為什么嵌入式FPGA（eFPGA）IP是ADAS應用的理想選擇？

提高汽車(chē)電氣化和自動(dòng)駕駛的一個(gè)主要方面是先進(jìn)駕駛輔助系統（ADAS）的普及。如今，這些系統正迅速應用于市場(chǎng)上幾乎所有的車(chē)輛，而且隨著(zhù)技術(shù)的成熟，這一趨勢只會(huì )持續下去。然而，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，ADAS設計人員面臨的硬件挑戰變得越來(lái)越復雜。在本文中，我們將介紹ADAS的硬件需求，FPGA如何填補這些空白，以及為什么eFPGA IP將成為下一個(gè)ADAS硬件趨勢。

ADAS的硬件要求

ADAS在現代汽車(chē)中的發(fā)展給底層硬件帶來(lái)了一些嚴峻的挑戰。在像ADAS這樣的關(guān)鍵任務(wù)應用中，最重要的目標是確保車(chē)輛乘員的安全。這個(gè)目標要求系統準確、可靠和實(shí)時(shí)地工作（即低延遲）。同時(shí)，這些系統需要在盡可能低的功耗下運行，以保持電池壽命并延長(cháng)電動(dòng)汽車(chē)（Electric Vehicle）的續航里程。

圖：ADAS給計算硬件造成了巨大壓力

平衡這些需求對ADAS來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰，因為系統往往依賴(lài)于大量的數據和計算密集型的任務(wù)，如機器學(xué)習算法。因此，ADAS硬件必須獲取數據，通過(guò)傳感器融合匯集數據，運行機器學(xué)習算法，然后采取行動(dòng)——所有的都需要實(shí)時(shí)運行，并以最低的功耗預算——這顯然不是一件容易的事。

汽車(chē)設計人員需要一個(gè)靈活且可擴展的硬件平臺來(lái)滿(mǎn)足快速發(fā)展的規格變化，這進(jìn)一步加劇了這一挑戰。

硬件加速和FPGA

為了解決ADAS硬件面臨的嚴峻挑戰，設計人員正在采用專(zhuān)用硬件加速器來(lái)提高性能，而不是傳統的基于CPU的架構。從比較常規的計算資源（如CPU或GPU）轉移，通過(guò)專(zhuān)用硬件加速器為特定應用程序提供了更好的性能和能效?；谠诖朔秶鷥?，選擇通常介于FPGA和ASIC之間，FPGA提供最大的靈活性，ASIC提供最高的性能。

FPGA的一個(gè)關(guān)鍵特性是FPGA能夠提供高級別的并行性，同時(shí)仍然可以針對特定的工作負載進(jìn)行編程。結果表明，FPGA在工作負載加速方面提供了顯著(zhù)的價(jià)值，特別是在性能和延遲作為關(guān)鍵的情況下。此外，與比較常規的CPU和基于GPU的系統相比，FPGA可以給需要加速的工作負載提供每瓦最佳的性能，從而幫助系統平衡性能和功率效率之間的權衡。

同樣重要的是，由于FPGA可編程特性，其在可擴展性方面比ASIC更具優(yōu)勢。這種適應性在如ADAS等底層算法瞬息萬(wàn)變的機器學(xué)習系統中尤為重要。此外，ASIC的規格必須提前幾年定義，而FPGA可以在一分鐘內更新和重新編程。此功能使基于FPGA 的ADAS系統能夠提供ASIC根本無(wú)法實(shí)現的可擴展性和多功能性。

由于這些原因以及更多的原因，目前汽車(chē)中已經(jīng)搭載了超過(guò)2.5億顆FPGA，其中超過(guò)7500萬(wàn)顆用于ADAS應用。

行業(yè)趨勢：用于ADAS的eFPGA

盡管硬件加速功能強大，但像FPGA和ASIC等器件通常仍無(wú)法完全獨自運行。今天的ADAS解決方案需要將硬件加速器與CPU集成在一起，其目的是在系統級別處理許多通用型和組織型任務(wù)。正是由于這個(gè)原因，異構計算平臺（如異構SoC）已經(jīng)成為加速和ADAS平臺中最常見(jiàn)的平臺之一。

圖：Achronix的Speedcore IP這樣的eFPGA技術(shù)可以與CPU資源緊密耦合

因此，我們相信ADAS計算的下一個(gè)主要趨勢將是嵌入式FPGA（即eFPGA）IP在定制ASIC中的興起。借助eFPGA IP，設計人員能夠利用FPGA技術(shù)的優(yōu)勢，同時(shí)將其硬件加速與其他ASIC子系統（如CPU和I/O接口）緊密耦合。通過(guò)將FPGA與CPU一起嵌入到定制SoC中，與分立式FPGA解決方案相比，eFPGA IP可顯著(zhù)節省成本、功耗和空間。

具體來(lái)說(shuō)，我們的評估表明，與基于FPGA的獨立系統相比，eFPGA IP集成可以幫助設計人員節省90%的成本、降低75%的功耗、延遲改善100倍、接口帶寬增加10倍。因此，ADAS將在不久的將來(lái)逐步采用基于eFPGA技術(shù)的異構解決方案。

Achronix的行業(yè)角色

如今Achronix是唯一一家同時(shí)大批量生產(chǎn)獨立FPGA芯片和eFPGA IP解決方案的公司。得益于我們的Speedcore eFPGA IP等旗艦產(chǎn)品，迄今為止，我們已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域授權了超過(guò)1500萬(wàn)個(gè)基于eFPGA的產(chǎn)品。隨著(zhù)對ADAS計算需求的不斷增長(cháng)和演進(jìn)，我們認為有能力支持這些變化并賦能下一代計算平臺。