十大ADAS處理器芯片的全面梳理
在過去的兩年多時(shí)間,我有拜訪數(shù)百家企業(yè),最近一直花時(shí)間在做針對(duì)性地梳理和總結(jié)。在現(xiàn)在的電子信息領(lǐng)域,跨界融合的節(jié)奏越來越快,產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的銜接也是前所未有的緊密,所以現(xiàn)在看一個(gè)領(lǐng)域或一個(gè)項(xiàng)目,需要從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條各環(huán)節(jié)去綜合考慮,包括云管端,包括硬件、軟件、算法、數(shù)據(jù),且各產(chǎn)業(yè)鏈條上各家企業(yè),隨時(shí)做前向或后向的整合,競合關(guān)系隨時(shí)轉(zhuǎn)換。隨著新硬件時(shí)代的來臨,對(duì)產(chǎn)業(yè)的研究提出了更高的要求,思考的緯度需要變得更寬,要理清里面錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系以及未來的發(fā)展趨勢,工作量數(shù)倍于從前。而對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)標(biāo)桿企業(yè)的研究是必備的功課,只有了解這些大企業(yè)的策略和動(dòng)向,才能發(fā)現(xiàn)其中可能存在的創(chuàng)業(yè)/投資機(jī)會(huì)。所以最近有意識(shí)的對(duì)大企業(yè)做一點(diǎn)研究,如之前的音頻、視覺、IOT平臺(tái)等,以及本篇的主要針對(duì)ADAS的芯片廠商,理解各家的主要產(chǎn)品線和狀態(tài)。
ADAS(高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)),是指利用安裝于車上各式各樣的傳感器,在第一時(shí)間收集車內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù),進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)物體的辨識(shí)、偵測與追蹤等技術(shù)上的處理,從而能夠讓駕駛者在最快的時(shí)間察覺可能發(fā)生的危險(xiǎn)。通常包括導(dǎo)航與實(shí)時(shí)交通系統(tǒng)TMC,電子警察系統(tǒng)ISA 、自適應(yīng)巡航ACC 、車道偏移報(bào)警系統(tǒng)LDWS、車道保持系統(tǒng),碰撞避免或預(yù)碰撞系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)、自適應(yīng)燈光控制、行人保護(hù)系統(tǒng)、自動(dòng)泊車系統(tǒng)、交通標(biāo)志識(shí)別、盲點(diǎn)探測,駕駛員疲勞探測、下坡控制系統(tǒng)和電動(dòng)汽車報(bào)警系統(tǒng)等。
目前來看汽車的創(chuàng)新絕大部分來自于汽車電子的創(chuàng)新,而從汽車電子系統(tǒng)來講,正在由分散式架構(gòu)(眾多的ECU控制),逐漸向集中式乃至中央控制系統(tǒng)(超級(jí)處理器)演進(jìn),這一趨勢落實(shí)到ADAS上也是同樣規(guī)律。這一趨勢的變化,包括減少ECU,降低功耗,提高處理器和內(nèi)存利用效率,降低軟件的開發(fā)難度和提高安全,使汽車半導(dǎo)體廠商在整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)中扮演越來越重要的角色。同時(shí),對(duì)ADAS處理器芯片來說,目前呈現(xiàn)出如智能家居類似的產(chǎn)品形態(tài),單品爆款,以及多功能的組合,即類似于Mobileye的視覺處理ADAS芯片單品,以及多傳感器的融合,使ADAS處理芯片成為平臺(tái)的趨勢。目前來看這兩種形態(tài)都有市場,單功能會(huì)使ADAS在中低端車甚至后裝市場,更大范圍的普及,當(dāng)然性價(jià)比是前提。而多傳感器的融合會(huì)提升自動(dòng)駕駛的等級(jí)向Level4甚至Level5方向走,目前像Google、百度等無人車都在做多傳感器的融合,只是目前為止還沒有專門的Level4/5ADAS ASIC芯片而已。
從芯片設(shè)計(jì)來說,現(xiàn)在ADAS處理器芯片的主要挑戰(zhàn)在如下幾個(gè)方面:
1)車規(guī)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn),最好過ISO26262,達(dá)到ASIL-B甚至ASIL-D級(jí)別
2)高計(jì)算量以及高帶寬,特別是多傳感器融合的芯片,需要更高的芯片頻率,以及異構(gòu)設(shè)計(jì),以達(dá)到快速的數(shù)據(jù)處理速度,同時(shí)傳輸?shù)耐掏侣噬弦灿休^高要求。
