深度 | ADAS處理器芯片的全面梳理

　　在過(guò)去的兩年多時(shí)間，我有拜訪(fǎng)數百家企業(yè)，最近一直花時(shí)間在做針對性地梳理和總結。在現在的電子信息領(lǐng)域，跨界融合的節奏越來(lái)越快，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節的銜接也是前所未有的緊密，所以現在看一個(gè)領(lǐng)域或一個(gè)項目，需要從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條各環(huán)節去綜合考慮，包括云管端，包括硬件、軟件、算法、數據，且各產(chǎn)業(yè)鏈條上各家企業(yè)，隨時(shí)做前向或后向的整合，競合關(guān)系隨時(shí)轉換。隨著(zhù)新硬件時(shí)代的來(lái)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(guān)系以及未來(lái)的發(fā)展趨勢，工作量數倍于從前。而對產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節標桿企業(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(dòng)向，才能發(fā)現其中可能存在的創(chuàng )業(yè)/投資機會(huì )。所以最近有意識的對大企業(yè)做一點(diǎn)研究，如之前的音頻、視覺(jué)、IoT平臺等，以及本篇的主要針對ADAS的芯片廠(chǎng)商，理解各家的主要產(chǎn)品線(xiàn)和狀態(tài)。

　　ADAS(高級輔助駕駛系統)，是指利用安裝于車(chē)上各式各樣的傳感器，在第一時(shí)間收集車(chē)內的環(huán)境數據，進(jìn)行靜、動(dòng)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(shí)間察覺(jué)可能發(fā)生的危險。通常包括導航與實(shí)時(shí)交通系統TMC，電子警察系統ISA 、自適應巡航ACC 、車(chē)道偏移報警系統LDWS、車(chē)道保持系統，碰撞避免或預碰撞系統、夜視系統、自適應燈光控制、行人保護系統、自動(dòng)泊車(chē)系統、交通標志識別、盲點(diǎn)探測，駕駛員疲勞探測、下坡控制系統和電動(dòng)汽車(chē)報警系統等。

　　目前來(lái)看汽車(chē)的創(chuàng )新絕大部分來(lái)自于汽車(chē)電子的創(chuàng )新，而從汽車(chē)電子系統來(lái)講，正在由分散式架構(眾多的ECU控制)，逐漸向集中式乃至中央控制系統(超級處理器)演進(jìn)，這一趨勢落實(shí)到ADAS上也是同樣規律。這一趨勢的變化，包括減少ECU，降低功耗，提高處理器和內存利用效率，降低軟件的開(kāi)發(fā)難度和提高安全，使汽車(chē)半導體廠(chǎng)商在整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中扮演越來(lái)越重要的角色。同時(shí)，對ADAS處理器芯片來(lái)說(shuō)，目前呈現出如智能家居類(lèi)似的產(chǎn)品形態(tài)，單品爆款，以及多功能的組合，即類(lèi)似于Mobileye的視覺(jué)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(lái)看這兩種形態(tài)都有市場(chǎng)，單功能會(huì )使ADAS在中低端車(chē)甚至后裝市場(chǎng)，更大范圍的普及，當然性?xún)r(jià)比是前提。而多傳感器的融合會(huì )提升自動(dòng)駕駛的等級向Level4甚至Level5方向走，目前像Google、百度等無(wú)人車(chē)都在做多傳感器的融合，只是目前為止還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的Level4/5ADAS ASIC芯片而已。

　　從芯片設計來(lái)說(shuō)，現在A(yíng)DAS處理器芯片的主要挑戰在如下幾個(gè)方面：

　　1)車(chē)規級的標準，最好過(guò)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，以及異構設計，以達到快速的數據處理速度，同時(shí)傳輸的吞吐率上也有較高要求。

　　3) 隨著(zhù)人工智能在A(yíng)DAS上的應用，針對芯片的設計會(huì )考慮增加硬件的深度學(xué)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以及整個(gè)系統設計上做匹配，目前來(lái)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(chǎng)商的產(chǎn)品，希望從他們的產(chǎn)品中一窺現在A(yíng)DAS處理器芯片領(lǐng)域的現狀，以及未來(lái)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(guò)自己的移動(dòng)處理器芯片(改成車(chē)規級)，開(kāi)始逐步切入ADAS，當然剛開(kāi)始做環(huán)視等，最近有和縱目合作，在CES上推出首個(gè)基于驍龍820A平臺并運用深度學(xué)習的最新ADAS產(chǎn)品原型，該產(chǎn)品運行了820A神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )處理引擎(SNPE)，能實(shí)現對車(chē)輛、行人、自行車(chē)等多類(lèi)物體識別，以及對像素級別可行駛區域的實(shí)時(shí)語(yǔ)義分割，當然離商用應該還有一定距離?？偟膩?lái)說(shuō)，高通驍龍產(chǎn)品策略應該還是以車(chē)載娛樂(lè )信息系統為主，逐步向更專(zhuān)業(yè)的ADAS拓展。

