從產(chǎn)品窺探ADAS處理器芯片現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

　　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(jìng)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(shì)，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(cè)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(cè)，駕駛員疲勞探測(cè)、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(shì)落實(shí)到ADAS上也是同樣規(guī)律。這一趨勢(shì)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(shì)。目前來看這兩種形態(tài)都有市場(chǎng)，單功能會(huì)使ADAS在中低端車甚至后裝市場(chǎng)，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(shì)。

　　高通/NXP

　　由于高通已經(jīng)收購(gòu)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(yǔ)義分割，當(dāng)然離商用應(yīng)該還有一定距離。總的來說，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(gòu)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50 GFLOPs。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)。

　　Qorivva MPC567xK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(cè)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(zhǎng)、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(gòu)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(gòu)，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1 GHZ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(cè)、道路幾何檢測(cè)、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 GFLOPs，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(guó)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(guó)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(jìng)爭(zhēng)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(kù)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。

　　英飛凌(Infineon)

　　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。