ADAS輔助駕駛系統(tǒng)應(yīng)用介紹

Socionext在車載ASIC領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位主要體現(xiàn)在其先進的技術(shù)和廣泛的合作網(wǎng)絡(luò)。?

Socionext作為SoC設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠商，已經(jīng)在車載ASIC領(lǐng)域取得了顯著的成就。該公司最新開發(fā)的車規(guī)級圖像信號處理模塊“Sensight”能夠在智能座艙攝像頭應(yīng)用中提供圖像預(yù)處理，包括圖像去噪、還原、恢復(fù)和畸形矯正等功能。在ADAS輔助駕駛系統(tǒng)應(yīng)用中，Sensight能夠過濾無效圖像信息，提取出車輛、行人、車道線等關(guān)鍵信息?1。

此外，Socionext下一代汽車定制芯片將采用臺積電最新的5nm工藝技術(shù)(N5P)，這是業(yè)內(nèi)最先進的工藝技術(shù)之一。N5P工藝相比前代產(chǎn)品性能提升20%，功耗降低40%，邏輯密度提高80%。這種先進的技術(shù)應(yīng)用有助于Socionext的芯片實現(xiàn)高速交換設(shè)備、高分辨率傳感器數(shù)據(jù)處理、高性能域控制器等功能，滿足未來自動駕駛和快速發(fā)展的汽車電子系統(tǒng)對高性能和安全性的要求?2。

Socionext在全球車載ASIC領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位還體現(xiàn)在其豐富的經(jīng)驗和專業(yè)知識。公司在成像、圖形、高性能計算和高速模擬/RF設(shè)計方面擁有專業(yè)優(yōu)勢，能夠提供高性能、低功耗的汽車芯片。通過與臺積電等重要合作伙伴的緊密合作，Socionext在激烈的市場競爭中脫穎而出，成為全球車載ASIC領(lǐng)域的領(lǐng)先者?2。

核心結(jié)論：自動駕駛汽車圍繞感知、決策和執(zhí)行三大環(huán)節(jié)構(gòu)建軟硬件系統(tǒng)。車載智能計算平臺是自動駕駛 汽車的“大腦”，主要負責(zé)完成感知環(huán)節(jié)的識別融合任務(wù)以及整個決策環(huán)節(jié)，需要處理海量數(shù)據(jù)和進行復(fù)雜的 邏輯運算。為滿足高算力需求，目前車載智能計算平臺集成多個 SoC，每個 SoC 集成多類計算單元(如 CPU、 GPU、FPGA、ASIC 等)。同時，車載智能計算平臺還需要高效的軟件架構(gòu)支持應(yīng)用開發(fā)。其軟件架構(gòu)高度分 層化和模塊化，主要分為系統(tǒng)軟件(虛擬機、操作系統(tǒng)和中間件)、功能軟件和應(yīng)用程序三層。相較于傳統(tǒng)零 部件，車載智能計算平臺涉及各類芯片和軟件，供應(yīng)商來自不同領(lǐng)域，供應(yīng)生態(tài)多樣。主要有三類參與者：OEM 主要負責(zé)應(yīng)用軟件和部分功能軟件，傳統(tǒng) Tier1 在中間層布局較深，芯片商提供硬件以及部分系統(tǒng)軟件。另外 還有算法方案解決商、Robotaxi 廠商、專業(yè)系統(tǒng)軟件商等。

1.1 自動駕駛系統(tǒng)架構(gòu)：傳感器+車載智能計算平臺+執(zhí)行系統(tǒng)

自動駕駛系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。為實現(xiàn)從 A 地到 B 地的駕駛過程，需要自動駕駛系統(tǒng)完成感知、決策、 執(zhí)行 3 大任務(wù)。

感知：感知環(huán)節(jié)是實現(xiàn)自動駕駛的前提和基礎(chǔ)，其主要功能是解決 2 個問題：環(huán)境識別(周邊環(huán)境如何) 和自身定位(在哪里)。環(huán)境識別(周邊環(huán)境如何)：感知系統(tǒng)利用攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、超聲波 雷達等傳感器獲取道路環(huán)境的信息，并對傳感器數(shù)據(jù)進行處理、融合、理解，實現(xiàn)對車輛、行人等障礙物的識 別，以及對車道線、紅綠燈等交通標識的檢測。自身定位(在哪里)：利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、慣性測量單元(IMU)、高清地圖、車速傳感器等獲取車輛自身空間狀態(tài)信息。環(huán)境狀態(tài)信息以及自身狀態(tài)信息為 后續(xù)車輛預(yù)測、規(guī)劃等決策環(huán)節(jié)提供依據(jù)。

