Imagination2024年分布式功能安全的创新与突破白皮书

Imagination Technologies 针对汽车安全完整性等级(ASIL)-B保护级别的处理核，提出了创新的分布式安全机制(DSM)，旨在降低面积、功耗和性能成本。该技术主要应用于CPU和GPU核，通过分布式安全机制满足ASIL-B安全要求，相较于传统方法，开销降低了两到三倍。

ASIL-B与ASIL-D的定义： ASIL-B级别旨在减轻不同级别的安全风险，通常包含驾驶员可控因素；而ASIL-D级别则针对不可控事件，要求更高的系统责任。

锁步与工作组保护： 传统的双核锁步(DCLS)方法通过复制核心并比较结果来检测错误，但存在面积和时间开销问题。Imagination提出了CPU锁步和GPU工作组保护(WGP)方法，通过并行运行并比较结果来检测错误，显著降低开销。

分布式功能安全： DSM是一种不依赖于重复执行工作负载的硬件或硬件辅助机制，分布在核的各个部分，专注于检测硬件错误。DSM主要针对SRAM、总线和处理逻辑，通过ECC、奇偶校验和循环冗余校验(CRC)等方法保护数据。

处理逻辑的分布式安全机制： Imagination提出的安全对(Safety Pairs)和空闲周期盗用(ICS)技术，通过配对相同的电路实例并比较输出，检测处理逻辑中的错误。安全对方法结合ICS，可以在不显著影响性能和功耗的情况下，实现低开销的故障检测。

安全对的替代方案： 对于某些功能，安全对并非有效方案，需要其他DSM技术，如精确复制、近似计算等。

混合分布式安全机制来达成ASIL-B： CPU：通过ECC保护缓存/SRAM和互联结构，大部分CPU处理逻辑通过安全对技术结合ICS进行覆盖，部分逻辑通过其他DSM技术保护。 GPU：通过DSM避免了WGP的两次运行需求，降低运行时间和功耗，面积略有增加。

分布式安全机制的ADP优势： 与DCLS/WGP ASIL-D方法相比，DSM方法在面积-延迟-功耗乘积(ADP)方面具有显著优势，可降低面积开销并维持性能目标。

结论： 分布式安全机制是一种更智能的方法，通过设计实现处理核心的内在安全，降低面积和功耗开销，同时保持安全完整性。该方法消除了对复杂软件测试库的需求，简化系统集成，并支持混合关键性系统和高可用性ASIL-D级别设备。