當今,汽車對快速存儲及處理大量數(shù)據(jù)的要求越來越高,主機廠一直面臨著整合處理能力、保證數(shù)字系統(tǒng)流暢運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,設計人員將車載信息娛樂系統(tǒng)與儀表盤集成,以便實現(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

盡管自動駕駛(AD)風頭正盛,但實現(xiàn)起來任重道遠,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,這是當下主機廠打造用戶更好駕乘體驗的關(guān)鍵,也是半導體產(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)已成為影響消費者購買決策和主機廠品牌差異化的主要因素。消費者希望能夠順暢聯(lián)網(wǎng)訪問信息,獲得類似智能手機的無縫體驗,為喜愛的所有手機應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用,提供身臨其境的感受。

主機廠認識到,人們關(guān)注的重點已從實際駕乘體驗轉(zhuǎn)向基于個人品味、娛樂和工作效率的體驗,各種座艙功能需求將使車內(nèi)體驗創(chuàng)新有增無減。智能座艙需要的半導體器件包羅萬象,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

對于主機廠而言,要在當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)是一家以汽車半導體為主的半導體廠商,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”的設計理念。

順應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)等各項新功能,進一步提升安全性。

車內(nèi)ToF記錄3D深度視頻流與近紅外2D對比

備受高端主機廠和用戶青睞的手勢控制可以3D ToF攝像頭帶來全新體驗。用戶只需通過簡單的手勢即可調(diào)節(jié)收音機音量和接聽電話,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個攝像頭即可實現(xiàn)多項車內(nèi)感應用例。

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。主機廠只需在汽車中安裝Melexis的創(chuàng)新產(chǎn)品即可實現(xiàn)氛圍燈控制,進一步提升乘員舒適度。此外,車內(nèi)照明還能夠為汽車帶來重要功能,特別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,當遇到危險時,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用已有數(shù)年之久。線控油門可提高燃油經(jīng)濟性、實現(xiàn)精準控制并提升可靠性,通過安裝Melexis的線性和角度傳感器芯片即可實現(xiàn)這類應用。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,還需要功能更加強大的圖形處理器(GPU)。這就帶來了一個問題,傳統(tǒng)GPU功能強大,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)絡和AI工作負載,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)絡加速器(NNA),在保證低功耗的同時實現(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際的方法來實現(xiàn)預期功能。在汽車專用半導體IP方面擁有悠久歷史的Imagination認為,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)行這項工作而設計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及通用計算等車載應用提供支持。

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GPU的嵌入式架構(gòu),可實現(xiàn)無與倫比的功耗、性能和面積(PPA)指標,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

不僅功能更強大,它還符合ISO 26262安全標準以及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現(xiàn)應用功能,得益于其獨特的分塊區(qū)域保護(TRP)設計,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)鍵型應用,哪些區(qū)塊是其他應用。這意味著GPU只需要對顯示的一小部分而非整體進行特定的安全驗證,這樣,安全性得以保證,也不會影響性能。

TRP設計符合ISO 26262安全標準

IMG Series4 NNA是面向汽車自動駕駛的多核神經(jīng)網(wǎng)絡加速器。它能夠無限擴展,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)進行處理。這將使延遲降低高達90%,并允許在一顆小的獨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芯片設計人員關(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/傳感器對象檢測和跟蹤)實現(xiàn)高性能神經(jīng)網(wǎng)絡推理,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)并分組更高效地進行處理,結(jié)合IMG Series4神經(jīng)網(wǎng)絡加速器(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一起使用時,該技術(shù)可以實現(xiàn)目前電動汽車領(lǐng)域最強大、功率效率最高的計算解決方案之一。