智能座艙任重道遠(yuǎn)，體驗(yàn)要用創(chuàng)新元器件精心打造

當(dāng)今，汽車對快速存儲及處理大量數(shù)據(jù)的要求越來越高，主機(jī)廠一直面臨著整合處理能力、保證數(shù)字系統(tǒng)流暢運(yùn)行和成本競爭等方面的壓力?，F(xiàn)在，新的趨勢再次出現(xiàn)，車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI）引人入勝的高分辨率屏幕和功能越來越像智能手機(jī)，設(shè)計(jì)人員將車載信息娛樂系統(tǒng)與儀表盤集成，以便實(shí)現(xiàn)符合功能安全要求的更為關(guān)鍵的系統(tǒng)。

文︱立厷

圖︱網(wǎng)絡(luò)

盡管自動駕駛（AD）風(fēng)頭正盛，但實(shí)現(xiàn)起來任重道遠(yuǎn)，能夠逐步落地的莫過于ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）和功能豐富的智能座艙，這是當(dāng)下主機(jī)廠打造用戶更好駕乘體驗(yàn)的關(guān)鍵，也是半導(dǎo)體產(chǎn)品增長的主要推動力。

現(xiàn)在，汽車駕駛艙和IVE（In-Vehicle Experience車內(nèi)體驗(yàn)）已成為影響消費(fèi)者購買決策和主機(jī)廠品牌差異化的主要因素。消費(fèi)者希望能夠順暢聯(lián)網(wǎng)訪問信息，獲得類似智能手機(jī)的無縫體驗(yàn)，為喜愛的所有手機(jī)應(yīng)用提供本地車載支持；用數(shù)量越來越多、尺寸越來越大的高分辨率顯示屏支持這些應(yīng)用，提供身臨其境的感受。

主機(jī)廠認(rèn)識到，人們關(guān)注的重點(diǎn)已從實(shí)際駕乘體驗(yàn)轉(zhuǎn)向基于個人品味、娛樂和工作效率的體驗(yàn)，各種座艙功能需求將使車內(nèi)體驗(yàn)創(chuàng)新有增無減。智能座艙需要的半導(dǎo)體器件包羅萬象，有傳統(tǒng)的，也有創(chuàng)新的，這里介紹幾類現(xiàn)在流行車載應(yīng)用用到的幾種器件，其對IVE的作用不可小覷。

差異化提升舒適度與安全性

對于主機(jī)廠而言，要在當(dāng)今激烈的市場競爭中脫穎而出，除了依靠車輛的出色效能外，還要打造差異化的智能座艙來提升駕乘人員的舒適度與安全性。Melexis（邁來芯）是一家以汽車半導(dǎo)體為主的半導(dǎo)體廠商，正在踐行“讓駕乘人員在汽車座艙中享受現(xiàn)代化起居室般體驗(yàn)”的設(shè)計(jì)理念。

順應(yīng)汽車座艙智能化的變革趨勢，Melexis的芯片帶來了眾多創(chuàng)新功能，既包括用戶看得見的“外在”創(chuàng)新，也包括隱藏在發(fā)動機(jī)罩下“內(nèi)在”創(chuàng)新。

Melexis自主研發(fā)的飛行時間（ToF）3D傳感器技術(shù)可實(shí)現(xiàn)駕駛員監(jiān)測（疲勞監(jiān)測、視線監(jiān)測）、手握方向盤檢測或者座椅占用監(jiān)測（安全帶檢測、小孩留在車中）等各項(xiàng)新功能，進(jìn)一步提升安全性。

車內(nèi)ToF記錄3D深度視頻流與近紅外2D對比

備受高端主機(jī)廠和用戶青睞的手勢控制可以3D ToF攝像頭帶來全新體驗(yàn)。用戶只需通過簡單的手勢即可調(diào)節(jié)收音機(jī)音量和接聽電話，或者靠近某個特定的區(qū)域時自動開啟車內(nèi)照明。采用VGA（680×480像素）分辨率的3D攝像頭芯片MLX75027，僅1個攝像頭即可實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)車內(nèi)感應(yīng)用例。

