Préparer l’architecture informatique des véhicules pour l’autonomie et l’électrification

S’il est bien un secteur en pleine mutation que le HPC, le Big Data et l’apprentissage par les données vont révolutionner, c’est celui de la mobilité et notamment de l’automobile, forçant les constructeurs à développer de nouvelles architectures pour leur électronique embarquée. C’est ce qu’est venu expliquer Matthias Traub, Head of Automotive IoT and E/E architecture chez BMW.

« Nous avons lancé en 2015 le programme Number One > Next pour refondre complètement l’architecture numérique de nos véhicules, afin de les préparer pour 2025 aux besoins futurs de connectivité et de conduite autonome ». La connectivité s’entend entre le véhicule et les infrastructures, entre différents véhicules et entre le véhicule et l’internet pour de multiples services partagés. De même, l’électrification et la gestion de l’énergie des batteries, ainsi que la conduite autonome vont fondamentalement faire évoluer l’informatique embarquée dans les véhicules. « Nous lancerons en 2021 un véhicule autonome de niveau 3 utilisant cette nouvelle architecture, qui est aussi prévue pour accepter les niveaux 4 et 5 dès que ceux-ci seront suffisamment fiabilisés pour être mis dans le domaine grand-public ».

Cette évolution majeure implique de revoir les processus de développement matériels et logiciels, tant en interne que chez les fournisseurs tiers. « Jusqu’à maintenant chaque partie, voir chaque département d’un constructeur, avait sa solution spécifique pour répondre aux défis auxquels ils était confrontés. Ce qui ne facilitait pas l’intégration, même s’il existe des standards propres à notre industrie tel Autosar. C’est pourquoi nous avons dû définir une architecture structurée homogène, ainsi que les technologies à utiliser, basée les standards informatiques actuels utilisés pour les Smartphones ou la connectivité dans le Cloud. Ce qui nous a obligés à définir de nouvelles méthodes de développement plus agiles pour faire face à l’évolutivité de ces standards ».

« Nous avons une approche en trois étapes. Bien que nous soyons une compagnie établie depuis longtemps avec des ‘‘legacies’’ et des problèmes de compatibilité, nous avons choisie une Greenfield Approche, qui n’hésite pas à remettre en question les architectures antérieures. En deuxième lieu, nous sommes partis de ce que ces architectures antérieures avaient pu nous apprendre. Enfin, la nouvelle génération d’architectures est développée sur la base de l’actuelle, mais en y intégrant notre vision du futur ».

Cette nouvelle architecture doit satisfaire de nombreux challenges en termes : de coût ; d’apports pour le client ; de compatibilité ; d’adaptation à différentes gammes ; de standardisation et réutilisation de blocs fonctionnels ; d’économie d'énergie pour ne pas pénaliser l’autonomie ; de testabilité ; de sécurité par conception ; de possibilité d’évolution au fil du temps une fois en clientèle. « En abandonnant des développements individuels de modules intégrables dans une architecture unifiée au profit d’un développement global plus homogène, nous réduisons de manière significative le cycle total de développement, tout en proposant une architecture compatible avec nos différentes lignes de produits BMW Auto et Moto, Mini et Rolls-Royce ».

« Au-delà de l’utilisation des micro-contrôleurs et des micro-processeurs, dont le rapport coût/performance augmente sans cesse, les architectures informatiques hybrides permettent une allocation économe en énergie des performances nécessaires par une interaction optimale de processeurs à usage général (GPP), d'accélérateurs matériels dédiés (HWA), par exemple pour les fonctions basées sur l’Intelligence Artificielle, et de matrices de portes programmables par l'utilisateur (FPGA), permettant d’up-grader les systèmes tout au long de leur vie. De plus, une composition optimale au niveau du système pourrait être obtenue en pratiquant le co-design de matériel/logiciel ».

« Le gros challenge pour nous est de passer d’une société de développement de produits essentiellement mécaniques au développement de produits ayant une très forte composante numérique. C’est pourquoi nous sommes largement impliqués dans un certain nombre d’initiatives numériques européennes Horizon2020, telles la European Processeur Initiative (EPI), visant à développer un processeur HPC d’usage général qui pourrait, entre autres, trouver sa place dans l’automobile dès 2021 ».

Prepare the IT architecture of vehicles for autonomy and electrification

If there is one sector in full mutation that HPC, Big Data and Machine learning will revolutionize, it is that of mobility and in particular the automotive industry, forcing manufacturers to develop new architectures for embedded electronics. This was explained by Matthias Traub, Head of Automotive IoT and E/E architecture at BMW.

"In 2015, we launched the Number One > Next program to completely redesign the digital architecture of our vehicles, preparing them for 2025 with future connectivity and autonomous driving needs. Connectivity is defined as means between the vehicle and infrastructure, between different vehicles and between the vehicle and the Internet for multiple shared services. Similarly, the electrification and energy management of batteries, as well as autonomous driving, will fundamentally change the information technology embedded in vehicles. "In 2021, we will launch an autonomous level 3 vehicle using this new architecture, which is also designed to accept levels 4 and 5 as soon as they are sufficiently reliable to be placed in the general public domain.”

This major change requires a review of hardware and software development processes, both internally and with third-party suppliers. "Until now, each party, or even each department of a manufacturer, had its own specific solution to meet the challenges they faced. This did not facilitate integration, even if there are standards specific to our industry such as Autosar. This is why we had to define a homogeneous structured architecture as well as the technologies to be used, based on the current IT standards used for smartphones or connectivity in the cloud. This has forced us to define new and more agile development methods to cope with the scalability of these standards.”

"We have a three-step approach. Although we are a long-established company with legacies and compatibility issues, we have chosen a Greenfield Approach, which does not hesitate to question previous architectures. Secondly, we started from what we had learned from these previous architectures. Finally, the new generation of architectures is developed on the basis of the current one but, integrating our vision of the future."

This new architecture must satisfy many challenges in terms of: cost; customer input; compatibility; adaptation to different ranges; standardization and reuse of functional blocks; energy saving so as not to penalize autonomy; testability; security by design; possibility of evolution over time, once in the customer base. "Giving up individual module developments that can be integrated into a unified architecture in favor of a more homogeneous overall development, we significantly reduce the total development cycle, while offering an architecture that is compatible with our various product lines BMW Auto and Moto, Mini and Rolls-Royce.”

"Beyond the use of microcontrollers and microprocessors, whose cost/performance ratio is constantly increasing, hybrid IT architectures allow an energy-efficient allocation of the necessary performance through optimal interaction of general purpose processors (GPPs), dedicated hardware accelerators (HWAs), for example for functions based on Artificial Intelligence, and user programmable gate arrays (FPGAs), allowing systems to be up-graded throughout their lifetime. In addition, an optimal composition at the system level could be achieved by practicing hardware/software co-design.”

"The big challenge for us is to move from an essentially mechanical product development to a very strong digital component product development Company. This is why we are heavily involved in a number of European Horizon2020 digital initiatives, such as the European Processor Initiative (EPI), aimed at developing a general-purpose HPC processor that could, among other things, find its place in the automotive industry by 2021.”