決策：決策環(huán)節(jié)是自動駕駛的核心，其主要功能是回答幾個問題：預(yù)測(接下來會發(fā)生什么)、決策(該 做什么)、規(guī)劃(怎么做)。在感知環(huán)節(jié)完成對自身精確定位和對周圍環(huán)境準確理解的基礎(chǔ)上，決策環(huán)節(jié)主要 是對接下來可能發(fā)生的情況進行準確預(yù)測，對下一步行動完成準確判斷和規(guī)劃，并選擇合理的路徑達到目標， 指導(dǎo)執(zhí)行系統(tǒng)對車輛進行控制。 執(zhí)行：自動駕駛系統(tǒng)最終要借助對車輛的控制達到自動駕駛的目的。執(zhí)行環(huán)節(jié)負責(zé)將決策和規(guī)劃落實為切 實的行為。執(zhí)行系統(tǒng)控制器(如底盤控制器、動力系統(tǒng)控制等)接收決策系統(tǒng)輸出的目標路徑軌跡，通過一系 列結(jié)合自身屬性和外界物理因素的動力學(xué)計算，轉(zhuǎn)換成對油門、剎車、轉(zhuǎn)向的控制，盡可能控制車輛按目標速 度和方向行駛。 完成上述 3 大任務(wù)需要車端系統(tǒng)、云端系統(tǒng)的支持，以及各類技術(shù)(如先進的整車電子電氣架構(gòu)、OTA、 V2X 等)的保障。完備的車端系統(tǒng)是自動駕駛功能實現(xiàn)的主要裝備保障，僅靠車端系統(tǒng)即可實現(xiàn)初級和部分中 級自動駕駛功能。車端系統(tǒng)主要包括：感知定位傳感器系統(tǒng)、車載智能計算平臺(簡稱計算平臺)和底盤/動力 系統(tǒng)。

車載智能計算平臺：如同人類大腦，完成感知環(huán)節(jié)的識別融合任務(wù)以及整個決策環(huán)節(jié)。自動駕駛幾乎所有 的計算都集中在計算平臺。各類專用、通用芯片組成的硬件資源為計算平臺提供算力保障。基于虛擬機、各類 操作系統(tǒng)、中間件的系統(tǒng)軟件架構(gòu)為自動駕駛算法和功能實現(xiàn)提供軟件平臺。AI 算法、濾波算法、規(guī)劃算法等 基礎(chǔ)算法庫以及保障工程實現(xiàn)的安全、備份、通信等基礎(chǔ)功能庫組成的功能軟件為差異化的應(yīng)用實現(xiàn)提供基礎(chǔ) 模塊支持。計算平臺的軟硬件的差異是各廠商自動駕駛功能差異的核心所在，計算平臺性能優(yōu)良體現(xiàn)廠商自動 駕駛技術(shù)實力的高低。 底盤/動力系統(tǒng)：如同人類手腳，負責(zé)執(zhí)行環(huán)節(jié)。底盤/動力系統(tǒng)包括對應(yīng)的控制器和機械執(zhí)行機構(gòu)。底盤系 統(tǒng)負責(zé)實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向和制動，動力系統(tǒng)負責(zé)車輛驅(qū)動。對于自動駕駛汽車，執(zhí)行機構(gòu)電子化，以及更進一步的 線控技術(shù)是執(zhí)行系統(tǒng)的基本技術(shù)要求。比如電子油門、電子助力轉(zhuǎn)向、電子助力制動等。執(zhí)行機構(gòu)電子化實現(xiàn) 人機解耦和自動控制。比如傳統(tǒng)的真空助力制動系統(tǒng)只有當(dāng)駕駛員踩動制動踏板，剎車助力系統(tǒng)才會工作。采 用電動助力系統(tǒng)后，駕駛員不踩制動踏板，只要啟動助力電機也能推動制動主缸，最終產(chǎn)生制動。

1.2 什么是車載智能計算平臺?

