一文了解ADAS及芯片廠商

如今，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）是成長(zhǎng)最快速的汽車應(yīng)用。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Gartner的報(bào)告估計(jì)，ADAS規(guī)模將從2014年的56億美元成長(zhǎng)至2018年的 102億美元，在2013~2018年之間實(shí)現(xiàn)17.1%的年復(fù)合成長(zhǎng)率，相關(guān)半導(dǎo)體產(chǎn)品的消耗量同時(shí)間則將從13.8億美元成長(zhǎng)至 24億美元，其間年復(fù)合成長(zhǎng)率將達(dá)到15.5%。

那么，ADAS對(duì)于汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈會(huì)產(chǎn)生什么影響？其實(shí)，大多數(shù)原始設(shè)備制造商（OEM）已經(jīng)規(guī)劃了全自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展藍(lán)圖。這些OEM已經(jīng)定義了一系列的應(yīng)用，打算從現(xiàn)在起到2025年之間陸續(xù)向終端消費(fèi)者推出，并隨之在這段期間內(nèi)不斷改進(jìn)ADAS特性與功能。


對(duì)ADAS來(lái)說(shuō)，要分析某種組件是否適用并不容易，因?yàn)橐C合考慮各種運(yùn)算效能、功耗以及功能安全性等要求，只是大多數(shù)消費(fèi)性電子等級(jí)的半導(dǎo)體組件產(chǎn)品都無(wú)法滿足這么高的要求。以安全性為核心的駕駛輔助系統(tǒng)，支持行人偵測(cè)/避讓、車道偏離警報(bào)/糾正、交通標(biāo)志識(shí)別、全景影像、疲勞監(jiān)控等，這些應(yīng)用以及其他多種應(yīng)用，需要一種全新類別的系統(tǒng)單芯片來(lái)滿足該系統(tǒng)日益成長(zhǎng)的需求。

什么是ADAS系統(tǒng)？

ADAS即先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)又稱主動(dòng)安全系統(tǒng)，主要包括車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESC、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)ACC、車道偏移報(bào)警系統(tǒng)LDW、車道保持系統(tǒng)LKA、前向碰撞預(yù)警系統(tǒng) FCW、自動(dòng)緊急剎車系統(tǒng)AEB、交通標(biāo)志識(shí)別TSR、盲點(diǎn)探測(cè)BSD、夜視系統(tǒng)NV、自動(dòng)泊車系統(tǒng)APS等。

ADAS內(nèi)每一類子系統(tǒng)在運(yùn)作時(shí)，皆不脫離信息的搜集、處理與判斷，以及判斷完畢后系統(tǒng)給予車體指令，使汽車進(jìn)行不同動(dòng)作等各階段。在這樣的流程中，雷達(dá)和攝影機(jī)等傳感器，以及MCU或影像處理IC等處理器，就成了最主要的使用元件。

不僅如此，ADAS子系統(tǒng)采用的感測(cè)方式可多于一種。以停車輔助系統(tǒng)為例，當(dāng)駕駛者進(jìn)行「停車」動(dòng)作時(shí)，車內(nèi)熒幕上所顯示的后側(cè)影像畫面，與車體過(guò)于靠近障礙物時(shí)所響起的雷達(dá)警示音，即為同時(shí)使用影像和雷達(dá)感測(cè)的結(jié)果。


值得一提的是，ADAS并非所有子系統(tǒng)皆有獨(dú)立傳感器，有時(shí)不同系統(tǒng)可共享相同的攝影機(jī)，例如置于車內(nèi)中央的后照鏡后方可捕捉車體前方影像的前鏡頭，就可同時(shí)使用在前方碰撞警示和車道偏移警示系統(tǒng)中，讓后端處理器分別進(jìn)行運(yùn)算即可。

