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展望能源危機下輔助駕駛計算能力技術(shù)路線

（2025年1月15日更新）

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新能源汽車的發(fā)熱和能耗

據(jù)中國國家應急管理部門統(tǒng)計，2022年第一季度，智能汽車自燃事故640起，平均每天有7輛電動汽車自燃。電動汽車火災的主要原因如下：電池過熱、電池老化、電池碰撞、高負荷運行等。其中，電池的高負荷運行是最嚴重的原因之一。

視覺算法算力功耗高，效率低

隨著特斯拉通過視覺算法實現(xiàn)自動駕駛。Tier 一大廠紛紛進入計算能力軍備競賽，計算能力不斷增加，計算能力較大需要消耗較高的功耗。

圖2 多傳感器集成技術(shù)策略

事件相機無法提供深度信息。目前，依靠相機的計算方法仍然是一種簡單的蠻力計算。事件相機可以與激光雷達、毫米波雷達和超聲波雷達相結(jié)合，實現(xiàn)完美的3D感知。同時，也可以避免海量數(shù)據(jù)和海量計算能力造成的資源浪費。

ADAS多傳感器融合技術(shù)

多傳感器同步問題

圖像事件系統(tǒng)可以解決大多數(shù)算法的視覺識別問題，但它也有一些局限性。除了傳統(tǒng)的圖像算法外，激光雷達、毫米波雷達和超聲波雷達也越來越多地用于ADAS。隨著ADAS隨著智能要求的不斷提高，自動駕駛系統(tǒng)需要多種不同類型的傳感器協(xié)同處理。

圖3 多傳感器集成面臨著時間延遲的挑戰(zhàn)

每個傳感器收集數(shù)據(jù)，然后通過總線發(fā)送到域控制器，有一定程度的延遲，每個傳感器的延遲時間不固定。為了提高自動駕駛傳感器之間的深度集成、決策規(guī)劃和集成定位，自動駕駛高級域控制器及其相關(guān)傳感器需要時間同步。

常用時間同步主要包括：GPS同步、SyncE、NTP和PTP（IEEE 1588)時間同步。ADAS就時間敏感網(wǎng)絡而言，TSN（Time Sensitive Network）技術(shù)。

圖4 時間敏網(wǎng)絡技術(shù)TSN原理

TSN起源于音視頻領(lǐng)域Ethernet AVB解決音視頻網(wǎng)絡高帶寬、高實時性、高傳輸質(zhì)量的應用要求。TSN基于時間流量調(diào)度和管理的核心原理TSN整形器在網(wǎng)絡中的時間感知TAS（Time Aware Shaper）實現(xiàn)了調(diào)度。

圖5 采用鎖相環(huán)技術(shù)實現(xiàn)時鐘頻率相位鎖定

TSN傳輸線的延遲問題可以更準確地計算出來。但是，如果主設備采用自己獨立的時鐘，就會出現(xiàn)頻率偏差問題，需要采用非常高精度的晶體振動來實現(xiàn)傳輸功能。基于成本等綜合考慮，通常采用OCXO/VCXO PLL設備時鐘的頻率鎖定與主時鐘同步。

在ADAS在應用中，使用TSN結(jié)合OCXO 鎖相環(huán)的方式可以實現(xiàn)每個傳感單元和GPU/FPGA時間同步，消除累積誤差，實現(xiàn)時鐘源和多傳感器的統(tǒng)一。

傳感器高速數(shù)據(jù)交換問題

圖像事件系統(tǒng)包含大量數(shù)據(jù)。為了滿足多傳感器的深度集成，這些數(shù)據(jù)必須在很短的時間內(nèi)完成信息交換。受流線型處理器的啟發(fā)，人們一直使用獨立于處理器的32或64個局部總線。該總線的最高工作頻率為33MHz/66MHz，峰值速度達533MB/s。這種總線被稱為外設互聯(lián)標準總線（PCI總線）。

圖6 PCI總線框架構(gòu)圖

后來，在PCI在總線的基礎上，衍生出來PCI-X總線協(xié)議的工作頻率提高到133MHz，峰值帶寬1064MB/s。后來又發(fā)展到了PCI-X 2.0。

PCI總線正在發(fā)展PCI-X 2.0之后，傳輸速率難以進一步提高。這是因為時鐘與數(shù)據(jù)信號之間的傳輸線寄生電感串擾嚴重影響數(shù)據(jù)信號的波形，容易誤判采樣信號，影響通信效率。

