ADAS SoC設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，支持大量第三方IP

　　先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced DriverAssistance Systems，ADAS）是成長最快速的汽車應(yīng)用。市場研究機(jī)構(gòu)Gartner的報(bào)告估計(jì)，此市場規(guī)模將從2014年的56億美元成長至2018年的102億美元，在2013~2018年之間實(shí)現(xiàn)17.1%的年復(fù)合成長率（CAGR）；ADAS相關(guān)半導(dǎo)體產(chǎn)品的消耗量同時(shí)間則將從13.8億美元成長至24億美元，其間年復(fù)合成長率將達(dá)到15.5%。

　　以安全性為核心的駕駛輔助系統(tǒng)，支持行人偵測/避讓、車道偏離警報(bào)/糾正、交通標(biāo)志識別、全景影像、疲勞監(jiān)控等，這些應(yīng)用以及其他多種應(yīng)用（如圖1所示），需要一種全新類別的系統(tǒng)單芯片（SoC）來滿足該系統(tǒng)日益成長的需求。

　　在消費(fèi)者利益和政府法規(guī)的推助下，為了改善道路安全性，汽車制造商正在要求一級零組件供貨商（TIer 1）和半導(dǎo)體產(chǎn)品供貨商去開發(fā)包含最新多媒體標(biāo)準(zhǔn)、執(zhí)行多種基于視覺的算法，且結(jié)合影像和雷達(dá)系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)的SoC。

　　圖1 各種ADAS應(yīng)用。

　　為了實(shí)現(xiàn)高性能運(yùn)作所需的先進(jìn)通訊協(xié)議，ADAS SoC使用了比大多數(shù)高階消費(fèi)性應(yīng)用更嚴(yán)格的尖端設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)；這類組件的設(shè)計(jì)者仰賴IP供貨商協(xié)助他們克服實(shí)現(xiàn)特定應(yīng)用IP需求的挑戰(zhàn)，在越來越短的設(shè)計(jì)、成形周期中滿足汽車應(yīng)用對強(qiáng)韌度、可靠性和安全性的需求。

　　ADAS SoC設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

　　從應(yīng)用和系統(tǒng)的兩個(gè)角度來看，這類新型ADAS SoC都擁有特定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以確保高效率的SoC設(shè)計(jì)實(shí)作；為ADAS應(yīng)用構(gòu)建SoC的設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合高性能與省電的IP功能，以協(xié)助實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)吞吐量，并滿足實(shí)時(shí)性的服務(wù)質(zhì)量要求（如圖2）。

　　圖2 采用16/14奈米工藝的ADASSoC，圖中紫色部分為Synopsys的Design WareIP產(chǎn)品。

　　這類應(yīng)用處理器的性能要求至少是32位、1GHz以上頻率運(yùn)行的處理器；實(shí)際上，支持多種基于視覺之應(yīng)用的ADAS SoC已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向64位。除了高性能應(yīng)用處理器，這類SoC還需要一個(gè)獨(dú)立的視覺處理器，實(shí)現(xiàn)諸如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ConvoluTIonalNeural Networks，CNN）等的最新視覺算法。

　　此外一個(gè)附加的繪圖處理器或客制化數(shù)字信號處理器（DSP）核心負(fù)責(zé)高速率像素處理，與高畫質(zhì)多媒體接口（HDMI）或行動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口（MIPI）D-PHY等多媒體接口鏈接，同時(shí)支持尺寸越來越大的高畫質(zhì)顯示器。為了支持提供影像和雷達(dá)/光達(dá)（lidar）數(shù)據(jù)的多個(gè)攝影機(jī)和雷達(dá)傳感器，還需要一個(gè)傳感器和控制子系統(tǒng)來為應(yīng)用處理器（ApplicaTIon Processor）分擔(dān)傳感器數(shù)據(jù)管理任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)高等級的傳感器融合。

　　新一代ADAS SoC需要高達(dá)8GB的車規(guī)LPDDR4內(nèi)存，以支持處理器應(yīng)用軟件，與以太網(wǎng)絡(luò)音頻橋接技術(shù)（Ethernet AVB）與時(shí)效性網(wǎng)絡(luò)（TIme SensitiveNetworking，TSN）所提供、支持多媒體數(shù)據(jù)流量的廣泛系統(tǒng)鏈接。SoC外圍則提供額外的PCI Express、SATA、通用異步收發(fā)器（UART）、SPI/QSPI、CAN與FlexRay等界面。

　　最后，為了支持由外部Bluetooth Smart、Wi-Fi或4G LTE無線芯片實(shí)現(xiàn)的云端鏈接，ADAS SoC必須內(nèi)含堅(jiān)固的、以硬件為基礎(chǔ)的安全通訊協(xié)議，以支持安全開機(jī)（boot）、安全識別與身分驗(yàn)證、加密以及解密。

　　除了IP功能是ADAS SoC設(shè)計(jì)工程師必須考慮的元素，汽車產(chǎn)業(yè)的一級零組件供貨商及半導(dǎo)體SoC設(shè)計(jì)人員、架構(gòu)師還需要考慮延遲、功耗、可靠性以及與工藝相關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

　　低延遲是因應(yīng)實(shí)時(shí)多媒體服務(wù)等級保證的基本原則；除了低延遲，這類SoC在不斷采用最新多媒體協(xié)議和關(guān)鍵特性─例如行人偵測與校正等特定ADAS應(yīng)用所需的嵌入式視覺處理功能─的同時(shí)，還需要保持最低功耗。對ADAS SoC設(shè)計(jì)人員而言，另一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是確保車廠所要求的高可靠性和連續(xù)運(yùn)作，因此芯片需要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵錯(cuò)誤檢查和糾正（ECC）與同等技術(shù)。

　　由于需要高性能和高整合度，設(shè)計(jì)人員鎖定先進(jìn)半導(dǎo)體工藝，例如許多設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)尚不熟悉的16/14奈米鰭式場效晶體管（FinFET）工藝節(jié)點(diǎn)。對于下一代汽車ADAS應(yīng)用SoC而言，因應(yīng)低延遲、低功耗、先進(jìn)通訊協(xié)議、ECC等SoC挑戰(zhàn)，以及16/14奈米FinFET工藝任務(wù)關(guān)鍵型IP的可取得性等都是關(guān)鍵議題。