第三代VGA飛行時間傳感器評估套件

車內(nèi)照明對安全性和舒適度至關(guān)重要，氛圍照明和智能動態(tài)照明已成為未來趨勢。主機(jī)廠只需在汽車中安裝Melexis的創(chuàng)新產(chǎn)品即可實(shí)現(xiàn)氛圍燈控制，進(jìn)一步提升乘員舒適度。此外，車內(nèi)照明還能夠?yàn)槠噹碇匾δ埽貏e是在走向自動駕駛的過程中。屆時，乘員將無需親自操控汽車，不必時刻關(guān)注路面情況，智能照明將有助于汽車與乘員之間的交互。例如，當(dāng)遇到危險(xiǎn)時，智能座艙會迅速將氛圍燈調(diào)為紅色以引起乘員注意。

除了用戶看得見的創(chuàng)新示例，發(fā)動機(jī)罩下隱藏的眾多創(chuàng)新功能同樣值得關(guān)注。例如，線控功能在油門和換檔器中的應(yīng)用已有數(shù)年之久。線控油門可提高燃油經(jīng)濟(jì)性、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制并提升可靠性，通過安裝Melexis的線性和角度傳感器芯片即可實(shí)現(xiàn)這類應(yīng)用。這類傳感器芯片采用小尺寸封裝，具備高等級功能安全性。線控轉(zhuǎn)向和制動目前也已進(jìn)入早期開發(fā)階段，Melexis的傳感器芯片可以確保穩(wěn)定的抗雜散場能力與冗余安全操作，讓智能座艙有望搭載線控功能。這方面的主角是磁場位置傳感器IC，尤其是采用Triaxis® 技術(shù)的芯片將為智能座艙帶來許多創(chuàng)新的解決方案。

Triaxis® 的汽車應(yīng)用

賦能多屏智能座艙與自動駕駛

電動汽車（EV）已成為一種趨勢，但其本身就是問題所在，作為未來交通出行的主流工具，即使是在入門級電動汽車中，也可以看到屏幕特別是高分辨率屏幕越來越多，而ADAS和自動駕駛功能也會集成在車輛當(dāng)中。

隨著顯示屏亮度的增加和分辨率的提高，不僅需要更高的電源功率，還需要功能更加強(qiáng)大的圖形處理器（GPU）。這就帶來了一個問題，傳統(tǒng)GPU功能強(qiáng)大，但功率效率并不高，這意味著可能會對電動汽車電池產(chǎn)生明顯的影響。

對于自動駕駛功能，雖然GPU或CPU可以處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和AI工作負(fù)載，但它們在邊緣側(cè)的處理效率也不高。因此，人們往往要借助于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器（NNA），在保證低功耗的同時實(shí)現(xiàn)相同甚至更好的表現(xiàn)。

以上問題表明，處理器的功耗越來越大，需要尋找一種最佳且最切實(shí)際的方法來實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。在汽車專用半導(dǎo)體IP方面擁有悠久歷史的Imagination認(rèn)為，任何管道都可以作為排氣管，但是從成本和效率的角度看，專門為執(zhí)行這項(xiàng)工作而設(shè)計(jì)的管道始終是最佳的解決方案。目前，全球超過40%的車輛搭載了Imagination的GPU或NNA，為從車載顯示器到ADAS及通用計(jì)算等車載應(yīng)用提供支持。

Imagination最新一代汽車專用多核GPU IMG BXS從一開始就著眼于解決顯示分辨率和尺寸增加的問題。BXS采用類似手機(jī)GPU的嵌入式架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)無與倫比的功耗、性能和面積（PPA）指標(biāo)，這意味著它是非常高效且成本合理的產(chǎn)品。

MG BXS的功耗性能比

不僅功能更強(qiáng)大，它還符合ISO 26262安全標(biāo)準(zhǔn)以及ASIL-B等級的要求。這意味著它可以用于信息娛樂和非關(guān)鍵型顯示，也可以為屏幕上的速度表、檔位指示器和警示燈等安全關(guān)鍵型顯示提供支持。

IMG BXS之所以可以高效地實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能，得益于其獨(dú)特的分塊區(qū)域保護(hù)（TRP）設(shè)計(jì)，它的顯示區(qū)域分成多個區(qū)塊，可以動態(tài)指定哪些區(qū)塊是安全關(guān)鍵型應(yīng)用，哪些區(qū)塊是其他應(yīng)用。這意味著GPU只需要對顯示的一小部分而非整體進(jìn)行特定的安全驗(yàn)證，這樣，安全性得以保證，也不會影響性能。

