Los vehículos definidos por software están impulsando una oleada de actividad en todo el ecosistema automotriz, incluidas nuevas metodologías y enfoques tecnológicos que podrían reducir significativamente los costos y acortar el tiempo de comercialización de funciones avanzadas.

El enfoque SDV abarca más de un solo concepto. Es útil pensar en ello más como un enfoque de modelado que conecta los vehículos eléctricos, la tecnología de asistencia al conductor y la conducción totalmente autónoma, así como un montón de otras características y servicios. Los SDV funcionan como modelos de cómo interoperan el software y el hardware, y al mismo tiempo son lo suficientemente flexibles como para realizar ajustes con resultados predecibles.

"En los últimos cinco años, muchas cosas han sacudido la industria automotriz", dijo Suraj Gajendra, vicepresidente de productos automotrices y soluciones de software de Brazo. “Incluso antes de la Covid se hablaba mucho de la conducción autónoma. Luego llegó el Covid y las expectativas se restablecieron. En aquel entonces, todavía recuerdo haber tenido conversaciones informales con personas que decían que para 2024 o 2025 tendremos autonomía de nivel 4 o 5 en la carretera. En la industria automotriz la gente se dio cuenta de que la autonomía es sólo una pieza del rompecabezas en la evolución que está ocurriendo en la industria automotriz”.

Aquí es donde encajan los SDV. "El vehículo definido por software permite una mayor autonomía, pero al mismo tiempo también es importante en los automóviles que conducimos hoy en día por la capacidad de actualizarse, tener nuevas aplicaciones y la capacidad de monitorear cosas", dijo Gajendra. . “Estamos en medio de esta enorme evolución y está ocurriendo a un ritmo al que la industria automotriz normalmente no está acostumbrada. Muchos tipos diferentes de personas están impulsando la industria. No se trata de los tradicionales fabricantes de equipos originales, de nivel uno, de nivel dos y de proveedores de propiedad intelectual. Toda la cadena de suministro está evolucionando enormemente. Hay desarrolladores de software que ahora se lanzan a la acción y ofrecen nuevas aplicaciones. 2023 fue un año estabilizador desde el reinicio. Espero que 2024 y 2025 sean emocionantes en términos de que esta evolución aumente a un ritmo mucho más rápido, y puedo ver que esta evolución continuará durante al menos tres o cuatro años más. Para entonces, el vehículo definido por software probablemente será una norma, pero poder utilizar algunas de las nuevas aplicaciones en el vehículo será una norma en el período 2027-2028”.

Una vez implementados, los SDV pueden ayudar a resolver las dificultades de las metodologías de cambio incremental ad hoc para implementar tecnologías automotrices avanzadas.

"Lo 'grande' en la automoción cambia regularmente, pero ahora mismo se trata de vehículos definidos por software", dijo David Fritz, vicepresidente de sistemas híbridos y virtuales de Software de Siemens Digital Industries. “Y al igual que cualquier otra moda que ha existido en la industria, lleva un tiempo descubrir y normalizar las definiciones de casi cualquier cosa que sea nueva. ¿Qué es exactamente un vehículo definido por software? A la industria automotriz le encanta aferrarse a estas etiquetas y luego todos las adoptan en cualquier dirección que vayan. Una vez que se unen, descubren que esto no es muy diferente de lo que hablábamos no hace mucho. Esto se debe a que todo el mundo ve que existe una gran oportunidad en la automoción, pero todavía estamos viendo una gran cantidad de fracasos. Muchas empresas están cerrando y todavía estamos viendo una mayor consolidación. Sin embargo, el ecosistema automotriz finalmente está llegando al punto en el que entienden exactamente lo que no saben y lo que necesitan descubrir. “

El concepto SDV ha estado dando vueltas durante algún tiempo, pero muchos de los fabricantes de automóviles establecidos lo ignoraron en gran medida. Danny Shapiro, vicepresidente de automoción de NVIDIA, señaló que el enfoque SDV ha sido fundamental desde que su empresa comenzó a desarrollar tecnología para automóviles. “Siempre había una computadora programable que iba en el vehículo”, dijo. “Nunca hemos sido proveedores de chips para la industria automotriz. Ese era el modelo antiguo. La gente decía: 'Necesitamos hacer esto en el coche'. Bien, diseñemos un chip.' Codificarías las características de ese chip, lo pondrías en una caja y pasaría al Nivel Uno. Luego, el OEM lo ponía en el coche e hacía eso. Nunca más lo tocaste. Esa es esencialmente la evolución de la industria del automóvil durante muchas décadas. Y ahora hay 100 de estas ECU bajo el capó y 60 millas de cable. Sin embargo, de la misma manera que no decimos que tenemos una computadora definida por software o un teléfono definido por software, eventualmente podremos abandonar lo 'definido por software' y simplemente llamarlo automóvil”.

