深度 | ADAS處理器芯片的全面梳理

　　在過去的兩年多時間，我有拜訪數(shù)百家企業(yè)，最近一直花時間在做針對性地梳理和總結(jié)。在現(xiàn)在的電子信息領域，跨界融合的節(jié)奏越來越快，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的銜接也是前所未有的緊密，所以現(xiàn)在看一個領域或一個項目，需要從整個產(chǎn)業(yè)鏈條各環(huán)節(jié)去綜合考慮，包括云管端，包括硬件、軟件、算法、數(shù)據(jù)，且各產(chǎn)業(yè)鏈條上各家企業(yè)，隨時做前向或后向的整合，競合關系隨時轉(zhuǎn)換。隨著新硬件時代的來臨，對產(chǎn)業(yè)的研究提出了更高的要求，思考的緯度需要變得更寬，要理清里面錯綜復雜的關系以及未來的發(fā)展趨勢，工作量數(shù)倍于從前。而對產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)標桿企業(yè)的研究是必備的功課，只有了解這些大企業(yè)的策略和動向，才能發(fā)現(xiàn)其中可能存在的創(chuàng)業(yè)/投資機會。所以最近有意識的對大企業(yè)做一點研究，如之前的音頻、視覺、IoT平臺等，以及本篇的主要針對ADAS的芯片廠商，理解各家的主要產(chǎn)品線和狀態(tài)。

　　ADAS(高級輔助駕駛系統(tǒng))，是指利用安裝于車上各式各樣的傳感器，在第一時間收集車內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，進行靜、動態(tài)物體的辨識、偵測與追蹤等技術(shù)上的處理，從而能夠讓駕駛者在最快的時間察覺可能發(fā)生的危險。通常包括導航與實時交通系統(tǒng)TMC，電子警察系統(tǒng)ISA 、自適應巡航ACC 、車道偏移報警系統(tǒng)LDWS、車道保持系統(tǒng)，碰撞避免或預碰撞系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)、自適應燈光控制、行人保護系統(tǒng)、自動泊車系統(tǒng)、交通標志識別、盲點探測，駕駛員疲勞探測、下坡控制系統(tǒng)和電動汽車報警系統(tǒng)等。

　　目前來看汽車的創(chuàng)新絕大部分來自于汽車電子的創(chuàng)新，而從汽車電子系統(tǒng)來講，正在由分散式架構(gòu)(眾多的ECU控制)，逐漸向集中式乃至中央控制系統(tǒng)(超級處理器)演進，這一趨勢落實到ADAS上也是同樣規(guī)律。這一趨勢的變化，包括減少ECU，降低功耗，提高處理器和內(nèi)存利用效率，降低軟件的開發(fā)難度和提高安全，使汽車半導體廠商在整個汽車產(chǎn)業(yè)中扮演越來越重要的角色。同時，對ADAS處理器芯片來說，目前呈現(xiàn)出如智能家居類似的產(chǎn)品形態(tài)，單品爆款，以及多功能的組合，即類似于Mobileye的視覺處理ADAS芯片單品，以及多傳感器的融合，使ADAS處理芯片成為平臺的趨勢。目前來看這兩種形態(tài)都有市場，單功能會使ADAS在中低端車甚至后裝市場，更大范圍的普及，當然性價比是前提。而多傳感器的融合會提升自動駕駛的等級向Level4甚至Level5方向走，目前像Google、百度等無人車都在做多傳感器的融合，只是目前為止還沒有專門的Level4/5ADAS ASIC芯片而已。

　　從芯片設計來說，現(xiàn)在ADAS處理器芯片的主要挑戰(zhàn)在如下幾個方面：

　　1)車規(guī)級的標準，最好過ISO26262，達到ASIL-B甚至ASIL-D級別

　　2)高計算量以及高帶寬，特別是多傳感器融合的芯片，需要更高的芯片頻率，以及異構(gòu)設計，以達到快速的數(shù)據(jù)處理速度，同時傳輸?shù)耐掏侣噬弦灿休^高要求。

　　3) 隨著人工智能在ADAS上的應用，針對芯片的設計會考慮增加硬件的深度學習設計，如何在軟硬件上做取舍，以及人工智能計算模型與原有軟硬件架構(gòu)以及整個系統(tǒng)設計上做匹配，目前來看還在早期探索階段。

　　下面主要介紹各家主要ADAS處理器芯片廠商的產(chǎn)品，希望從他們的產(chǎn)品中一窺現(xiàn)在ADAS處理器芯片領域的現(xiàn)狀，以及未來的發(fā)展趨勢。

