當我想到處理上下文中的功能安全時，我通常會想到負責一兩個專用任務的小型微控制器 （MCU）。它的架構可能簡單但有彈性，以減少硬件故障和軟錯誤的可能性。一段時間以來，安全關鍵型工業和汽車應用就是這種情況。

但是，隨著人工智能 （AI） 技術滲透到許多功能安全應用中的可能性成為現實，簡單的 MCU 變得不太可行。在汽車行業尤其如此，人工智能現在是許多現代高級駕駛輔助系統 （ADAS） 和新興自動駕駛平臺的關鍵組成部分。基于攝像頭的機器視覺、雷達檢測、駕駛員狀況評估和多傳感器融合都是可以從 AI 中受益的應用，但也需要比 MCU 提供的更多處理能力。

因此，市場上出現了能夠滿足行業標準功能安全要求的高性能處理器的空白。

高性能處理器 IP 和 ISO 26262 功能安全

任何功能安全系統的設計都是從處理器 IP 級別開始的，在汽車行業，管理此類設計的標準是 ISO 26262。ISO 26262 包括四個汽車安全完整性等級 （ASIL），ASIL A 到 D，每個等級越來越多地解決關鍵的汽車系統（圖 1）。ISO 26262 合規性的一些要求包括：

安全流程和工作產品的證據（ASIL B 到 D）

工作產品的可追溯性

技術安全評估

QA流程合規審計

【圖1 | ISO 26262 標準概述了四個汽車安全完整性等級 （ASIL），A 到 D，用于硬件和軟件的功能安全。］

處理器 IP 的所有這些問題在于，汽車制造商和一級供應商有責任確保符合 ISO 26262。IP 塊是設計成更大系統的處理器的一部分，它符合最佳利益的 IP 供應商設計他們的解決方案以適應許多不同的應用。

不過，IP 供應商可以采取的一個步驟是確保他們的設計遵循以后的 ISO 26262 ASIL 合規性所需的流程和程序。Imagination Technologies 的新型64 位 MIPS I6500-F CPU 內核就是這種情況，稱為脫離上下文的安全元件 （SEooC） 。

在技術層面上，MIPS I6500-F 內核包含多項有助于汽車制造商和一級制造商遵守 ISO 26262 的特性（圖 2）。其中包括支持：

用于硬故障和軟故障監控的運行時邏輯內置自檢 （LBIST）

故障恢復超時

數據傳輸期間用于錯誤檢測的總線奇偶校驗

糾錯碼 （ECC） 高速緩存存儲器

冗余邏輯

【圖2 | MIPS I6500-F CPU 集群包括多項設計功能，可幫助汽車制造商滿足 ISO 26262 標準，以及隔離核心集群、時鐘和電源模塊、存儲器和 I/O 的安全層。］

這些設計屬性的這些結果是優于 90% 的單點故障指標 （SPFms） 和優于 60% 的潛在故障指標 （LFM），足以滿足 ISO 26262 ASIL B 要求并擴展到 ASIL D。

此外，I6500-F CPU 集群安全周期遵循汽車制造商使用的“V”模型，有助于將 Imagination 質量管理體系 （QMS） 流程中的安全文檔與 ISO 26262 認證所需的文檔相匹配（圖 3）。該核心是使用功能安全管理流程和開發實踐的組合設計的，并由第三方安全評估機構 ResilTech 驗證。

【圖3 | Imagination Technologies MIPS I6500-F CPU 集群與汽車制造商和一級制造商使用的 SoC 的開發周期相匹配，同時還允許他們通過提供的安全文檔安全文檔加快 ISO 26262 ASIL D 合規性。］

推動功能安全進入異構汽車 AI

在性能方面，I6500-F CPU 是一個異構多核處理器內核，能夠擴展到每個集群 6 個內核和每個 SoC 64 個集群。基于 MIPS 架構的第 6 版，I6500-F 實現了同步多線程，允許每個內核并行執行兩條指令，總共最多四個線程（圖 4）。它針對 7 nm FinFET 工藝技術。

【圖4 | 異構 MIPS I6500-F CPU 內核支持高度可擴展的多核 SoC 設計，能夠利用單個內核上的同時多線程。］

I6500-F 的異構架構非常適合 AI 系統的設計，這些系統通常實施額外的加速器，如數字信號處理器 （DSP） 以運行卷積或深度神經網絡 （CNN/DNN）。AXI Coherency Extensions 兼容（ACE 兼容）接口提供與 SoC 中這些外部處理元件的控制寄存器的直接通信，以及對 I6500-F 系統總線的直接訪問，以便數據在另一個方向傳輸。這在同時多線程能力的框架中很重要，因為單個線程可以專用于管理外部加速器，而不會產生上下文切換的開銷。

在這種異構系統中，高效任務轉移的另一個關鍵是系統級共享虛擬內存 （SVM）。SVM 允許通過指針而不是文件復制來傳遞數據，并有助于在高帶寬 AI 數據傳輸期間實現系統級緩存一致性（圖 5）。這里的一個輔助好處是簡化了軟件開發，因為可以使用虛擬化和雙級內存管理單元 （MMU） 將關鍵的安全和安保任務與其他應用程序隔離開來。

【圖5 | 低延遲 ACE 接口和共享虛擬內存 （SVM） 對與 I6500-F 內核的同步多線程功能，以促進異構 AI 系統架構。］

從全自動駕駛到街上

MIPS I6500-F 可能是人工智能系統的轉折點，因為它在公認的行業安全標準中的血統為機器學習的“未知”提供了“已知”背景。

審核編輯：郭婷