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

　　NXP已經(jīng)發(fā)布Blubox平臺，為OEM廠(chǎng)商提供設計、制造、銷(xiāo)售Level 4級(SAE)無(wú)人駕駛汽車(chē)的解決方案計算平臺。下圖是NXP的ADAS系統框圖，該系統對多路視頻、77G雷達的數據進(jìn)行融合處理，然后傳送給云端和車(chē)身系統。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(xiàn)很全，雖然現在沒(méi)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(diǎn)介紹一下中央處理器S32V234和MPC5775K，MPC5775K是對雷達數據進(jìn)行處理，而S32V234是對多傳感器處理過(guò)的數據進(jìn)行融合分析，通過(guò)CAN總線(xiàn)，把結果傳給車(chē)身系統。

　　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A53和M4)、GPU(GC3000)和圖像識別處理(CogniVue APEX2 processors)的異構計算，5W的低功耗設計。通過(guò)CogniVue APEX2 processors能同時(shí)支持四路汽車(chē)攝像頭(前、后、左、右)，抽取圖像并分類(lèi)，同時(shí)GPU能實(shí)時(shí)3D建模，計算量達到50GFLOPs。所以按照此硬件架構可完成360度環(huán)視，完成自動(dòng)泊車(chē)等功能。同時(shí)，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(shí)現多傳感器的融合，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(zhuān)門(mén)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(chē)道偏離警告和盲點(diǎn)探測等應用。從整個(gè)雷達系統來(lái)看，結合77G雷達收發(fā)器芯片組、Qorivva MPC567xK MCU、FPGA, ADC, DAC, SRAM, 支持長(cháng)、中、短距離應用。這里需要重點(diǎn)關(guān)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型雷達在數字信號處理中需要使用FFT，即快速傅里葉變換，一般車(chē)載雷達的采樣點(diǎn)在512-2048左右，從芯片架構圖我們看到專(zhuān)門(mén)的FFT電路。

　　除了S32V系列，被收購的飛思卡爾有一款著(zhù)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(chē)上，特別是車(chē)載信息系統上有大量的應用。眾多的汽車(chē)廠(chǎng)商使用i.MX。

　　英特爾/Mobileye/Altera

　　通過(guò)一系列的收購，英特爾在A(yíng)DAS處理器上的布局已經(jīng)完善，包括Mobileye的ADAS視覺(jué)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(dòng)駕駛整個(gè)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(chē)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。最近的EyeQ4展示的性能已經(jīng)達到2.5 萬(wàn)億次每秒的性能，其運行功率可低至3W。從硬件架構來(lái)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(xiàn)程技術(shù)能更好的進(jìn)行數據的控制和管理。多個(gè)專(zhuān)用的向量微碼處理器(VMP)，用來(lái)應對ADAS相關(guān)的圖像處理任務(wù)(如：縮放和預處理、翹曲、跟蹤、車(chē)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，用于處理片內片外的通用數據。

　　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(mǎn)足。但是要融合激光雷達，則最好用FPGA，FPGA做傳感器Hub是最合適不過(guò)的。同時(shí)傳感器融合目前應用較少，合適的ASIC并不好找，FPGA成為主流選擇。同時(shí)，對一些精度要求較高的雷達，如使用單精度浮點(diǎn)處理實(shí)現一個(gè)4096點(diǎn)FFT，采樣點(diǎn)越多，誤差就越小，但運算量會(huì )大幅度增加。它在每個(gè)時(shí)鐘周期輸入輸出四個(gè)復數采樣。每個(gè)FFT內核運行速度超過(guò)80 GFLOP，這一般需要FPGA才能比較好的實(shí)現。一般車(chē)載雷達的采樣點(diǎn)在512-2048左右，但軍用的可以達到8192，必須配備FPGA。如下圖在A(yíng)udizFAS的實(shí)物中，采用了Altera的CycloneV SoCFPGA，作為sensor fusion，同時(shí)負責毫米波雷達與激光雷達數據處理。

　　瑞薩(Renesas)

