用于下一代汽車專用集成電路(ASIC)的嵌入式現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(eFPGA)

對于最近研究過新車的任何人來說，很難不注意到汽車電子產(chǎn)品的發(fā)展是多么的迅速。僅僅將三年前的汽車安全性技術(shù)與今天的技術(shù)進(jìn)行對比，您就會發(fā)現(xiàn)攝像頭數(shù)量已顯著增加，以支持諸如全景可視、駕駛員注意力分散監(jiān)測器、立體視覺攝像頭、前向攝像頭和多個后視攝像頭等應(yīng)用。除了攝像頭，系統(tǒng)功能也增強(qiáng)了，包括自動緊急制動、車道偏離警告、后方盲點檢測和交通標(biāo)志識別等。這一趨勢表明，汽車電子類產(chǎn)品在持續(xù)快速地創(chuàng)新，但這也給汽車原始設(shè)備制造商(OEM)帶來了全新的挑戰(zhàn)，包括：

· 當(dāng)研發(fā)一輛新車的平均時間從48個月縮短至24個月左右(請參閱縮短研發(fā)生命周期和降低設(shè)計復(fù)雜性對汽車行業(yè)的影響)，同時還要支持長達(dá)10年以上的生命周期時，如何快速開發(fā)新特性和安全性功能?

· 平臺架構(gòu)的確定都比車輛上市提前數(shù)年，如何預(yù)測所需的硬件和軟件需求?

· 當(dāng)汽車用戶拿消費類電子產(chǎn)品來做比較時，如何提高汽車電子產(chǎn)品的性能和質(zhì)量以滿足用戶的期望?

專用集成電路(ASIC)解決方案

為了去解決這些問題，汽車原始設(shè)備制造商需要重新考慮他們的系統(tǒng)架構(gòu)，并在其設(shè)計中添加靈活性，進(jìn)而能夠在設(shè)計過程的后期進(jìn)行更改，并增加不斷開發(fā)的特性和功能。這種重新設(shè)計的系統(tǒng)架構(gòu)使原始設(shè)備制造商與其他競爭對手相比具有差異化，并為使用標(biāo)準(zhǔn)硬件器件無法解決的技術(shù)難題提供解決方案。

傳統(tǒng)上，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)架構(gòu)器件的選擇都依賴于現(xiàn)成的器件，這些器件的設(shè)計旨在支持特定的汽車安全功能和環(huán)境需求。對于諸如防抱死制動系統(tǒng)(ABS)等非差異化功能，這種方法是非常適合的。但是，如果您正在設(shè)計創(chuàng)新的安全功能，許多原始設(shè)備制造商選擇構(gòu)建自己的定制ASIC。與任何現(xiàn)成的器件相比，定制ASIC提供了最低的總體成本和最高的性能：然而，ASIC會帶來風(fēng)險。如果您沒有確定所有必需的功能，那么您將無法進(jìn)行更改，除非對ASIC進(jìn)行成本高昂且耗費時日的重新設(shè)計。

盡管存在固有風(fēng)險，但是一家創(chuàng)新型汽車公司特斯拉(Tesla)仍然認(rèn)為ASIC路線是他們提供先進(jìn)安全性功能的最佳選擇。特斯拉為此開發(fā)了自己的全自動駕駛(FSD)ASIC(請參閱“Tesla全自動駕駛ASIC”)。該項研發(fā)于2016年2月開始，歷時29個月，直到2018年7月ASIC才獲得生產(chǎn)認(rèn)證資格。在將汽車出售給客戶之前的近三年的時間里，特斯拉需要確定所需的ASIC功能。他們決定采用一種架構(gòu)，其包括：

· 集成以2.5G像素/秒速率運行的攝像頭接口

· 128位位寬的LPDDR4內(nèi)存

· 攝像頭圖像信號處理器(ISP)

· H.265

· 支持FP32和FP16精度的圖形處理器(GPU)

· 12個ARM A72中央處理器(CPU)

圖：特斯拉全自動駕駛架構(gòu)展示

面向未來的硬件

但是，如果他們認(rèn)為將要使用的攝像頭停產(chǎn)了，需要新的攝像頭ISP以獲得更好的微光性能，或者需要GPU來支持塊浮點而不是FP32呢?這些事情可能會導(dǎo)致ASIC被重新設(shè)計或重大的架構(gòu)改變，從而推遲其未來的車輛生產(chǎn)。在ASIC中構(gòu)建靈活性，支持在設(shè)計周期中后期增加這些功能，以避免ASIC重新設(shè)計和推遲生產(chǎn)，這會不會是一個更好的方案?