　　高通/NXP

　　由于高通已經(jīng)收購NXP，所以在這里一起介紹。高通自己主要通過自己的移動處理器芯片(改成車規(guī)級)，開始逐步切入ADAS，當然剛開始做環(huán)視等，最近有和縱目合作，在CES上推出首個基于驍龍820A平臺并運用深度學習的最新ADAS產(chǎn)品原型，該產(chǎn)品運行了820A神經(jīng)網(wǎng)絡處理引擎(SNPE)，能實現(xiàn)對車輛、行人、自行車等多類物體識別，以及對像素級別可行駛區(qū)域的實時語義分割，當然離商用應該還有一定距離?？偟膩碚f，高通驍龍產(chǎn)品策略應該還是以車載娛樂信息系統(tǒng)為主，逐步向更專業(yè)的ADAS拓展。

　　同時，NXP以及之前NXP收購的飛思卡爾，在汽車電子和ADAS芯片領域都有完整的產(chǎn)品線布局。

　　NXP已經(jīng)發(fā)布Blubox平臺，為OEM廠商提供設計、制造、銷售Level 4級(SAE)無人駕駛汽車的解決方案計算平臺。下圖是NXP的ADAS系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)對多路視頻、77G雷達的數(shù)據(jù)進行融合處理，然后傳送給云端和車身系統(tǒng)。我們看到NXP是能夠提供全套Reference方案的公司，在這一塊的產(chǎn)品線很全，雖然現(xiàn)在沒有做更多的芯片集成，而是提供相對分散的芯片及解決方案。我們這里重點介紹一下中央處理器S32V234和MPC5775K，MPC5775K是對雷達數(shù)據(jù)進行處理，而S32V234是對多傳感器處理過的數(shù)據(jù)進行融合分析，通過CAN總線，把結(jié)果傳給車身系統(tǒng)。

　　S32V234是NXP的S32V系列產(chǎn)品中2015年推出的ADAS處理器，支持CPU(4顆ARM V8架構(gòu)A53和M4)、GPU(GC3000)和圖像識別處理(CogniVue APEX2 processors)的異構(gòu)計算，5W的低功耗設計。通過CogniVue APEX2 processors能同時支持四路汽車攝像頭(前、后、左、右)，抽取圖像并分類，同時GPU能實時3D建模，計算量達到50GFLOPs。所以按照此硬件架構(gòu)可完成360度環(huán)視，完成自動泊車等功能。同時，該芯片預留了支持毫米波雷達、激光雷達、超聲波的接口，便于實現(xiàn)多傳感器的融合，該芯片支持ISO 26262 ASIL B標準。

　　QorivvaMPC567xK系列基于Power Architecture? 的32位MCU，MPC577XK是專門的雷達信息處理芯片，該系列增加了芯片的存儲器，提升了運行速度和性能，能夠支持自適應巡航控制、智能大燈控制、車道偏離警告和盲點探測等應用。從整個雷達系統(tǒng)來看，結(jié)合77G雷達收發(fā)器芯片組、Qorivva MPC567xK MCU、FPGA, ADC, DAC, SRAM, 支持長、中、短距離應用。這里需要重點關注的是信號處理工具集(Signal Processing Toolbox)設計，包括了FFT、DMA、COPY、Scheduler。目前77GHz的FCMW型雷達在數(shù)字信號處理中需要使用FFT，即快速傅里葉變換，一般車載雷達的采樣點在512-2048左右，從芯片架構(gòu)圖我們看到專門的FFT電路。

　　除了S32V系列，被收購的飛思卡爾有一款著名的i.MX系列芯片也可以作為中央處理器。i.MX特別是i.MX6在汽車上，特別是車載信息系統(tǒng)上有大量的應用。眾多的汽車廠商使用i.MX。

　　英特爾/Mobileye/Altera

　　通過一系列的收購，英特爾在ADAS處理器上的布局已經(jīng)完善，包括Mobileye的ADAS視覺處理，利用Altera的FPGA處理，以及英特爾自身的至強等型號的處理器，可以形成自動駕駛整個硬件超級中央控制的解決方案。