圖11 SRAM架構(gòu)動態(tài)功耗

由于SRAM上下管工作處于深度飽和狀態(tài)。CMOS當反相器從一個穩(wěn)定的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€穩(wěn)定的工作狀態(tài)時，上下管同時導通。CMOS內(nèi)阻很小，此時對應的電流會很大，所以動態(tài)功耗很大。

基于Flash工藝動態(tài)功耗

除了基于CMOS的SRAM除處理器外，Excelpoint世健工程師Wolfe Yu介紹了Microchip基于疊柵的推出MOS的Flash架構(gòu)FPGA處理器。

圖12 Flash架構(gòu)FPGA與SRAM架構(gòu)FPGA的差別

Flash架構(gòu)的FPGA最大的特點是工作點是靜態(tài)的，動態(tài)切換不會有大的電流波動，可以節(jié)省高達50%的功耗。Wolfe表示Microchip最新PolarFire與同類器件28nm與產(chǎn)品相比，其計算能力可以實現(xiàn)其他設備2.6 倍GOPS/W。

Microchip基于ADAS一攬子技術(shù)解決方案

在政策、互聯(lián)網(wǎng)跨境競爭、消費者內(nèi)部需求等因素的推動下，ADAS滲透率將迅速提高。還有一些低端車型開始搭載一些ADAS功能，提升賣點。

Microchip基于時間敏感網(wǎng)絡解決方案

Microchip推出LAN937X系列TSN交換設備。作為符合行業(yè)要求的行業(yè)。IEEE 802.1AS交換解決方案的標準功能可以實現(xiàn)更低的延遲數(shù)據(jù)流量和更高的時鐘精度。下一步，Microchip還將推出10000集成 BASE TI PHY的LAN969X系列產(chǎn)品。

TSN網(wǎng)絡傳輸延遲可以實現(xiàn)，但由于時鐘晶體的頻率偏差，可能會導致不同節(jié)點之間的頻率誤差。為了解決頻率偏差問題，人們通常在節(jié)點中使用它PLL鎖相環(huán)和VCXO鎖定時鐘頻率。同時，為了進一步同步GPS的1PPS時鐘，還需要同步1PPS時鐘。Microchip的ZL307XX系列集成5個PLL ，支持1PPS，SYNCE。滿足大多數(shù)以太網(wǎng)時間同步要求。目前，MicrESMT代理ochip與部分車企合作，開始評估Microchip時鐘解決方案。

圖13 Microchip TSN解決方案

LAN93XX搭配1000BASE-T1 PHY LAN887X，配合同步數(shù)字鎖相環(huán)ZL307XX精確計時IEEE 1588v2和IEEE 802.1AS-多傳感器時間同步用于2020，符合IEEE P802.1Qci、IEEE P802.1Qav等，能滿足ADAS需要實時聯(lián)網(wǎng)。針對低端市場，Microchip的LAN937X配合100BASE-T1LAN也能滿足客戶的需求。

Microchip首款車用PCIe交換機介紹

2022年2月，Microchip宣布推出市場上首個汽車級認證PCIe交換機PM430XX/PM440XX。新發(fā)布的PFX、PSX和PAX交換機的解決方案是ADAS第四代提供了先進的計算互連能力PCIe交換機提供高速互連和支持ADAS實時安全關(guān)鍵數(shù)據(jù)處理的分布式架構(gòu)。

圖14 Microchip PCIe SWITCH解決方案

Microchip基于FLASH工藝低功耗FPGA介紹

因為Microchip所采用Flash工藝是一種獨特的工藝工藝，其功耗最多只有相同的標準FPGA的50%。

在ADAS在機器視覺算法法Microchip的FPGA在攝像頭前端采樣、預處理、圖像拼接等應用中表現(xiàn)良好。

Microchip功能安全PolarFire FPGA系列內(nèi)置安全加密認證，可保護設計、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡免受攻擊，F(xiàn)lash自帶SEU免疫性能的FPGA，是數(shù)據(jù)中心、工業(yè)、汽車和航空航天應用的理想選擇。

圖15Microchip基于Flash工藝FPGA比較朋友的功耗

除此之外，Microchip集成功能安全MCU、DCDC、USB HUB、AES加密芯片等CAN、LIN總線等，也是ADAS主流方案應用于汽車行業(yè)。針對Microchip基于ADAS一攬子技術(shù)解決方案，Excelpoint提供相應的技術(shù)支持和指導，降低視覺算法算力的功耗，提高效率，幫助自動駕駛技術(shù)的發(fā)展。