Sin embargo, eso no disminuye la importancia de esta tendencia. La electrificación, la asistencia al conductor y la autonomía siguen siendo los grandes objetivos. El desafío ha sido cómo realizarlos de manera confiable y rápida, y a un costo razonable, y los SDV ayudan a lograr esos objetivos.

"Esto no ha cambiado desde 2023", dijo Judy Curran, directora de tecnología de automoción en Ansys. “Al mismo tiempo, veo una tendencia generalizada de asequibilidad y eficiencia para todos ellos. Sí, todos queremos conducir vehículos electrificados, pero por el momento los consumidores no los compran con tanta facilidad. Por mucho que queramos que eso suceda, y muchos fabricantes de equipos originales construyeron plantas de baterías e hicieron declaraciones de ser 100% vehículos eléctricos para un año determinado, algunos se están desacelerando porque el consumidor tiene que acompañarlos”.

Curran señala dos razones principales para frenar la adopción de vehículos eléctricos. "Uno es la asequibilidad de los vehículos eléctricos", afirma. “Sigue siendo un gran cambio más que un motor de combustión en todo el mundo excepto en China. Luego, por supuesto, las tasas de interés no han ayudado. Los fabricantes de equipos originales y los proveedores realmente están pensando en cómo hacer que estos vehículos eléctricos sean más asequibles, y eso se refiere al precio por pieza de los componentes reales del vehículo, pero también en la forma en que desarrollan los vehículos. Si pueden diseñarlos más rápido y más eficientemente, entonces no tendrán que repartir el costo de la ingeniería con el precio del vehículo. Además, todavía existe preocupación por parte de los consumidores acerca de "Mi estilo de vida es x,y,z". ¿Este vehículo me permitirá conducir como quiero? ¿Habrá estaciones de carga?' Dicho esto, queda mucho trabajo por hacer en la infraestructura de carga”.

El papel de los SDV
También queda mucho trabajo por hacer antes de que la autonomía total sea lo suficientemente confiable y asequible para una adopción generalizada. En un futuro próximo, la verdadera atención se centrará en ADAS.

"La autonomía es complicada, y cuando miras todos los diferentes entornos, todos los diferentes escenarios, personas, carreteras, clima y edificios, y piensas que te has cubierto desde una perspectiva de seguridad, la autonomía irá más allá". Dijo Curran. "Se ha escrito mucho sobre cuántos miles de millones de dólares han gastado los fabricantes de automóviles, y algunos como Ford cerraron sus actividades autónomas para ahorrar dinero, porque, la otra cosa es que, cuando intentas ver todas estas tendencias como un fabricante de automóviles, no puede permitirse el lujo de hacerlos todos. Tienes que seleccionar a tus ganadores, y por eso la gente está desacelerando su inversión. Sin embargo, debido a todo el aprendizaje de los autónomos, nosotros, como industria, estamos desarrollando sistemas ADAS increíbles, lo cual es muy importante. Y la gente pagará por eso. ¿Pagarán por la electrificación? Tal vez, pero es raro que una persona diga que no quiere pagar por una característica de seguridad. Durante mis años en Ford descubrí que ADAS era algo por lo que la gente pagaría porque, ya sean ellos mismos, sus hijos, sus ancianos, sus padres o quien sea, la gente quiere seguridad”.

Un enfoque SDV es una forma de lograrlo de manera más rápida y eficiente, pero requiere un ecosistema para hacerlo viable. "Es importante proporcionar una línea de soluciones de semiconductores escalables para permitir a los clientes realizar la transición a SDV a su propio ritmo", dijo Daniel Sisco, director senior de arquitectura de sistemas digitales en Renesas Electronics. "Esto significa que la flexibilidad para cubrir todas las gamas de vehículos y aplicaciones de software es fundamental".

Hasta este punto, Renesas anunció una hoja de ruta para el SoC R-Car Gen5 de próxima generación, que es una familia escalable perfecta para aplicaciones en todos los modelos, aplicaciones y clases de vehículos.