3) 隨著人工智能在ADAS上的應(yīng)用,針對(duì)芯片的設(shè)計(jì)會(huì)考慮增加硬件的深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì),如何在軟硬件上做取舍,以及人工智能計(jì)算模型與原有軟硬件架構(gòu)以及整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上做匹配,目前來看還在早期探索階段。
下面主要介紹各家主要ADAS處理器芯片廠商的產(chǎn)品,希望從他們的產(chǎn)品中一窺現(xiàn)在ADAS處理器芯片領(lǐng)域的現(xiàn)狀,以及未來的發(fā)展趨勢。
高通/NXP由于高通已經(jīng)收購NXP,所以在這里一起介紹。高通自己主要通過自己的移動(dòng)處理器芯片(改成車規(guī)級(jí)),開始逐步切入ADAS,當(dāng)然剛開始做環(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)語義分割,當(dāng)然離商用應(yīng)該還有一定距離??偟膩碚f,高通驍龍產(chǎn)品策略應(yīng)該還是以車載娛樂信息系統(tǒng)為主,逐步向更專業(yè)的ADAS拓展。
同時(shí),NXP以及之前NXP收購的飛思卡爾,在汽車電子和ADAS芯片領(lǐng)域都有完整的產(chǎn)品線布局。
NXP已經(jīng)發(fā)布Blubox平臺(tái),為OEM廠商提供設(shè)計(jì)、制造、銷售Level 4級(jí)(SAE)無人駕駛汽車的解決方案計(jì)算平臺(tái)。下圖是NXP的ADAS系統(tǒng)框圖,該系統(tǒng)對(duì)多路視頻、77G雷達(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理,然后傳送給云端和車身系統(tǒng)。我們看到NXP是能夠提供全套R(shí)eference方案的公司,在這一塊的產(chǎn)品線很全,雖然現(xiàn)在沒有做更多的芯片集成,而是提供相對(duì)分散的芯片及解決方案。我們這里重點(diǎn)介紹一下中央處理器S32V234和MPC5775K,MPC5775K是對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,而S32V234是對(duì)多傳感器處理過的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析,通過CAN總線,把結(jié)果傳給車身系統(tǒng)。
S32V234是NXP的S32V系列產(chǎn)品中2015年推出的ADAS處理器,支持CPU(4顆ARM V8架構(gòu)A53和M4)、GPU(GC3000)和圖像識(shí)別處理(CogniVue APEX2 processors)的異構(gòu)計(jì)算,5W的低功耗設(shè)計(jì)。通過CogniVue APEX2 processors能同時(shí)支持四路汽車攝像頭(前、后、左、右),抽取圖像并分類,同時(shí)GPU能實(shí)時(shí)3D建模,計(jì)算量達(dá)到50GFLOPs。所以按照此硬件架構(gòu)可完成360度環(huán)視,完成自動(dòng)泊車等功能。同時(shí),該芯片預(yù)留了支持毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波的接口,便于實(shí)現(xiàn)多傳感器的融合,該芯片支持ISO 26262 ASIL B標(biāo)準(zhǔn)。
QorivvaMPC567xK系列基于Power Architecture® 的32位MCU,MPC577XK是專門的雷達(dá)信息處理芯片,該系列增加了芯片的存儲(chǔ)器,提升了運(yùn)行速度和性能,能夠支持自適應(yīng)巡航控制、智能大燈控制、車道偏離警告和盲點(diǎn)探測等應(yīng)用。從整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)來看,結(jié)合77G雷達(dá)收發(fā)器芯片組、Qorivva MPC567xK MCU、FPGA, ADC, DAC, SRAM, 支持長、中、短距離應(yīng)用。這里需要重點(diǎn)關(guān)注的是信號(hào)處理工具集(Signal Processing Toolbox)設(shè)計(jì),包括了FFT、DMA、COPY、Scheduler。目前77GHz的FCMW型雷達(dá)在數(shù)字信號(hào)處理中需要使用FFT,即快速傅里葉變換,一般車載雷達(dá)的采樣點(diǎn)在512-2048左右,從芯片架構(gòu)圖我們看到專門的FFT電路。
除了S32V系列,被收購的飛思卡爾有一款著名的i.MX系列芯片也可以作為中央處理器。i.MX特別是i.MX6在汽車上,特別是車載信息系統(tǒng)上有大量的應(yīng)用。眾多的汽車廠商使用i.MX。
英特爾/Mobileye/Altera通過一系列的收購,英特爾在ADAS處理器上的布局已經(jīng)完善,包括Mobileye的ADAS視覺處理,利用Altera的FPGA處理,以及英特爾自身的至強(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。