　　其中特別要指出的是Mobileye的EyeQ系列，已經(jīng)被多家汽車制造商使用，包括奧迪、寶馬、菲亞特、福特、通用、本田、日產(chǎn)、標致、雪鐵龍、雷諾、沃爾沃和特斯拉等在內(nèi)。最近的EyeQ4展示的性能已經(jīng)達到2.5 萬億次每秒的性能，其運行功率可低至3W。從硬件架構(gòu)來看，該芯片包括了一組工作在1GHZ的工業(yè)級四核MIPS處理器，以支持創(chuàng)新性的多線程技術(shù)能更好的進行數(shù)據(jù)的控制和管理。多個專用的向量微碼處理器(VMP)，用來應對ADAS相關的圖像處理任務(如：縮放和預處理、翹曲、跟蹤、車道標記檢測、道路幾何檢測、濾波和直方圖等)。一顆軍工級MIPS Warrior CPU位于次級傳輸管理中心，用于處理片內(nèi)片外的通用數(shù)據(jù)。

　　由于目前融合多是雷達與攝像頭融合，所需要的帶寬，一般的ASIC都能夠滿足。但是要融合激光雷達，則最好用FPGA，F(xiàn)PGA做傳感器Hub是最合適不過的。同時傳感器融合目前應用較少，合適的ASIC并不好找，F(xiàn)PGA成為主流選擇。同時，對一些精度要求較高的雷達，如使用單精度浮點處理實現(xiàn)一個4096點FFT，采樣點越多，誤差就越小，但運算量會大幅度增加。它在每個時鐘周期輸入輸出四個復數(shù)采樣。每個FFT內(nèi)核運行速度超過80 GFLOP，這一般需要FPGA才能比較好的實現(xiàn)。一般車載雷達的采樣點在512-2048左右，但軍用的可以達到8192，必須配備FPGA。如下圖在AudizFAS的實物中，采用了Altera的CycloneV SoCFPGA，作為sensor fusion，同時負責毫米波雷達與激光雷達數(shù)據(jù)處理。

　　瑞薩(Renesas)

　　瑞薩針對ADAS處理器這一塊業(yè)務，提供了較完整的產(chǎn)品線系列，也提供ADAS Kit開發(fā)系統(tǒng)。就芯片系列來說，最出名的莫過于其R-Car產(chǎn)品線，該系列高配產(chǎn)品的硬件架構(gòu)包括了ARM Cortex A57/53、ARM Cortex R系列、Video Codec，2D/3DGPU、ISP等，能同時支持多路的視覺傳感器輸入，支持OPENGL、OpenCV等軟件，符合ASILB車規(guī)級別。其實該產(chǎn)品最早是用于車載信息娛樂系統(tǒng)，而后該系統(tǒng)產(chǎn)品逐步適配汽車環(huán)視視覺系統(tǒng)、儀表板及ADAS系統(tǒng)等，該發(fā)展路徑值得國內(nèi)想進去汽車領域的半導體廠商借鑒。

　　除了R-Car系列產(chǎn)品外，就像NXP一樣，瑞薩也有針對雷達傳感器的專業(yè)處理器芯片如RH850/V1R-M系列，該產(chǎn)品采用40nm內(nèi)嵌eFlash技術(shù)，優(yōu)化的DSP能快速的進行FFT的處理。

　　最近有報道說瑞薩發(fā)布了Renesas Autonomy，一個全新設計的ADAS和自動駕駛平臺。具體細節(jié)還不清楚，但是據(jù)瑞薩電子美國區(qū)汽車業(yè)務副總裁Amrit Vivekanand指出，瑞薩此次推出的自動駕駛平臺與競爭對手不同，“這是一個開放的平臺，希望用戶更方便地將他們的算法、函數(shù)庫和實時操作系統(tǒng)(RTOS)移植到平臺中來?！?Renesas Autonomy平臺發(fā)布的第一個產(chǎn)品，是一塊圖像識別片上系統(tǒng)(SoC)，叫作R-Car V3M。瑞薩將該高性能視覺處理芯片描述為“優(yōu)化處理單元，首選應用于智能相機傳感器，也可以用于環(huán)繞視覺系統(tǒng)甚至激光雷達的數(shù)據(jù)處理?！眮碜园雽w行業(yè)分析公司Linley Group的高級分析師Mike Demler認為，此次發(fā)布的開放平臺和產(chǎn)品，可以看作一種瑞薩電子對標Mobileye的布局，“他們希望吸引到?jīng)]有與Mobileye合作的汽車制造商，尤其是日本廠商，也希望吸引到一些制造ADAS產(chǎn)品的Tier 1廠商。 ”相比于Mobileye處理平臺的“黑箱”系統(tǒng)，瑞薩在不斷強調(diào)解決方案的“開放”二字，這也是每個誓要抗衡Mobileye的處理器廠商都傾向于談論的問題。瑞薩方面表示，其最新發(fā)布的R-Car V3M處理模塊的全部算法將對其用戶開放。

