預測的。

嚴永信並強調,連網車輛的即時網路安全很重要,這也是為什麼連網車輛必須具備邊緣運算能力的原因。更重要的是,網路安全無法完全仰賴連接技術,因為若失去連接技術就等同失去了網路安全保護,因此邊緣端硬體與軟體加密在車輛中就愈顯其重要性,也可藉此最大程度地減少任何網路安全性方面的延遲。

 

智慧連網車輛可視為車輪上的邊緣運算中心。

 

邊緣運算連網車提供台廠更多機會

雖然近幾年車輛電氣化的趨勢發展態勢似乎較為強勁,但聯網車輛的進程也不容小覷,同樣可為台灣業者帶來許多新商機。鄭維晃表示,車輛的電氣化的確為汽車產業帶來顯著的發展,但連網、數位化才是未來汽車產業的重點發展方向。透過連網技術與數位化,無論是四輪車輛或是三輪、雙輪電動機車,都可透過感測器、邊緣運算技術連結成有助道路安全的大網,進而將傳統的道路變為智慧道路(Smart Road)。而這些「進化」讓台灣ICT在汽車產業中成為很重要的存在,除了連網車輛本身,在小型路側端的應用,也能有台灣ICT發揮的空間。

周志鴻則認為,台灣具備眾多智慧型手機、個人電腦軟體、硬體及基礎設施…等的開發製造商,這些業者挾帶過往豐富的開發經驗與實力的累積,在汽車產業走向軟硬體整合的道路時,就是台灣ICT業者大顯身手的最好時機。

不僅如此,當傳統的製造車輛由硬體決定軟體的方式,轉變為軟體定義車輛(SDV)概念時,台灣廠商的機會也會隨之而來。鄧志偉說明,連網車輛的設計、製造與應用服務開發,導入軟體定義車輛概念,會讓雲端變成原生的天堂,促使硬體與軟體架構、服務都發生巨大的變化;更重要的是,台灣IC設計公司、晶圓代工業者如台積電(TSMC)等擁有先進製程的廠商,也可進一步創造車廠、OEM提高對台灣ICT業者接受度的機會。

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2022年5月號

 

 

 

 

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