車用雷達(dá)包含超音波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)與光波雷達(dá)等，各有優(yōu)勢(shì)。目前ADAS系統(tǒng)最常使用的主流雷達(dá)為毫米波雷達(dá)，包括頻段為24GHz的短/中距離雷達(dá)（偵測(cè)距離約50～70公尺）和77GHz的長(zhǎng)距離雷達(dá)。近年來(lái)，79GHz頻段的雷達(dá)開(kāi)始受到注目，其精確度為77GHz雷達(dá)的2～4倍，探測(cè)距離約70公尺左右，屬中距離雷達(dá)范疇，有機(jī)會(huì)取代部分24GHz雷達(dá)市場(chǎng)，但由于79GHz在許多國(guó)家為尚未開(kāi)放的頻段，發(fā)展態(tài)勢(shì)仍有待觀察。

由于ADAS各系統(tǒng)皆可利用影像作為輔助駕駛的方式之一，使影像傳感器近幾年來(lái)成長(zhǎng)幅度顯著。雷達(dá)和影像感測(cè)若能相互搭配，將達(dá)到相輔相成的效果，因此在處理器或MCU中加入整合不同訊號(hào)的感測(cè)融合技術(shù)，讓處理器能運(yùn)算多種訊號(hào)，成為重要趨勢(shì)。不過(guò)，在開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，亦需考量運(yùn)算過(guò)程中，系統(tǒng)需一起處理影像訊號(hào)和雷達(dá)訊號(hào)的時(shí)間延遲。

如何衡量ADAS SoC準(zhǔn)則

ADAS芯片，在產(chǎn)品定義的時(shí)候就應(yīng)該為ADAS而生，設(shè)計(jì)目標(biāo)是確保設(shè)備能通過(guò)業(yè)界最嚴(yán)格的安規(guī)認(rèn)證，這一點(diǎn)和其他的一些通用芯片來(lái)講是區(qū)別非常大的。在消費(fèi)者利益和政府法規(guī)的推助下，為了改善道路安全性，汽車制造商正在要求一級(jí)零組件供貨商和半導(dǎo)體產(chǎn)品供貨商去開(kāi)發(fā)包含最新多媒體標(biāo)準(zhǔn)、執(zhí)行多種基于視覺(jué)的算法，且結(jié)合影像和雷達(dá)系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)的SoC。

從應(yīng)用和系統(tǒng)的兩個(gè)角度來(lái)看，這類新型ADAS SoC都擁有特定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以確保高效率的SoC設(shè)計(jì)實(shí)作；為ADAS應(yīng)用構(gòu)建SoC的設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合高性能與省電的IP功能，以協(xié)助實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)吞吐量，并滿足實(shí)時(shí)性的服務(wù)質(zhì)量要求。

這類應(yīng)用處理器的性能要求至少是32位、1GHz以上頻率運(yùn)行的處理器；實(shí)際上，支持多種基于視覺(jué)之應(yīng)用的ADAS SoC已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向64位。除了高性能應(yīng)用處理器，這類SoC還需要一個(gè)獨(dú)立的視覺(jué)處理器，實(shí)現(xiàn)諸如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等的最新視覺(jué)算法。


新一代ADAS SoC需要高達(dá)8GB的車規(guī)LPDDR4內(nèi)存，以支持處理器應(yīng)用軟件，與以太網(wǎng)絡(luò)音頻橋接技術(shù)與時(shí)效性網(wǎng)絡(luò)所提供、支持多媒體數(shù)據(jù)流量的廣泛系統(tǒng)鏈接。SoC外圍則提供額外的PCI Express、SATA、通用異步收發(fā)器、SPI/QSPI、CAN與FlexRay等界面。

為了支持由外部Bluetooth Smart、Wi-Fi或4G LTE無(wú)線芯片實(shí)現(xiàn)的云端鏈接，ADAS SoC必須內(nèi)含堅(jiān)固的、以硬件為基礎(chǔ)的安全通訊協(xié)議，以支持安全開(kāi)機(jī)、安全識(shí)別與身分驗(yàn)證、加密以及解密。

除了IP功能是ADAS SoC設(shè)計(jì)工程師必須考慮的元素，汽車產(chǎn)業(yè)的一級(jí)零組件供貨商及半導(dǎo)體SoC設(shè)計(jì)人員、架構(gòu)師還需要考慮延遲、功耗、可靠性以及與工藝相關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

