為什么嵌入式FPGA(eFPGA)IP是ADAS應(yīng)用的理想選擇?
提高汽車電氣化和自動駕駛的一個主要方面是先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的普及。如今,這些系統(tǒng)正迅速應(yīng)用于市場上幾乎所有的車輛,而且隨著技術(shù)的成熟,這一趨勢只會持續(xù)下去。然而,隨著技術(shù)的發(fā)展,ADAS設(shè)計人員面臨的硬件挑戰(zhàn)變得越來越復(fù)雜。在本文中,我們將介紹ADAS的硬件需求,FPGA如何填補這些空白,以及為什么eFPGA IP將成為下一個ADAS硬件趨勢。
ADAS的硬件要求
ADAS在現(xiàn)代汽車中的發(fā)展給底層硬件帶來了一些嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在像ADAS這樣的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用中,最重要的目標(biāo)是確保車輛乘員的安全。這個目標(biāo)要求系統(tǒng)準(zhǔn)確、可靠和實時地工作(即低延遲)。同時,這些系統(tǒng)需要在盡可能低的功耗下運行,以保持電池壽命并延長電動汽車(Electric Vehicle)的續(xù)航里程。
圖:ADAS給計算硬件造成了巨大壓力
平衡這些需求對ADAS來說是一個巨大的挑戰(zhàn),因為系統(tǒng)往往依賴于大量的數(shù)據(jù)和計算密集型的任務(wù),如機器學(xué)習(xí)算法。因此,ADAS硬件必須獲取數(shù)據(jù),通過傳感器融合匯集數(shù)據(jù),運行機器學(xué)習(xí)算法,然后采取行動——所有的都需要實時運行,并以最低的功耗預(yù)算——這顯然不是一件容易的事。
汽車設(shè)計人員需要一個靈活且可擴展的硬件平臺來滿足快速發(fā)展的規(guī)格變化,這進(jìn)一步加劇了這一挑戰(zhàn)。
硬件加速和FPGA
為了解決ADAS硬件面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),設(shè)計人員正在采用專用硬件加速器來提高性能,而不是傳統(tǒng)的基于CPU的架構(gòu)。從比較常規(guī)的計算資源(如CPU或GPU)轉(zhuǎn)移,通過專用硬件加速器為特定應(yīng)用程序提供了更好的性能和能效?;谠诖朔秶鷥?nèi),選擇通常介于FPGA和ASIC之間,F(xiàn)PGA提供最大的靈活性,ASIC提供最高的性能。
FPGA的一個關(guān)鍵特性是FPGA能夠提供高級別的并行性,同時仍然可以針對特定的工作負(fù)載進(jìn)行編程。結(jié)果表明,F(xiàn)PGA在工作負(fù)載加速方面提供了顯著的價值,特別是在性能和延遲作為關(guān)鍵的情況下。此外,與比較常規(guī)的CPU和基于GPU的系統(tǒng)相比,F(xiàn)PGA可以給需要加速的工作負(fù)載提供每瓦最佳的性能,從而幫助系統(tǒng)平衡性能和功率效率之間的權(quán)衡。
同樣重要的是,由于FPGA可編程特性,其在可擴展性方面比ASIC更具優(yōu)勢。這種適應(yīng)性在如ADAS等底層算法瞬息萬變的機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)中尤為重要。此外,ASIC的規(guī)格必須提前幾年定義,而FPGA可以在一分鐘內(nèi)更新和重新編程。此功能使基于FPGA 的ADAS系統(tǒng)能夠提供ASIC根本無法實現(xiàn)的可擴展性和多功能性。
由于這些原因以及更多的原因,目前汽車中已經(jīng)搭載了超過2.5億顆FPGA,其中超過7500萬顆用于ADAS應(yīng)用。
行業(yè)趨勢:用于ADAS的eFPGA
盡管硬件加速功能強大,但像FPGA和ASIC等器件通常仍無法完全獨自運行。今天的ADAS解決方案需要將硬件加速器與CPU集成在一起,其目的是在系統(tǒng)級別處理許多通用型和組織型任務(wù)。正是由于這個原因,異構(gòu)計算平臺(如異構(gòu)SoC)已經(jīng)成為加速和ADAS平臺中最常見的平臺之一。
圖:Achronix的Speedcore IP這樣的eFPGA技術(shù)可以與CPU資源緊密耦合
因此,我們相信ADAS計算的下一個主要趨勢將是嵌入式FPGA(即eFPGA)IP在定制ASIC中的興起。借助eFPGA IP,設(shè)計人員能夠利用FPGA技術(shù)的優(yōu)勢,同時將其硬件加速與其他ASIC子系統(tǒng)(如CPU和I/O接口)緊密耦合。通過將FPGA與CPU一起嵌入到定制SoC中,與分立式FPGA解決方案相比,eFPGA IP可顯著節(jié)省成本、功耗和空間。
具體來說,我們的評估表明,與基于FPGA的獨立系統(tǒng)相比,eFPGA IP集成可以幫助設(shè)計人員節(jié)省90%的成本、降低75%的功耗、延遲改善100倍、接口帶寬增加10倍。因此,ADAS將在不久的將來逐步采用基于eFPGA技術(shù)的異構(gòu)解決方案。
Achronix的行業(yè)角色
如今Achronix是唯一一家同時大批量生產(chǎn)獨立FPGA芯片和eFPGA IP解決方案的公司。得益于我們的Speedcore eFPGA IP等旗艦產(chǎn)品,迄今為止,我們已經(jīng)在多個行業(yè)領(lǐng)域授權(quán)了超過1500萬個基于eFPGA的產(chǎn)品。隨著對ADAS計算需求的不斷增長和演進(jìn),我們認(rèn)為有能力支持這些變化并賦能下一代計算平臺。