車載智能計算平臺是實現(xiàn)高階自動駕駛的必選方案。自動駕駛過程中需要一個強勁的“大腦”來統(tǒng)一實時 分析、處理海量的數(shù)據(jù)與進行復(fù)雜的邏輯運算，對計算能力的要求非常高。計算平臺本質(zhì)也是嵌入式系統(tǒng)，相 比于汽車傳統(tǒng)控制器 ECU(比如：發(fā)動機 ECU、變速器 TCU、車身 BCM、電池 BMS、電機 MCU、整車 VCU)， 其硬件和軟件的復(fù)雜度更高，算力更高，功能更強。 硬件方面，汽車傳統(tǒng) ECU 主要采用 MCU(微控制單元，Microcontroller Unit)實現(xiàn)簡單的計算和邏輯判斷。 智能計算平臺通常使用單個甚至多個集成 CPU、GPU、FPGA 或 AISC 的 SoC，可實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的并行計算和 復(fù)雜的邏輯功能。 軟件方面，傳統(tǒng) ECU 軟件架構(gòu)較為簡單，底層操作系統(tǒng) OSEK，中間件采用 CP AUTOSAR 框架，頂層為 應(yīng)用程序。部分功能簡單的控制器甚至不需要使用操作系統(tǒng)和中間件。智能計算平臺軟件架構(gòu)更復(fù)雜，層次更 多，自下而上包括虛擬機、操作系統(tǒng)(支持多類實時與非實時操作系統(tǒng))、中間件、功能軟件和應(yīng)用軟件。

1.2.1 車載智能計算平臺架構(gòu)

計算平臺的功能實現(xiàn)需要豐富的硬件資源和復(fù)雜的軟件支持。不同硬件資源的集成形成計算平臺的硬件架 構(gòu)，將復(fù)雜的軟件分層化處理構(gòu)成了計算平臺的軟件架構(gòu)。

硬件架構(gòu)：片內(nèi)引入專用計算單元、板上集成多 SoC 自動駕駛中央計算平臺的結(jié)構(gòu)通常包括電路 PCB 板、散熱部件和外殼。電路 PCB 板是計算平臺是功能實 現(xiàn)的核心，即是通常所稱的計算平臺“硬件”。中央計算平臺硬件架構(gòu)可分為三層： 板級：即 PCB 板，其上集成了 SoC、I/O 接口、內(nèi)存、電源模塊以及其他電子器件。更高階的自動駕駛功 能對計算平臺的算力要求越來越高，考慮冗余的功能安全要求，單 SoC 設(shè)計已經(jīng)無法滿足要求，計算平臺需要 集成多個主 SoC。 片級：即系統(tǒng)級芯片(SoC)，主控芯片上集成了多個和多類計算單元。在傳統(tǒng) PC 時代，各個核心芯片都 是以獨立的方式存在，比如英特爾和 AMD 的 CPU、NVIDIA 的 GPU 等。到了移動互聯(lián)網(wǎng)時代，由于體積功耗 方面的要求，主芯片集成度大幅提升，除了 CPU 和 GPU，通常還包含了音頻、多媒體、顯示、安全、通信、 AI 計算等子單元。高度集成的 SoC 自然成為自動駕駛計算平臺的首選。 核級：即芯片的計算單元，如 CPU、GPU、FPGA、ASIC 等。不同種類的計算單元有各自的優(yōu)勢，分別負 責(zé)不同任務(wù)。CPU 通用性最強，主要負責(zé)復(fù)雜邏輯運算;GPU 通用性不如 CPU，但計算能力高，適合同時處理 大量的簡單計算任務(wù)，如運行深度學(xué)習(xí)算法;FPGA 和 ASIC 是專用型計算單元，針對某類運算定制，以達到最 優(yōu)的性能和功耗比。這類計算單元主要用來運行如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等 AI 算法。

系統(tǒng)軟件：承上啟下，實現(xiàn)應(yīng)用軟件與物理硬件分離。系統(tǒng)軟件自下向上分為三層。 1) 虛擬機(Hypervisor)：通過將虛擬化將物理硬件隱藏，實現(xiàn)多個操作系統(tǒng)共享一個芯片; 2) 操作系統(tǒng)內(nèi)核：即狹義操作系統(tǒng)(如 OSEK OS、QNX、Linux)。內(nèi)核提供操作系統(tǒng)最基本的功能， 負責(zé)管理系統(tǒng)的進程、內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動程序、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，決定著系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能; 3) 中間件：處于功能應(yīng)用和操作系統(tǒng)之間，提供標準接口、協(xié)議，保證上層軟件具有較高的移植性。 功能軟件：為自動駕駛功能提供共性功能模塊。其可進一步分成兩層，下層為實現(xiàn)自動駕駛的基礎(chǔ)模塊(如 基礎(chǔ)算法、功能安全、通信存儲等)，上層為自動駕駛子功能模塊(如感知、定位、預(yù)測等)。 應(yīng)用程序：實現(xiàn)具體的自動駕駛功能。開發(fā)者根據(jù)自身產(chǎn)品功能定義，利用功能軟件層提供的基礎(chǔ)庫，設(shè) 計出具體的應(yīng)用功能，比如低等級的 ADAS 輔助駕駛功能(AEB、ACC 等)、較高等級的自動駕駛功能(APA、 TJP、HWP 等)、甚至 L4 以上的自動駕駛功能。