低延遲是因應(yīng)實(shí)時(shí)多媒體服務(wù)等級(jí)保證的基本原則，除了低延遲，這類SoC在不斷采用最新多媒體協(xié)議和關(guān)鍵特性─例如行人偵測(cè)與校正等特定ADAS應(yīng)用所需的嵌入式視覺(jué)處理功能─的同時(shí)，還需要保持最低功耗。對(duì)ADAS SoC設(shè)計(jì)人員而言，另一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是確保車廠所要求的高可靠性和連續(xù)運(yùn)作，因此芯片需要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵錯(cuò)誤檢查和糾正與同等技術(shù)。

下面主要介紹各家主要ADAS處理器芯片廠商的產(chǎn)品

1、高通/NXP

高通自己主要通過(guò)自己的移動(dòng)處理器芯片（改成車規(guī)級(jí)），開(kāi)始逐步切入ADAS，當(dāng)然剛開(kāi)始做環(huán)視等，最近有和縱目合作，在CES上推出首個(gè)基于驍龍820A平臺(tái)并運(yùn)用深度學(xué)習(xí)的最新ADAS產(chǎn)品原型，該產(chǎn)品運(yùn)行了820A神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理引擎（SNPE），能實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛、行人、自行車等多類物體識(shí)別，以及對(duì)像素級(jí)別可行駛區(qū)域的實(shí)時(shí)語(yǔ)義分割，當(dāng)然離商用應(yīng)該還有一定距離?？偟膩?lái)說(shuō)，高通驍龍產(chǎn)品策略應(yīng)該還是以車載娛樂(lè)信息系統(tǒng)為主，逐步向更專業(yè)的ADAS拓展。

2、英特爾

英特爾收購(gòu)了生產(chǎn)FPGA的阿爾特拉（Altera），又收購(gòu)了制造視覺(jué)處理器的Mobileye。英特爾在ADAS處理器上的布局已經(jīng)完善，包括Mobileye的ADAS視覺(jué)處理，利用Altera的CycloneV SoCFPGA，作為sensor fusion，同時(shí)負(fù)責(zé)毫米波雷達(dá)與激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理；英特爾自身的至強(qiáng)等型號(hào)的處理器，可以形成自動(dòng)駕駛整個(gè)硬件超級(jí)中央控制的解決方案。

3、瑞薩

瑞薩針對(duì)ADAS處理器這一塊業(yè)務(wù)，提供了較完整的產(chǎn)品線系列，也提供ADAS Kit開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。該系列高配產(chǎn)品的硬件架構(gòu)包括了ARM Cortex A57/53、ARM Cortex R系列、Video Codec，2D/3DGPU、ISP等。

除了R-Car系列產(chǎn)品外，就像NXP一樣，瑞薩也有針對(duì)雷達(dá)傳感器的專業(yè)處理器芯片如RH850/V1R-M系列，該產(chǎn)品采用40nm內(nèi)嵌eFlash技術(shù)，優(yōu)化的DSP能快速的進(jìn)行FFT的處理。

瑞薩電子應(yīng)用技術(shù)中心汽車電子部部長(zhǎng)林志恩表示，汽車ADAS主要是以360環(huán)視系統(tǒng)為主，瑞薩電子現(xiàn)在量產(chǎn)的還是用模擬攝像頭標(biāo)清的方案，從高端車的標(biāo)配也慢慢延伸到中低端車型。數(shù)字?jǐn)z像頭高清的方案也會(huì)在一、兩年后普及起來(lái)，而高清的方案會(huì)集成更多ADAS的功能，如行人檢測(cè)、車道線檢測(cè)、移動(dòng)物體檢測(cè)等，這將配合其它傳感器如雷達(dá)、V2X的技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車等功能。