TRP設(shè)計(jì)符合ISO 26262安全標(biāo)準(zhǔn)

IMG Series4 NNA是面向汽車自動駕駛的多核神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器。它能夠無限擴(kuò)展，以滿足自動駕駛超過500TOPS（每秒萬億次操作）的算力需求，同時不需要大的芯片面積和大量功耗。

在自動駕駛工作負(fù)載中，低延遲對于保證車輛及時做出決策至關(guān)重要。借助正在申請專利的Imagination Tensor Tiling（ITT）算法，NNA無需多次向外部存儲器傳輸數(shù)據(jù)，即可對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這將使延遲降低高達(dá)90%，并允許在一顆小的獨(dú)立芯片上處理更大量的數(shù)據(jù)。

什么是Tensor Tiling（張量平鋪）？Imagination解釋說，在電動汽車中，每一個焦耳都很重要，而從外部存儲器存取資料就是主要功耗之一。這就是未來將啟用ADAS和自動駕駛平臺的AI芯片設(shè)計(jì)人員關(guān)心系統(tǒng)中消耗了多少帶寬的原因。

在這些系統(tǒng)中，要依賴各種處理（如語音識別、多攝像機(jī)/傳感器對象檢測和跟蹤）實(shí)現(xiàn)高性能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理，這通常為SoC內(nèi)部內(nèi)存帶寬帶來了巨大的壓力。由于SoC內(nèi)部的帶寬非常寶貴，因此節(jié)省的每一位都可以降低功耗，并有助于擴(kuò)展汽車的續(xù)航里程。

張量很大的多維陣列信息元是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中使用的主要關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)上，這些操作需要頻繁重復(fù)地從主存儲器存取，這會消耗大量的帶寬和功率。Imagination Tensor Tiling技術(shù)可有效地把張量分為多個區(qū)塊（tile）并分組更高效地進(jìn)行處理，結(jié)合IMG Series4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器（NNA）中的片上存儲器，可顯著降低功耗，節(jié)省芯片面積并降低成本。

有無Tensor Tiling對比

據(jù)說，當(dāng)與裝載了Imagination以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包處理器的路由器和交換機(jī)一起使用時，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)目前電動汽車領(lǐng)域最強(qiáng)大、功率效率最高的計(jì)算解決方案之一。

智能座艙還需要高性能存儲器

當(dāng)今，汽車對快速存儲及處理大量數(shù)據(jù)的要求越來越高，主機(jī)廠一直面臨著整合處理能力、保證數(shù)字系統(tǒng)流暢運(yùn)行和成本競爭等方面的壓力?，F(xiàn)在，新的趨勢再次出現(xiàn)，車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI）引人入勝的高分辨率屏幕和功能越來越像智能手機(jī)，設(shè)計(jì)人員將車載信息娛樂系統(tǒng)與儀表盤集成，以便實(shí)現(xiàn)符合功能安全要求的更為關(guān)鍵的系統(tǒng)。

這樣做主要是為了降低成本和簡化架構(gòu)，加速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新。盡管這種集成是有益的，但也要考慮功能安全的要求。儀表盤中的某些信息用于提醒駕駛員注意車輛功能，其中一部分信息可能會對車輛和乘客安全產(chǎn)生影響，因此需要符合嚴(yán)格的合規(guī)要求。

另外，隨著IVI系統(tǒng)的集成，集中式存儲在交互式座艙中變得越來越重要。IVI系統(tǒng)架構(gòu)通常是與儀表盤架構(gòu)分開的。盡管目前已有主機(jī)廠為增強(qiáng)用戶體驗(yàn)做出了不懈的努力，但還是未能跟上消費(fèi)者期待的創(chuàng)新水平——類似智能手機(jī)的體驗(yàn)。我們面臨的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是：無法在車輛交付后重新配置和更新系統(tǒng)。

