智能座艙任重道遠，體驗要用創(chuàng)新元器件精心打造

當今，汽車對快速存儲及處理大量數據的要求越來越高，主機廠一直面臨著整合處理能力、保證數字系統流暢運行和成本競爭等方面的壓力?，F在，新的趨勢再次出現，車載信息娛樂系統（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與儀表盤集成，以便實現符合功能安全要求的更為關鍵的系統。

文︱立厷

圖︱網絡

盡管自動駕駛（AD）風頭正盛，但實現起來任重道遠，能夠逐步落地的莫過于ADAS（高級駕駛輔助系統）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鍵，也是半導體產品增長的主要推動力。

現在，汽車駕駛艙和IVE（In-Vehicle Experience車內體驗）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網訪問信息，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，人們關注的重點已從實際駕乘體驗轉向基于個人品味、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，有傳統的，也有創(chuàng)新的，這里介紹幾類現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“內在”創(chuàng)新。

Melexis自主研發(fā)的飛行時間（ToF）3D傳感器技術可實現駕駛員監(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個攝像頭即可實現多項車內感應用例。

第三代VGA飛行時間傳感器評估套件

車內照明對安全性和舒適度至關重要，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)新產品即可實現氛圍燈控制，進一步提升乘員舒適度。此外，車內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)新功能同樣值得關注。例如，線控功能在油門和換檔器中的應用已有數年之久。線控油門可提高燃油經濟性、實現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可以處理神經網絡和AI工作負載，但它們在邊緣側的處理效率也不高。因此，人們往往要借助于神經網絡加速器（NNA），在保證低功耗的同時實現相同甚至更好的表現。

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，可實現無與倫比的功耗、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鍵型顯示提供支持。

IMG BXS之所以可以高效地實現應用功能，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網絡加速器。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據，即可對數據進行處理。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據。

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芯片設計人員關心系統中消耗了多少帶寬的原因。

在這些系統中，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）實現高性能神經網絡推理，這通常為SoC內部內存帶寬帶來了巨大的壓力。由于SoC內部的帶寬非常寶貴，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網絡中使用的主要關鍵結構。傳統上，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，結合IMG Series4神經網絡加速器（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

據說，當與裝載了Imagination以太網數據包處理器的路由器和交換機一起使用時，該技術可以實現目前電動汽車領域最強大、功率效率最高的計算解決方案之一。

智能座艙還需要高性能存儲器

當今，汽車對快速存儲及處理大量數據的要求越來越高，主機廠一直面臨著整合處理能力、保證數字系統流暢運行和成本競爭等方面的壓力?，F在，新的趨勢再次出現，車載信息娛樂系統（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與儀表盤集成，以便實現符合功能安全要求的更為關鍵的系統。

這樣做主要是為了降低成本和簡化架構，加速實現產品創(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生影響，因此需要符合嚴格的合規(guī)要求。

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

基于對汽車市場以及內存安全應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、數字化座艙和機器學習的系統架構設計內存。這種合作通常從產品的系統架構定義階段的早期即已開始，一直延伸到客戶、合作伙伴產品的設計、測試和部署階段。

Micron近期推出了業(yè)界領先的汽車功能安全內存系列解決方案——低功耗DDR5 DRAM（LPDDR5）內存，是為下一代IVI應用的理想解決方案。它滿足最高級別的汽車安全完整性等級標準，進一步彰顯了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產品附有硬件評估報告，由獨立的第三方、業(yè)界公認的咨詢公司exida進行評估。根據exida的分析結論，該產品適用于最高級別系統，包括等級最為嚴格的ASIL-D。

集中式存儲有利于實現功能系統之間的數據共享，也是創(chuàng)造交互式和個性化用戶體驗的基礎，而這正是消費者期待的車內體驗，同時可以提供豐富的功能，包括高速、功能數據隔離、加密數據保護、安全遠程重新配置等，位密度單價（price-per-density）也和分立式存儲設備差不多，這將顯著改變未來的設計格局，帶來更多可能性。除了消除了設計冗余之外，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，也是一種標準。對于車用LPDDR5來說，它首先符合JEDEC（固態(tài)技術協會）對LPDDR5的標準要求，也符合車用標準。

隨著ADAS和自動駕駛技術應用的日益普及，數據采集和高效處理能力正逐漸成為汽車創(chuàng)新的關鍵。如今，伴隨數據密集型汽車技術的崛起，配備ADAS的車輛運行代碼已超過1億行，每秒需進行高達數百萬億次的數據處理，與數據中心相仿。LPDDR5能將數據訪問速度提高50%，能效提升20%以上，從而有效應對這些需求。這使智能汽車能夠近乎實時地處理和決策來自多個傳感器和數據源的數據，例如雷達、激光雷達、高分辨率成像、5G網絡和光學圖像識別等。

DDR5的性能提升

LPDDR5的高能效有助于汽車的高性能計算，同時大幅降低電動汽車和傳統汽車的能耗，從而實現更加環(huán)保的交通出行，減少尾氣排放。Micron的車用LPDDR5還加強了穩(wěn)固性，可應用于極端溫度范圍，符合多種汽車可靠性標準，包括美國汽車電子協會的AEC-Q100規(guī)范和國際汽車工作組的IATF 16949標準。通過功能安全評估的獨特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)健的安全機制，可在運行期間檢測和控制內存錯誤，系統集成商還可選擇部署更多機制，從而進一步降低風險。

據了解，集中式存儲和汽車級SSD解決方案將應用于2023年及以后的下一代架構中。這項創(chuàng)新不僅適用于IVI，還適用于主要主機廠及合作伙伴的自動駕駛和中央計算架構。