其中特別要指出的是Mobileye的EyeQ系列,已經(jīng)被多家汽車制造商使用,包括奧迪、寶馬、菲亞特、福特、通用、本田、日產(chǎn)、標(biāo)致、雪鐵龍、雷諾、沃爾沃和特斯拉等在內(nèi)。最近的EyeQ4展示的性能已經(jīng)達(dá)到2.5 萬億次每秒的性能,其運(yùn)行功率可低至3W。從硬件架構(gòu)來看,該芯片包括了一組工作在1GHZ的工業(yè)級(jí)四核MIPS處理器,以支持創(chuàng)新性的多線程技術(shù)能更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)的控制和管理。多個(gè)專用的向量微碼處理器(VMP),用來應(yīng)對(duì)ADAS相關(guān)的圖像處理任務(wù)(如:縮放和預(yù)處理、翹曲、跟蹤、車道標(biāo)記檢測、道路幾何檢測、濾波和直方圖等)。一顆軍工級(jí)MIPS Warrior CPU位于次級(jí)傳輸管理中心,用于處理片內(nèi)片外的通用數(shù)據(jù)。
由于目前融合多是雷達(dá)與攝像頭融合,所需要的帶寬,一般的ASIC都能夠滿足。但是要融合激光雷達(dá),則最好用FPGA,F(xiàn)PGA做傳感器Hub是最合適不過的。同時(shí)傳感器融合目前應(yīng)用較少,合適的ASIC并不好找,F(xiàn)PGA成為主流選擇。同時(shí),對(duì)一些精度要求較高的雷達(dá),如使用單精度浮點(diǎn)處理實(shí)現(xiàn)一個(gè)4096點(diǎn)FFT,采樣點(diǎn)越多,誤差就越小,但運(yùn)算量會(huì)大幅度增加。它在每個(gè)時(shí)鐘周期輸入輸出四個(gè)復(fù)數(shù)采樣。每個(gè)FFT內(nèi)核運(yùn)行速度超過80 GFLOP,這一般需要FPGA才能比較好的實(shí)現(xiàn)。一般車載雷達(dá)的采樣點(diǎn)在512-2048左右,但軍用的可以達(dá)到8192,必須配備FPGA。如下圖在AudizFAS的實(shí)物中,采用了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。
瑞薩(Renesas)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開發(fā)系統(tǒng)。就芯片系列來說,最出名的莫過于其R-Car產(chǎn)品線,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,能同時(shí)支持多路的視覺傳感器輸入,支持OPENGL、OpenCV等軟件,符合ASILB車規(guī)級(jí)別。其實(shí)該產(chǎn)品最早是用于車載信息娛樂系統(tǒng),而后該系統(tǒng)產(chǎn)品逐步適配汽車環(huán)視視覺系統(tǒng)、儀表板及ADAS系統(tǒng)等,該發(fā)展路徑值得國內(nèi)想進(jìn)去汽車領(lǐng)域的半導(dǎo)體廠商借鑒。
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。
最近有報(bào)道說瑞薩發(fā)布了Renesas Autonomy,一個(gè)全新設(shè)計(jì)的ADAS和自動(dòng)駕駛平臺(tái)。具體細(xì)節(jié)還不清楚,但是據(jù)瑞薩電子美國區(qū)汽車業(yè)務(wù)副總裁Amrit Vivekanand指出,瑞薩此次推出的自動(dòng)駕駛平臺(tái)與競爭對(duì)手不同,“這是一個(gè)開放的平臺(tái),希望用戶更方便地將他們的算法、函數(shù)庫和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)移植到平臺(tái)中來。” Renesas Autonomy平臺(tái)發(fā)布的第一個(gè)產(chǎn)品,是一塊圖像識(shí)別片上系統(tǒng)(SoC),叫作R-Car V3M。瑞薩將該高性能視覺處理芯片描述為“優(yōu)化處理單元,首選應(yīng)用于智能相機(jī)傳感器,也可以用于環(huán)繞視覺系統(tǒng)甚至激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理。”來自半導(dǎo)體行業(yè)分析公司Linley Group的高級(jí)分析師Mike Demler認(rèn)為,此次發(fā)布的開放平臺(tái)和產(chǎn)品,可以看作一種瑞薩電子對(duì)標(biāo)Mobileye的布局,“他們希望吸引到?jīng)]有與Mobileye合作的汽車制造商,尤其是日本廠商,也希望吸引到一些制造ADAS產(chǎn)品的TIer 1廠商。 ”相比于Mobileye處理平臺(tái)的“黑箱”系統(tǒng),瑞薩在不斷強(qiáng)調(diào)解決方案的“開放”二字,這也是每個(gè)誓要抗衡Mobileye的處理器廠商都傾向于談?wù)摰膯栴}。瑞薩方面表示,其最新發(fā)布的R-Car V3M處理模塊的全部算法將對(duì)其用戶開放。