SoC 設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)廠商Socionext Inc.(以下“Socionext”)宣布,公司將采用臺積電最新5nm制程工藝(N5P)用于下一代汽車定制芯片業(yè)務(wù)。Socionext汽車定制芯片解決方案主要針對高級輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)和自動駕駛(AD)應(yīng)用,合作計劃于2022年進行風(fēng)險試產(chǎn)。

N5P工藝是臺積電5nm工藝系列技術(shù)之一,是目前業(yè)內(nèi)最先進的工藝技術(shù)。隨著產(chǎn)能的不斷攀升,N5P的缺陷密度降低速度比上一代產(chǎn)品更快。N5P是N5的優(yōu)化版,與先前的N7技術(shù)相比,性能提升20%,功耗降低40%,邏輯密度可提高80%。此外,N5P還得到了業(yè)界最全面的設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)的支持。

Socionext執(zhí)行副總裁兼汽車與工業(yè)部負責(zé)人久保徳章(Noriaki Kubo)說道:“我們很高興將臺積電世界領(lǐng)先的N5P技術(shù)應(yīng)用到我們下一代汽車開發(fā)平臺中。ADAS和自動駕駛領(lǐng)域需要極高的運算處理性能,Socionext將利用臺積電的先進工藝技術(shù),有助于客戶實現(xiàn)下一代汽車電子的開發(fā)。臺積電是我們的重要合作伙伴,生產(chǎn)芯片覆蓋消費類、汽車等多種應(yīng)用?！?

臺積電歐洲和亞洲銷售與企業(yè)研究高級副總裁侯永清博士評論說:“創(chuàng)新半導(dǎo)體技術(shù)對于加快下一代智能汽車的發(fā)展至關(guān)重要。與Socionext的合作表明了我們致力于提供世界領(lǐng)先的半導(dǎo)體技術(shù),為客戶的產(chǎn)品實現(xiàn)最大價值?！?

合作提升Socionext在全球車載ASIC領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位

Socionext在向全球汽車市場提供ASIC芯片方面擁有豐富的經(jīng)驗,尤其在成像、圖形、高性能計算和高速模擬/ RF設(shè)計方面的專業(yè)知識可實現(xiàn)對硬件和軟件優(yōu)化處理。憑借著對ISO26262功能安全、AEC-Q100和IATF-16949對質(zhì)量和可靠性要求的全力支持,以及強大的第三方IP和設(shè)計合作伙伴間的緊密合作,Socionext為市場提供了高性能、低功耗汽車芯片,并在激烈的汽車市場競爭中脫穎而出。

Socionext下一代汽車定制芯片解決方案滿足了未來自動駕駛和快速發(fā)展的汽車電子系統(tǒng)對高性能和安全性等要求,這些領(lǐng)域都需要增加工作量和能力。使用臺積電行業(yè)領(lǐng)先的N5P工藝技術(shù),Socionext的芯片可實現(xiàn)高速交換設(shè)備、高分辨率傳感器數(shù)據(jù)處理、高性能域控制器、自動駕駛、高級網(wǎng)聯(lián)等多功能處理。

目前,Socionext和臺積電預(yù)計于2022年第二季度向Socionext的客戶提供N5P風(fēng)險試產(chǎn)樣本。

關(guān)于Socionext

Socionext Inc.是一家全球性創(chuàng)新型企業(yè),其業(yè)務(wù)內(nèi)容涉及片上系統(tǒng)(System-on-chip)的設(shè)計、研發(fā)和銷售。公司專注于以消費、汽車和工業(yè)領(lǐng)域為核心的世界先進技術(shù),不斷推動當(dāng)今多樣化應(yīng)用發(fā)展。Socionext集世界一流的專業(yè)知識、經(jīng)驗和豐富的IP產(chǎn)品組合,致力于為客戶提供高效益的解決方案和客戶體驗。公司成立于2015年,總部設(shè)在日本橫濱,并在日本、亞洲、美國和歐洲設(shè)有辦事處,領(lǐng)導(dǎo)其產(chǎn)品開發(fā)和銷售。