在快進(jìn)入到2020年的時候，我們看到汽車ASIC制造商通過開發(fā)包括嵌入式FPGA(eFPGA)半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)(IP)在內(nèi)的新型ASIC架構(gòu)來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。盡管eFPGA在2016年特斯拉開發(fā)全自動駕駛芯片時還不是主流技術(shù)，但現(xiàn)在已經(jīng)成為主流技術(shù)了。Achronix eFPGA IP現(xiàn)在已在多個大批量應(yīng)用中投入生產(chǎn)，證明Achronix擁有可實現(xiàn)主流生產(chǎn)的能力。現(xiàn)在，我們看到eFPGA IP正在被汽車原始設(shè)備制造商采用，以嵌入硬件可編程性，從而應(yīng)對上述全新的挑戰(zhàn)。

與只提供特定的邏輯密度、內(nèi)存、資源組合和I/O接口的獨立FPGA芯片不同，eFPGA IP解決方案可以針對特定的汽車工作負(fù)載進(jìn)行完全定制。與獨立的FPGA相比，eFPGA可節(jié)省高達(dá)90%的成本，并降低高達(dá)75%的功耗，同時在開發(fā)ASIC之后，還能提供同樣的能力來增加新的硬件功能。例如，改變硬件規(guī)格，以提供增強(qiáng)的雷達(dá)和攝像頭傳感器融合來滿足創(chuàng)新功能的需求，全新的、更強(qiáng)大的顯示技術(shù)，以及全新的圖像傳感器功能等。下面的框圖顯示了集成eFPGA的ASIC可以為汽車制造商提供的一些功能。

圖：基于eFPGA IP的ADAS ASIC架構(gòu)

HD Cameras: 高清攝像頭

5G Wireless: 5G無線

77GHz Radar: 77GHz雷達(dá)

Custom ASIC: 定制ASIC

Analog Front End: 模擬前端

eFPGA：嵌入式現(xiàn)場可編程邏輯門陣列

Sensor Interface: 傳感器接口

Pixel Pre-processing: 像素預(yù)處理

Radar Data Formatting: 雷達(dá)數(shù)據(jù)格式整理

V2 Crypto: V2加密

Video/Radar Fusion: 視頻/雷達(dá)融合

Network Processing: 網(wǎng)絡(luò)處理

Custom ASIC Accelerators: 定制ASIC加速器

CPU Application Layer: CPU應(yīng)用層Display Interface/Format Conversion: 顯示界面/格式轉(zhuǎn)換

Vehicle Network Interface (CAN/Ethernet): 車輛網(wǎng)絡(luò)接口(CAN /以太網(wǎng))

Infotainment Display: 信息娛樂顯示

使用Achronix的Speedcore eFPGA IP技術(shù)可以實現(xiàn)這種架構(gòu)。Speedcore eFPGA IP提供了相對于傳統(tǒng)ASIC的競爭優(yōu)勢，即可幫助廠商縮短開發(fā)時間，同時允許增加全新的和創(chuàng)新的功能，這些功能可以在ASIC硬件架構(gòu)最終確定之后進(jìn)行定義。eFPGA IP確實是汽車行業(yè)的游戲規(guī)則改變者。Achronix很高興看到eFPGA可以為未來的汽車ASIC設(shè)計帶來巨大的價值。您可以現(xiàn)在就聯(lián)系A(chǔ)chronix，以了解更多關(guān)于我們汽車解決方案的信息。