4、德州儀器

TI在ADAS處理器上實(shí)際上是走得兩條產(chǎn)品線，Jacinto和TDA系列。Jacinto系列主要是基于之前的OMAP處理器開(kāi)發(fā)而來(lái)，TI在放棄移動(dòng)處理器平臺(tái)后，將數(shù)字處理器的重點(diǎn)放在了汽車等應(yīng)用上，主要是車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)。但是從Jacinto6中，我們看到車載信息娛樂(lè)與ADAS功能的結(jié)合，這款芯片包括了雙ARMCortex-A15內(nèi)核、兩個(gè)ARM M4內(nèi)核、兩個(gè)C66x浮點(diǎn)DSP、多個(gè)3D/2D圖形處理器GPU（Imagination），并且還內(nèi)置了兩個(gè)EVE加速器。這款Jacintinto6 SoC處理器的功能異常強(qiáng)大，無(wú)論是在處理娛樂(lè)影音方面，還是車載攝像頭的輔助駕駛，可利用汽車內(nèi)部和外部的攝像頭來(lái)呈現(xiàn)如物體和行人檢測(cè)、增強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航和駕駛員身份識(shí)別等多種功能。

TDA系列一直是側(cè)重于ADAS功能，TDA3x系列可支持車道線輔助、自適應(yīng)巡航控制、交通標(biāo)志識(shí)別、行人與物體檢測(cè)、前方防碰撞預(yù)警和倒車防碰撞預(yù)警等多種ADAS算法。這些算法對(duì)于前置攝像頭、全車環(huán)視、融合、雷達(dá)與智能后置攝像頭等眾多ADAS應(yīng)用的有效使用至關(guān)重要。

德州儀器中國(guó)區(qū)嵌入式產(chǎn)品系統(tǒng)與應(yīng)用總監(jiān)蔣宏指出，ADAS的主流趨勢(shì)是：以攝像頭和雷達(dá)系統(tǒng)為主體，結(jié)合多種傳感器的融合（夜視、激光雷達(dá)、超聲波等），再配合高精度定位與導(dǎo)航系統(tǒng)，以及車與車、車與基礎(chǔ)設(shè)施的融合。

5、英偉達(dá)

隨著人工智能和無(wú)人駕駛技術(shù)的興起，由于NVIDIA的GPU極強(qiáng)的并行計(jì)算能力，特別適合做深度學(xué)習(xí)。一般認(rèn)為相對(duì)于Mobileye只專注于視覺(jué)處理，NVIDIA的方案重點(diǎn)在于融合不同傳感器，據(jù)傳特斯拉已經(jīng)放棄Mobileye，而采用NVIDIA。

NVIDIA推出配備Tegra X1處理器和10GB內(nèi)存的Drive PX2將成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)配備，可以用來(lái)感知汽車所處位置、辨識(shí)汽車周遭的物體，并且即時(shí)計(jì)算最安全的路徑。Driver PX2還搭載了其他合作伙伴的芯片，包括Avago的PEX8724，Altera提供的Cyclone V 5SCXC6，英飛凌的AURIX TC 297 MCU，博通的BCM89811低功耗物理層收發(fā)器（PHY），所以NVidia實(shí)際上推出了板級(jí)的ADAS系統(tǒng)。

6、英飛凌

作為汽車電子、功率半導(dǎo)體以及智能卡芯片的全球市場(chǎng)領(lǐng)袖，英飛凌一直以來(lái)為汽車等工業(yè)應(yīng)用提供半導(dǎo)體和系統(tǒng)解決方案。英飛凌在24/77/79G雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器器件及處理芯片方面都具有領(lǐng)先的技術(shù)。除此之外，在車身控制、安全氣囊、EPS、TPMS等等各方面都有自己的解決方案。

7、ADI

在視覺(jué)ADAS上ADI的Blackfin系列處理器被廣泛的采用，其中低端系統(tǒng)基于BF592，實(shí)現(xiàn)LDW功能；中端系統(tǒng)基于BF53x/BF54x/BF561，實(shí)現(xiàn)LDW/HBLB/TSR等功能；高端系統(tǒng)基于BF60x，采用了“流水線視覺(jué)處理器（PVP）“，實(shí)現(xiàn)了LDW/HBLB/TSR/FCW/PD等功能。

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