　　英飛凌(Infineon)

　　作為汽車電子、功率半導體以及智能卡芯片的全球市場領袖，英飛凌一直以來為汽車等工業(yè)應用提供半導體和系統(tǒng)解決方案。英飛凌在24/77/79G雷達、激光雷達等傳感器器件及處理芯片方面都具有領先的技術(shù)。除此之外，在車身控制、安全氣囊、EPS、TPMS等等各方面都有自己的解決方案。

　　德州儀器(TI)

　　TI在ADAS處理器上實際上是走得兩條產(chǎn)品線，Jacinto和TDA系列。Jacinto系列主要是基于之前的OMAP處理器開發(fā)而來，TI在放棄移動處理器平臺后，將數(shù)字處理器的重點放在了汽車等應用上，主要是車載信息娛樂系統(tǒng)。但是從Jacinto6中，我們看到車載信息娛樂與ADAS功能的結(jié)合，這款芯片包括了雙ARMCortex-A15內(nèi)核、兩個ARM M4內(nèi)核、兩個C66x浮點DSP、多個3D/2D圖形處理器GPU(Imagination)，并且還內(nèi)置了兩個EVE加速器。這款Jacintinto6 SoC處理器的功能異常強大，無論是在處理娛樂影音方面，還是車載攝像頭的輔助駕駛，可利用汽車內(nèi)部和外部的攝像頭來呈現(xiàn)如物體和行人檢測、增強的現(xiàn)實導航和駕駛員身份識別等多種功能。

　　TDA系列一直是側(cè)重于ADAS功能，TDA3x系列可支持車道線輔助、自適應巡航控制、交通標志識別、行人與物體檢測、前方防碰撞預警和倒車防碰撞預警等多種ADAS算法。這些算法對于前置攝像頭、全車環(huán)視、融合、雷達與智能后置攝像頭等眾多ADAS應用的有效使用至關重要。

　　英偉達(NVIDIA)

　　隨著人工智能和無人駕駛技術(shù)的興起，由于NVIDIA的GPU極強的并行計算能力，特別適合做深度學習。一般認為相對于Mobileye只專注于視覺處理，NVIDIA的方案重點在于融合不同傳感器，據(jù)傳特斯拉已經(jīng)放棄Mobileye，而采用NVIDIA。

　　NVIDIA推出的Drive PX2被黃仁勛稱為“為汽車設計的超級電腦”，它將成為汽車的標準配備，可以用來感知汽車所處位置、辨識汽車周遭的物體，并且即時計算最安全的路徑?！癟egra X1處理器和10GB內(nèi)存，能夠同時處理12個200萬像素攝像頭每秒60幀的拍攝圖像，并通過環(huán)境視覺計算技術(shù)和強大的深層神經(jīng)網(wǎng)絡，主動識別道路上的各種車輛，甚至還能檢測前方車輛是否在開門。Driver PX2還搭載了其他合作伙伴的芯片，包括Avago的PEX8724(24-lane，6-port，第三代 PCIe Gen交換機)用于兩塊Parker之間的互聯(lián)。還有一片英特爾收購的Altera提供的FPGA，用于執(zhí)行實時操作系統(tǒng)。FPGA的型號為Cyclone V 5SCXC6，是Altera的頂級產(chǎn)品，邏輯運算為110K，注冊器達166036。最后還有一款英飛凌的AURIX TC 297 MCU做安全控制，據(jù)說可以讓PX2達到ASIL C級水平。 還有博通的BCM89811低功耗物理層收發(fā)器(PHY)，使用BroadR-Reach車載以太網(wǎng)技術(shù)，在單對非屏蔽雙絞線上的傳輸速率可達100Mbps。所以NVidia實際上推出了板級的ADAS系統(tǒng)。

　　ADI

　　相對于以上介紹的幾家芯片公司，ADI在ADAS芯片上的策略主打性價比。ADAS技術(shù)目前基本應用在高端車型中，主要是因為總體成本高，ADI針對高、中、低檔汽車，ADI針對性的推出某一項或幾項ADAS技術(shù)進行實現(xiàn)，并把成本降到2美元、十幾美元，對整車廠商及消費者無疑是一大好消息。