　　瑞薩針對ADAS處理器這一塊業(yè)務(wù)，提供了較完整的產(chǎn)品線(xiàn)系列，也提供ADAS Kit開(kāi)發(fā)系統。就芯片系列來(lái)說(shuō)，最出名的莫過(guò)于其R-Car產(chǎn)品線(xiàn)，該系列高配產(chǎn)品的硬件架構包括了ARM Cortex A57/53、ARM Cortex R系列、Video Codec，2D/3DGPU、ISP等，能同時(shí)支持多路的視覺(jué)傳感器輸入，支持OPENGL、OpenCV等軟件，符合ASILB車(chē)規級別。其實(shí)該產(chǎn)品最早是用于車(chē)載信息娛樂(lè )系統，而后該系統產(chǎn)品逐步適配汽車(chē)環(huán)視視覺(jué)系統、儀表板及ADAS系統等，該發(fā)展路徑值得國內想進(jìn)去汽車(chē)領(lǐng)域的半導體廠(chǎng)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(zhuān)業(yè)處理器芯片如RH850/V1R-M系列，該產(chǎn)品采用40nm內嵌eFlash技術(shù)，優(yōu)化的DSP能快速的進(jìn)行FFT的處理。

　　最近有報道說(shuō)瑞薩發(fā)布了Renesas Autonomy，一個(gè)全新設計的ADAS和自動(dòng)駕駛平臺。具體細節還不清楚，但是據瑞薩電子美國區汽車(chē)業(yè)務(wù)副總裁Amrit Vivekanand指出，瑞薩此次推出的自動(dòng)駕駛平臺與競爭對手不同，“這是一個(gè)開(kāi)放的平臺，希望用戶(hù)更方便地將他們的算法、函數庫和實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)移植到平臺中來(lái)?！?Renesas Autonomy平臺發(fā)布的第一個(gè)產(chǎn)品，是一塊圖像識別片上系統(SoC)，叫作R-Car V3M。瑞薩將該高性能視覺(jué)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(jué)系統甚至激光雷達的數據處理?！眮?lái)自半導體行業(yè)分析公司Linley Group的高級分析師Mike Demler認為，此次發(fā)布的開(kāi)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(chē)制造商，尤其是日本廠(chǎng)商，也希望吸引到一些制造ADAS產(chǎn)品的Tier 1廠(chǎng)商。 ”相比于Mobileye處理平臺的“黑箱”系統，瑞薩在不斷強調解決方案的“開(kāi)放”二字，這也是每個(gè)誓要抗衡Mobileye的處理器廠(chǎng)商都傾向于談?wù)摰膯?wèn)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(hù)開(kāi)放。

　　英飛凌(Infineon)

　　作為汽車(chē)電子、功率半導體以及智能卡芯片的全球市場(chǎng)領(lǐng)袖，英飛凌一直以來(lái)為汽車(chē)等工業(yè)應用提供半導體和系統解決方案。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(lǐng)先的技術(shù)。除此之外，在車(chē)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A(yíng)DAS處理器上實(shí)際上是走得兩條產(chǎn)品線(xiàn)，Jacinto和TDA系列。Jacinto系列主要是基于之前的OMAP處理器開(kāi)發(fā)而來(lái)，TI在放棄移動(dòng)處理器平臺后，將數字處理器的重點(diǎn)放在了汽車(chē)等應用上，主要是車(chē)載信息娛樂(lè )系統。但是從Jacinto6中，我們看到車(chē)載信息娛樂(lè )與ADAS功能的結合，這款芯片包括了雙ARMCortex-A15內核、兩個(gè)ARM M4內核、兩個(gè)C66x浮點(diǎn)DSP、多個(gè)3D/2D圖形處理器GPU(Imagination)，并且還內置了兩個(gè)EVE加速器。這款Jacintinto6 SoC處理器的功能異常強大，無(wú)論是在處理娛樂(lè )影音方面，還是車(chē)載攝像頭的輔助駕駛，可利用汽車(chē)內部和外部的攝像頭來(lái)呈現如物體和行人檢測、增強的現實(shí)導航和駕駛員身份識別等多種功能。

　　TDA系列一直是側重于A(yíng)DAS功能，TDA3x系列可支持車(chē)道線(xiàn)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(chē)防碰撞預警等多種ADAS算法。這些算法對于前置攝像頭、全車(chē)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(guān)重要。

　　英偉達(NVIDIA)

　　隨著(zhù)人工智能和無(wú)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(xué)習。一般認為相對于Mobileye只專(zhuān)注于視覺(jué)處理，NVIDIA的方案重點(diǎn)在于融合不同傳感器，據傳特斯拉已經(jīng)放棄Mobileye，而采用NVIDIA。

　　NVIDIA推出的Drive PX2被黃仁勛稱(chēng)為“為汽車(chē)設計的超級電腦”，它將成為汽車(chē)的標準配備，可以用來(lái)感知汽車(chē)所處位置、辨識汽車(chē)周遭的物體，并且即時(shí)計算最安全的路徑?！癟egra X1處理器和10GB內存，能夠同時(shí)處理12個(gè)200萬(wàn)像素攝像頭每秒60幀的拍攝圖像，并通過(guò)環(huán)境視覺(jué)計算技術(shù)和強大的深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，主動(dòng)識別道路上的各種車(chē)輛，甚至還能檢測前方車(chē)輛是否在開(kāi)門(mén)。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，用于執行實(shí)時(shí)操作系統。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，據說(shuō)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(chē)載以太網(wǎng)技術(shù)，在單對非屏蔽雙絞線(xiàn)上的傳輸速率可達100Mbps。所以NVidia實(shí)際上推出了板級的ADAS系統。

