用于下一代汽車(chē)專(zhuān)用集成電路（ASIC）的嵌入式現場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列（eFPGA）

對于最近研究過(guò)新車(chē)的任何人來(lái)說(shuō)，很難不注意到汽車(chē)電子產(chǎn)品的發(fā)展是多么的迅速。僅僅將三年前的汽車(chē)安全性技術(shù)與今天的技術(shù)進(jìn)行對比，您就會(huì )發(fā)現攝像頭數量已顯著(zhù)增加，以支持諸如全景可視、駕駛員注意力分散監測器、立體視覺(jué)攝像頭、前向攝像頭和多個(gè)后視攝像頭等應用。除了攝像頭，系統功能也增強了，包括自動(dòng)緊急制動(dòng)、車(chē)道偏離警告、后方盲點(diǎn)檢測和交通標志識別等。這一趨勢表明，汽車(chē)電子類(lèi)產(chǎn)品在持續快速地創(chuàng )新，但這也給汽車(chē)原始設備制造商（OEM）帶來(lái)了全新的挑戰，包括：

●   當研發(fā)一輛新車(chē)的平均時(shí)間從48個(gè)月縮短至24個(gè)月左右，同時(shí)還要支持長(cháng)達10年以上的生命周期時(shí)，如何快速開(kāi)發(fā)新特性和安全性功能？

●   平臺架構的確定都比車(chē)輛上市提前數年，如何預測所需的硬件和軟件需求？

●　當汽車(chē)用戶(hù)拿消費類(lèi)電子產(chǎn)品來(lái)做比較時(shí)，如何提高汽車(chē)電子產(chǎn)品的性能和質(zhì)量以滿(mǎn)足用戶(hù)的期望？

專(zhuān)用集成電路（ASIC）解決方案

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

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

盡管存在固有風(fēng)險，但是一家創(chuàng )新型汽車(chē)公司特斯拉（Tesla）仍然認為ASIC路線(xiàn)是他們提供先進(jìn)安全性功能的最佳選擇。特斯拉為此開(kāi)發(fā)了自己的全自動(dòng)駕駛（FSD）ASIC。該項研發(fā)于2016年2月開(kāi)始，歷時(shí)29個(gè)月，直到2018年7月ASIC才獲得生產(chǎn)認證資格。在將汽車(chē)出售給客戶(hù)之前的近三年的時(shí)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，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(gè)ARM A72中央處理器（CPU）

圖：特斯拉全自動(dòng)駕駛架構展示

面向未來(lái)的硬件

但是，如果他們認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(lái)支持塊浮點(diǎn)而不是FP32呢？這些事情可能會(huì )導致ASIC被重新設計或重大的架構改變，從而推遲其未來(lái)的車(chē)輛生產(chǎn)。在A(yíng)SIC中構建靈活性，支持在設計周期中后期增加這些功能，以避免ASIC重新設計和推遲生產(chǎn)，這會(huì )不會(huì )是一個(gè)更好的方案？

在快進(jìn)入到2020年的時(shí)候，我們看到汽車(chē)ASIC制造商通過(guò)開(kāi)發(fā)包括嵌入式FPGA（eFPGA）半導體知識產(chǎn)權（IP）在內的新型ASIC架構來(lái)應對這一挑戰。盡管eFPGA在2016年特斯拉開(kāi)發(fā)全自動(dòng)駕駛芯片時(shí)還不是主流技術(shù)，但現在已經(jīng)成為主流技術(shù)了。Achronix eFPGA IP現在已在多個(gè)大批量應用中投入生產(chǎn)，證明Achronix擁有可實(shí)現主流生產(chǎn)的能力?，F在，我們看到eFPGA IP正在被汽車(chē)原始設備制造商采用，以嵌入硬件可編程性，從而應對上述全新的挑戰。

與只提供特定的邏輯密度、內存、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(chē)工作負載進(jìn)行完全定制。與獨立的FPGA相比，eFPGA可節省高達90％的成本，并降低高達75％的功耗，同時(shí)在開(kāi)發(fā)ASIC之后，還能提供同樣的能力來(lái)增加新的硬件功能。例如，改變硬件規格，以提供增強的雷達和攝像頭傳感器融合來(lái)滿(mǎn)足創(chuàng )新功能的需求，全新的、更強大的顯示技術(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(chē)制造商提供的一些功能。

圖：基于eFPGA IP的ADAS ASIC架構

HD Cameras: 高清攝像頭

5G Wireless: 5G無(wú)線(xiàn)

77GHz Radar: 77GHz雷達

Custom ASIC: 定制ASIC

Analog Front End: 模擬前端

eFPGA：嵌入式現場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列

Sensor Interface: 傳感器接口

Pixel Pre-processing: 像素預處理

Radar Data Formatting: 雷達數據格式整理

V2 Crypto: V2加密

Video/Radar Fusion: 視頻/雷達融合

Network Processing: 網(wǎng)絡(luò )處理

Custom ASIC Accelerators: 定制ASIC加速器

CPU Application Layer: CPU應用層Display Interface/Format Conversion: 顯示界面/格式轉換

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

Infotainment Display: 信息娛樂(lè )顯示

使用Achronix的 Speedcore eFPGA IP 技術(shù)可以實(shí)現這種架構。Speedcore eFPGA IP提供了相對于傳統ASIC的競爭優(yōu)勢，即可幫助廠(chǎng)商縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，同時(shí)允許增加全新的和創(chuàng )新的功能，這些功能可以在A(yíng)SIC硬件架構最終確定之后進(jìn)行定義。eFPGA IP確實(shí)是汽車(chē)行業(yè)的游戲規則改變者。Achronix很高興看到eFPGA可以為未來(lái)的汽車(chē)ASIC設計帶來(lái)巨大的價(jià)值。

您可以現在就 聯(lián)系Achronix ，以了解更多關(guān)于我們汽車(chē)解決方案的信息。

（請參閱 “ Tesla全自動(dòng)駕駛ASIC ”）

（請參閱 縮短研發(fā)生命周期和降低設計復雜性對汽車(chē)行業(yè)的影響 ）