De manera similar, los FPGA seguirán desempeñando un papel aquí debido a su flexibilidad inherente. "Definitivamente hay FPGA en los automóviles, con un estimado de 8 a 10 chips en un automóvil típico de alta gama", dijo Geoff Tate, director ejecutivo de Logix flexible, señalando que los FPGA se utilizan para aplicaciones ADAS y SDV. “La gente está usando FPGA para obtener flexibilidad, tal vez para el enfoque definido por software, pero a medida que aumentan los volúmenes (dado que los FPGA son caros, grandes y consumen mucha energía, y hay muchos otros chips), la gente buscará integrar el FPGA en un chip procesador adyacente. Eso reducirá los costos de energía, pero mantendrá cierta flexibilidad. Y con la FPGA integrada, podemos ofrecer el mismo rendimiento que el chip FPGA. Con el tiempo, la incorporación de FPGA a la automoción conducirá a que los FPGA integrados se utilicen cada vez más en la automoción”.

Hay otros desafíos con las arquitecturas automotrices en evolución. A medida que el software automotriz en la industria automotriz se vuelve más complejo y extenso, ¿cómo gestionan las empresas de semiconductores el desarrollo de software para reducir las complejidades y acelerar el tiempo de comercialización? Sisco de Renesas dijo que al utilizar un marco de software común entre MCU y SoC, así como entre generaciones de productos informáticos digitales de alto rendimiento, se puede acortar el tiempo de desarrollo y se puede permitir un alto grado de reutilización. “Renesas tiene un fuerte enfoque en el desarrollo temprano utilizando plataformas virtuales, así como un sistema unificado cloud plataforma para soportar herramientas de desarrollo”, dijo.

Ciberseguridad automotriz
La ciberseguridad en las aplicaciones automotrices siempre es una preocupación y el enfoque SDV también puede ayudar aquí.

"En 2024, la industria automotriz seguirá centrándose fuertemente en la seguridad de los chips semiconductores debido a un mayor escrutinio legislativo y una mayor conciencia de las vulnerabilidades del hardware", afirmó Andreas Kuehlmann, director ejecutivo de Cicuidad. “Iniciativas regulatorias clave, como la Ley de Resiliencia Cibernética (CRA) de la UE y el marco de lista de materiales de hardware (HBOM) de la Agencia de Seguridad de Infraestructura y Ciberseguridad de EE. UU. (CISA), están dando forma a los estándares globales al enfatizar metodologías seguras a lo largo del ciclo de vida de un producto. En particular, la CRA impone sanciones importantes por incumplimiento, que alcanzan hasta 15 millones de euros o el 2.5% de la facturación global, lo que subraya la importancia de integrar la seguridad en el diseño de chips. La decisión de Porsche de descontinuar el Macan con motor ICE en la UE en 2024 ejemplifica el impacto de estas regulaciones, particularmente para los vehículos desarrollados antes del establecimiento de requisitos de ciberseguridad”.

Guiado por estándares como ISO/SAE 21434, el sector automotriz aboga por un enfoque de "seguridad por diseño" para mejorar la resiliencia de los vehículos contra las amenazas cibernéticas desde las primeras etapas de diseño y producción. "Dada la naturaleza de las vulnerabilidades persistentes del hardware, los principales proveedores de semiconductores exigen prácticas sólidas de garantía de seguridad que vayan más allá de los métodos tradicionales", dijo Kuehlmann. “A medida que nos acercamos al año 2024, existe una expectativa cada vez mayor de colaboración entre los equipos de seguridad, diseño y verificación para fomentar y fortalecer esta mentalidad. Al anticipar la posibilidad de una escalada de amenazas, el compromiso de la industria para abordar las vulnerabilidades y mejorar las defensas de seguridad está listo para crecer, allanando el camino para un panorama automotriz más resiliente y seguro”.

Bart Stevens, director senior de marketing de productos de División de seguridad de Rambus, dijo que hay un esfuerzo continuo para educar a los fabricantes de equipos originales de automóviles sobre la seguridad en general, así como sobre la implementación de la seguridad: cómo hacerlo de manera sólida y segura, y al mismo tiempo reducir el riesgo de mercado.