基于對汽車市場以及內(nèi)存安全應(yīng)用重要作用的深入了解，Micron（美光）與汽車客戶緊密合作，為支持ADAS、車載信息娛樂、數(shù)字化座艙和機(jī)器學(xué)習(xí)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)存。這種合作通常從產(chǎn)品的系統(tǒng)架構(gòu)定義階段的早期即已開始，一直延伸到客戶、合作伙伴產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、測試和部署階段。

Micron近期推出了業(yè)界領(lǐng)先的汽車功能安全內(nèi)存系列解決方案——低功耗DDR5 DRAM（LPDDR5）內(nèi)存，是為下一代IVI應(yīng)用的理想解決方案。它滿足最高級別的汽車安全完整性等級標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步彰顯了Micron 30年來致力于為汽車市場提供功能安全解決方案的承諾。

LPDDR5 DRAM

Micron的LPDDR5產(chǎn)品附有硬件評估報(bào)告，由獨(dú)立的第三方、業(yè)界公認(rèn)的咨詢公司exida進(jìn)行評估。根據(jù)exida的分析結(jié)論，該產(chǎn)品適用于最高級別系統(tǒng)，包括等級最為嚴(yán)格的ASIL-D。

集中式存儲有利于實(shí)現(xiàn)功能系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，也是創(chuàng)造交互式和個性化用戶體驗(yàn)的基礎(chǔ)，而這正是消費(fèi)者期待的車內(nèi)體驗(yàn)，同時可以提供豐富的功能，包括高速、功能數(shù)據(jù)隔離、加密數(shù)據(jù)保護(hù)、安全遠(yuǎn)程重新配置等，位密度單價（price-per-density）也和分立式存儲設(shè)備差不多，這將顯著改變未來的設(shè)計(jì)格局，帶來更多可能性。除了消除了設(shè)計(jì)冗余之外，由于采用了小尺寸封裝，其需要的PCB面積也很小。

LPDDR5不光是一種型號，也是一種標(biāo)準(zhǔn)。對于車用LPDDR5來說，它首先符合JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會）對LPDDR5的標(biāo)準(zhǔn)要求，也符合車用標(biāo)準(zhǔn)。

隨著ADAS和自動駕駛技術(shù)應(yīng)用的日益普及，數(shù)據(jù)采集和高效處理能力正逐漸成為汽車創(chuàng)新的關(guān)鍵。如今，伴隨數(shù)據(jù)密集型汽車技術(shù)的崛起，配備ADAS的車輛運(yùn)行代碼已超過1億行，每秒需進(jìn)行高達(dá)數(shù)百萬億次的數(shù)據(jù)處理，與數(shù)據(jù)中心相仿。LPDDR5能將數(shù)據(jù)訪問速度提高50%，能效提升20%以上，從而有效應(yīng)對這些需求。這使智能汽車能夠近乎實(shí)時地處理和決策來自多個傳感器和數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，例如雷達(dá)、激光雷達(dá)、高分辨率成像、5G網(wǎng)絡(luò)和光學(xué)圖像識別等。

DDR5的性能提升

LPDDR5的高能效有助于汽車的高性能計(jì)算，同時大幅降低電動汽車和傳統(tǒng)汽車的能耗，從而實(shí)現(xiàn)更加環(huán)保的交通出行，減少尾氣排放。Micron的車用LPDDR5還加強(qiáng)了穩(wěn)固性，可應(yīng)用于極端溫度范圍，符合多種汽車可靠性標(biāo)準(zhǔn)，包括美國汽車電子協(xié)會的AEC-Q100規(guī)范和國際汽車工作組的IATF 16949標(biāo)準(zhǔn)。通過功能安全評估的獨(dú)特DRAM有助于加快智能安全汽車上市。

為了滿足更高的安全要求，LPDDR5包含穩(wěn)健的安全機(jī)制，可在運(yùn)行期間檢測和控制內(nèi)存錯誤，系統(tǒng)集成商還可選擇部署更多機(jī)制，從而進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)。

據(jù)了解，集中式存儲和汽車級SSD解決方案將應(yīng)用于2023年及以后的下一代架構(gòu)中。這項(xiàng)創(chuàng)新不僅適用于IVI，還適用于主要主機(jī)廠及合作伙伴的自動駕駛和中央計(jì)算架構(gòu)。