　　ADI

　　相對于以上介紹的幾家芯片公司，ADI在A(yíng)DAS芯片上的策略主打性?xún)r(jià)比。ADAS技術(shù)目前基本應用在高端車(chē)型中，主要是因為總體成本高，ADI針對高、中、低檔汽車(chē)，ADI針對性的推出某一項或幾項ADAS技術(shù)進(jìn)行實(shí)現，并把成本降到2美元、十幾美元，對整車(chē)廠(chǎng)商及消費者無(wú)疑是一大好消息。

　　在視覺(jué)ADAS上ADI的Blackfin系列處理器被廣泛的采用，其中低端系統基于BF592，實(shí)現LDW功能;中端系統基于BF53x/BF54x/BF561，實(shí)現LDW/HBLB/TSR等功能;高端系統基于BF60x，采用了“流水線(xiàn)視覺(jué)處理器(PVP)“，實(shí)現了LDW/HBLB/TSR/FCW/PD等功能。 集成的視覺(jué)預處理器能夠顯著(zhù)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(lèi)，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(dòng)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(jìn)行最清楚的檢測。ADI與瑞薩合作，共同針對該芯片推出系統性方案，結合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(guò)攝像頭和傳感器的結合，實(shí)現圖像識別輔助和接近目標檢測，應用的領(lǐng)域主要有360度3D立體全景輔助、可視停車(chē)輔助、駕駛盲區監控、安全開(kāi)車(chē)門(mén)以及車(chē)行駛方向周?chē)恼系K物和行人的識別。包括基于MB86R11“Emerald-L”2D/3D圖像SoC的全景視頻系統支持前后左右四個(gè)攝像頭進(jìn)行汽車(chē)周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)全景視頻監測。從公開(kāi)資料顯示，富士通似乎更熱衷于虛擬儀表盤(pán)及車(chē)載信息娛樂(lè )系統的構建，但這一塊是最容易被國內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(wù)拆分成四項，分別為社會(huì )基礎設施業(yè)務(wù)、火力發(fā)電等能源業(yè)務(wù)、存儲器以外的半導體和存儲業(yè)務(wù)、信息通信技術(shù)(ICT)解決方案業(yè)務(wù)。所以未來(lái)東芝有很大的不確定性，但是從ADAS處理器來(lái)說(shuō)，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(kāi)始，通過(guò)日本電裝公司的產(chǎn)品，搭載于豐田普銳斯量產(chǎn)車(chē)大批量投放市場(chǎng)，每月全球出貨3萬(wàn)臺以上。

　　Visiconti采用多核異構的專(zhuān)用處理器，Visconti2可實(shí)時(shí)處理，并行實(shí)現4項功能，如車(chē)道保持、前車(chē)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(chē)輛和行人加以辨識，對交通信號、障礙物、行車(chē)線(xiàn)等信息加以識別，從而實(shí)現各種高級的駕駛員輔助應用，如入車(chē)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(shí)處理并實(shí)現8項功能。

　　賽靈思(Xilinx)

　　Xilinx是著(zhù)名的FPGA公司，其產(chǎn)品被廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域。FPGA的好處是可編程以及帶來(lái)的靈活配置，同時(shí)還可以提高整體系統性能，比單獨開(kāi)發(fā)芯片整個(gè)開(kāi)發(fā)周期大為縮短，但缺點(diǎn)是價(jià)格、尺寸等因素。在汽車(chē)ADAS上，Xilinx最被廣泛應用的產(chǎn)品是Zynq?-7000 All Programmable SoC。該系統(SoC)平臺可幫助系統廠(chǎng)商加快在環(huán)繞視覺(jué)、3D環(huán)繞視覺(jué)、后視攝像頭、動(dòng)態(tài)校準、行人檢測、后視車(chē)道偏離警告和盲區檢測等ADAS應用的開(kāi)發(fā)時(shí)間。Zynq采用單一芯片即可完成ADAS解決方案的開(kāi)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(shí)現不同產(chǎn)品系列間的可擴展性。其次，它實(shí)現了ADAS優(yōu)化的平臺，可以讓汽車(chē)制造商和汽車(chē)電子產(chǎn)品供應商在平臺上添加自己的IP以及Xilinx汽車(chē)生態(tài)系統提供的現成的IP從而能夠創(chuàng )建出獨有的差異化系統。