"Esa información podría ser recogida por el propio OEM, o la utilizarán para influir en la cadena de valor hasta los niveles uno y dos", dijo Stevens. “El objetivo es permitir que alguien elija un diseño y lo utilice como un bloque LEGO de silicio. Si se trata de un diseño robusto, con un entorno de prueba sólido, tiene buen soporte y documentación, y ahora está certificado según los diversos estándares automotrices y de seguridad, este diseño certificado ayuda a la reducción de riesgos de los clientes. Tradicionalmente, todavía tendrían que certificar su diseño. En la mayoría de los casos, obtenían la propiedad intelectual con una gran promesa de un vendedor que decía: "Oye, esto es bueno". Póngalo en silicona y le ayudaremos a obtener la certificación. Pero ahora podemos colocarle un certificado y decir: 'Esto ha sido certificado'. Puedes continuar donde lo dejamos. Y si no modifica nuestro diseño, entonces podría usar esto para acelerar su certificación y, lo que es más importante, aprobar y no fallar cuando ya tiene silicio y, de lo contrario, tendría que regresar y cambiar el conjunto de máscaras'”.

Las variaciones regionales pueden crear otros problemas. "Si vendes productos en todo el mundo, lo que sucede es que los algoritmos de cifrado que China te obligará a implementar son diferentes de los de Estados Unidos", dijo Tate de Flex Logix. “Eso significa que es posible que tengas que construir dos chips diferentes, lo cual es muy costoso, requiere mucha más ingeniería y retrasa los cronogramas. Y ahora hay que duplicar el inventario. ¿Qué pasa si sus ventas en China aumentan más rápido que en Estados Unidos? No puedes enviarles los chips estadounidenses. Entonces, los clientes en esa situación (y se trata de computadoras portátiles, tabletas, etc.) buscan un enfoque programable en el que puedan colocar las funciones de seguridad entre procesadores. Pero los procesadores no siempre son lo suficientemente rápidos, por lo que se utiliza FPGA para eso. Esto también será un problema para la automoción en el futuro, porque hay un gran mercado chino para los automóviles”.

Preocupaciones en todo el sistema
La seguridad funcional y la ciberseguridad están en juego cuando se trata de cualquier caso de uso relacionado con la automoción, y ambas son cuestiones que afectan a todo el sistema. "No se trata sólo de la conducción autónoma o de una aplicación específica", dijo Gajendra de Arm. “Es cualquier cosa que tengas que ver con el coche, porque hay vidas en juego. El coche tiene que asegurarse de que realiza las funciones que se espera que haga, ya sea nivel 2 de autonomía superior o nivel 5. Tiene que funcionar correctamente. Además, si hay un mal funcionamiento, debe poder llegar a un estado seguro o informar al conductor que hay un problema para que pueda tomar el control total del mismo”.

También en este caso el enfoque SDV puede ayudar. "Si habla con alguien que ha estado en la industria automotriz tradicional durante mucho tiempo, le dirá que el beneficio de tener una arquitectura informática distribuida es que puede asegurarse de que el sistema de frenos esté completamente aislado de, por ejemplo, el sistema de información y entretenimiento". Gajendra señaló. “Dirán: 'Mira, mis computadoras que realmente se encargan de frenar el vehículo y cualquiera de las funciones del vehículo están completamente aisladas de la reproducción de música. Me aseguraré de que no haya problemas como tales en mi sistema de frenos.' Pero cuando consolidan todas estas funciones en una plataforma informática central del automóvil, si hay una falla en el software del sistema de información y entretenimiento y si funciona mal por cualquier motivo, nadie perderá la vida allí. Mi canción favorita no suena. Bien. Pero si ese fallo de software interfiere con la función del vehículo, ahora que hemos consolidado la arquitectura, entonces eso es un problema. No querrás tener ese problema o interferencia de software cuando vayas a 70 millas por hora en una autopista, o no querrás que el auto actualice automáticamente el software cuando vaya a 70 millas por hora. Otro ejemplo es, digamos, para las personas que conducen en Londres, la empresa de aplicaciones de aparcamiento ahora tiene información de pasarela de pago que debe transmitirse. Hay datos de la tarjeta de crédito que deben transmitirse, por lo que también hay aspectos de seguridad que deben cuidar. Para que cualquiera se sienta cómodo utilizando las funciones que ofrece la empresa de aplicaciones, debe tener la seguridad de que se siguen las pautas de ciberseguridad adecuadas ".