　　在視覺ADAS上ADI的Blackfin系列處理器被廣泛的采用，其中低端系統(tǒng)基于BF592，實現(xiàn)LDW功能;中端系統(tǒng)基于BF53x/BF54x/BF561，實現(xiàn)LDW/HBLB/TSR等功能;高端系統(tǒng)基于BF60x，采用了“流水線視覺處理器(PVP)“，實現(xiàn)了LDW/HBLB/TSR/FCW/PD等功能。 集成的視覺預處理器能夠顯著減輕處理器的負擔，從而降低對處理器的性能要求。

　　值得一提的是，ADI最近推出Drive360 28nm CMOS RADAR技術(shù)(77/79GHz)，將絕佳的RF性能運用于目標識別和分類，革新了ADAS應用的傳感器性能。ADI的高性能RADAR解決方案能夠提前探測快速移動的小型物體，而極低相位噪聲能夠在存在大物體的情況下對小物體進行最清楚的檢測。ADI與瑞薩合作，共同針對該芯片推出系統(tǒng)性方案，結(jié)合ADI的RADAR，以及瑞薩Autonomy平臺的RH850/V1R-M微控制器(MCU)。

　　富士通(Fujitsu)

　　富士通的ADAS技術(shù)主要涉及透過攝像頭和傳感器的結(jié)合，實現(xiàn)圖像識別輔助和接近目標檢測，應用的領域主要有360度3D立體全景輔助、可視停車輔助、駕駛盲區(qū)監(jiān)控、安全開車門以及車行駛方向周圍的障礙物和行人的識別。包括基于MB86R11“Emerald-L”2D/3D圖像SoC的全景視頻系統(tǒng)支持前后左右四個攝像頭進行汽車周邊環(huán)境的實時全景視頻監(jiān)測。從公開資料顯示，富士通似乎更熱衷于虛擬儀表盤及車載信息娛樂系統(tǒng)的構(gòu)建，但這一塊是最容易被國內(nèi)芯片公司模仿并超越的。

　　東芝TOSHIBA

　　最新的消息是，東芝將把業(yè)務拆分成四項，分別為社會基礎設施業(yè)務、火力發(fā)電等能源業(yè)務、存儲器以外的半導體和存儲業(yè)務、信息通信技術(shù)(ICT)解決方案業(yè)務。所以未來東芝有很大的不確定性，但是從ADAS處理器來說，東芝有圖像識別處理器Visiconti系列產(chǎn)品，目前第二代產(chǎn)品(Visconti2)已經(jīng)量產(chǎn)，2015年11月開始，通過日本電裝公司的產(chǎn)品，搭載于豐田普銳斯量產(chǎn)車大批量投放市場，每月全球出貨3萬臺以上。

　　Visiconti采用多核異構(gòu)的專用處理器，Visconti2可實時處理，并行實現(xiàn)4項功能，如車道保持、前車檢測、行人辨識、交通標志辨識。Visconti4圖像識別處理器可輕松對車輛和行人加以辨識，對交通信號、障礙物、行車線等信息加以識別，從而實現(xiàn)各種高級的駕駛員輔助應用，如入車道偏離警告、前方/后方防撞警告、前方/后方行人防撞警告、交通標識識別等，能同時處理并實現(xiàn)8項功能。

　　賽靈思(Xilinx)

　　Xilinx是著名的FPGA公司，其產(chǎn)品被廣泛應用于各個領域。FPGA的好處是可編程以及帶來的靈活配置，同時還可以提高整體系統(tǒng)性能，比單獨開發(fā)芯片整個開發(fā)周期大為縮短，但缺點是價格、尺寸等因素。在汽車ADAS上，Xilinx最被廣泛應用的產(chǎn)品是Zynq?-7000 All Programmable SoC。該系統(tǒng)(SoC)平臺可幫助系統(tǒng)廠商加快在環(huán)繞視覺、3D環(huán)繞視覺、后視攝像頭、動態(tài)校準、行人檢測、后視車道偏離警告和盲區(qū)檢測等ADAS應用的開發(fā)時間。Zynq采用單一芯片即可完成ADAS解決方案的開發(fā)。Zynq-7000 All Programmable SoC大幅提升了性能，便于各種捆綁式應用，能實現(xiàn)不同產(chǎn)品系列間的可擴展性。其次，它實現(xiàn)了ADAS優(yōu)化的平臺，可以讓汽車制造商和汽車電子產(chǎn)品供應商在平臺上添加自己的IP以及Xilinx汽車生態(tài)系統(tǒng)提供的現(xiàn)成的IP從而能夠創(chuàng)建出獨有的差異化系統(tǒng)。