Estándares necesarios, pero no suficientes
Con el reconocimiento y el deseo del ecosistema automotriz de diseñar, desarrollar e implementar SDV, varios grupos se han unido para colaborar en todo el panorama automotriz para hacerlo realidad. En marzo de 2023, AUTOSAR, COVESA, Eclipse SDV y SOAFEE se dieron cuenta de que era necesaria una colaboración, no solo dentro de un consorcio, sino entre ellos. Eso, a su vez, llevó a la “colaboración de colaboraciones” de la Alianza SDV, para ayudar a aclarar las contribuciones que cada consorcio aporta a SDV, y luego trabajar juntos activamente para demostrar su interconexión y sinergia.

Según el anuncio de la SDV Alliance, el objetivo principal de la colaboración es alinear los esfuerzos en el ecosistema SDV y, al adoptar las descripciones existentes de SDV de cada uno de estos esfuerzos, así como otras organizaciones externas, la SDV Alliance acordará un acuerdo claro. y una definición unificada de lo que constituye un SDV. Luego, la Alianza analizará las diferentes tecnologías, metodologías y estándares de cada organización y mostrará cómo pueden trabajar juntos para el desarrollo del SDV.

Al reconocer que SDV es conceptualmente demasiado complejo para ser manejado en un solo consorcio industrial, y al analizar cada una de las competencias centrales de la organización y los diversos entornos de ejecución, la Alianza combinará estas habilidades para crear una visión SDV conjunta. La SDV Alliance también planea mostrar la alineación técnica entre las diferentes empresas.

Fig. 1: Arquitectura del vehículo basada en SOAFEE. Fuente: Brazo

Fritz, de Siemens, espera que en la segunda mitad de 2024 se hagan evidentes los actores del ecosistema automotriz que realmente entienden la dinámica de la industria. “Vamos a empezar a ver personas que tengan una visión holística de lo que se necesitará para hacer realidad el SDV. Me gusta recordar los teléfonos inteligentes, porque se implementaron muchas metodologías nuevas para teléfonos inteligentes y ahora son comunes. Para capacidades como poder ejecutar el software antes de grabar el hardware, lo hemos estado haciendo durante 15 años. Pero esto parece magia negra para las empresas automotrices. Cuando explica que los vehículos definidos por software significan que el software tiene que definir lo que va a hacer el hardware, preguntan: "¿Cómo lo hace cuando el hardware no existe?" Existe toda una metodología para resolverlo. Y luego preguntarán: '¿Qué pasa si el software no existe?'”

Por supuesto, existen herramientas que realizan síntesis de hardware y software. "Las empresas automovilísticas no saben exactamente lo que necesitan, pero están empezando a comprender que hay un buen punto de partida", afirmó Fritz. “Saben que debería comportarse como 'esto' y como 'aquello'. Hay sistemas de desarrollo que generarán algo de hardware y software con ese comportamiento, para luego recopilar las métricas y decir: "No, eso no está bien". Una vez que resuelvan eso, podrán dividirse en la ruta del software y la ruta del hardware, desarrollar modelos más detallados del hardware y regresar y ejecutar una implementación más detallada del software para ver si todavía están en el camino correcto. Ese es un vehículo definido por software. Eso requiere cosas como SOAFEE y una metodología ágil, pero sin este proceso subyacente y las herramientas para respaldarlo, es solo una quimera. Algunas empresas se están dando cuenta de eso. Pero hay varios cambios de metodología que deben ocurrir aquí. Tenemos que llegar al punto en el que podamos dictar qué hará el hardware en función de las cargas de trabajo de nuestro software, y no simplemente decir: "Tenemos una hoja de datos que obtuvimos de nuestros niveles uno". ¿Cuál nos gusta más?'”.

Conclusión
En general, es bien sabido que los viejos enfoques no funcionan para vehículos cada vez más complejos. Como resultado, muchos proyectos de EDA ya están explorando el espacio automotriz para aprovechar el enfoque SDV.

"Vamos a terminar con algunos requisitos de hardware y software detallados", dijo Fritz. “Luego, la empresa automotriz saldrá y solicitará propuestas y cotizaciones, basándose en los requisitos impulsados ​​por el OEM, que han estado evolucionando durante los últimos cinco o seis años. Finalmente está llegando a buen término cuando el OEM dice: 'Tengo que tener el control de mi propio destino'. Tengo que tener las herramientas y la experiencia internamente para impulsar a mis proveedores y no dejar que los proveedores me impulsen a mí'”.

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• Fuente: https://semiengineering.com/software-defined-vehicles-ready-to-roll/