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(lǐng)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(lǐng)域或一個項(xiàng)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(guān)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(fù)雜的關(guān)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(biāo)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(jī)會。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、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(jìn)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(dǎo)航與實(shí)時交通系統(tǒng)TMC，電子警察系統(tǒng)ISA 、自適應(yīng)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(yù)碰撞系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)、自適應(yīng)燈光控制、行人保護(hù)系統(tǒng)、自動泊車系統(tǒng)、交通標(biāo)志識別、盲點(diǎn)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(jìn)，這一趨勢落實(shí)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(dǎo)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(dāng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)，最好過ISO26262，達(dá)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(shè)計，以達(dá)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(yīng)用，針對芯片的設(shè)計會考慮增加硬件的深度學(xué)習(xí)設(shè)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(shè)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(lǐng)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(dāng)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(yùn)用深度學(xué)習(xí)的最新ADAS產(chǎn)品原型，該產(chǎn)品運(yùn)行了820A神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理引擎(SNPE)，能實(shí)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(shí)時語義分割，當(dāng)然離商用應(yīng)該還有一定距離。總的來說，高通驍龍產(chǎn)品策略應(yīng)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(lǐng)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(shè)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(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)介紹一下中央處理器S32V234和MPC5775K，MPC5775K是對雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而S32V234是對多傳感器處理過的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)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(shí)時3D建模，計算量達(dá)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(yù)留了支持毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波的接口，便于實(shí)現(xiàn)多傳感器的融合，該芯片支持ISO 26262 ASIL B標(biāo)準(zhǔn)。

　　QorivvaMPC567xK系列基于Power Architecture? 的32位MCU，MPC577XK是專門的雷達(dá)信息處理芯片，該系列增加了芯片的存儲器，提升了運(yùn)行速度和性能，能夠支持自適應(yīng)巡航控制、智能大燈控制、車道偏離警告和盲點(diǎn)探測等應(yīng)用。從整個雷達(dá)系統(tǒng)來看，結(jié)合77G雷達(dá)收發(fā)器芯片組、Qorivva MPC567xK MCU、FPGA, ADC, DAC, SRAM, 支持長、中、短距離應(yīng)用。這里需要重點(diǎn)關(guān)注的是信號處理工具集(Signal Processing Toolbox)設(shè)計，包括了FFT、DMA、COPY、Scheduler。目前77GHz的FCMW型雷達(dá)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(dá)的采樣點(diǎn)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(yīng)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(qiáng)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(biāo)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(dá)到2.5 萬億次每秒的性能，其運(yùn)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(jìn)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(yīng)對ADAS相關(guān)的圖像處理任務(wù)(如：縮放和預(yù)處理、翹曲、跟蹤、車道標(biāo)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(dá)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(dá)，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(yīng)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(dá)，如使用單精度浮點(diǎn)處理實(shí)現(xiàn)一個4096點(diǎn)FFT，采樣點(diǎn)越多，誤差就越小，但運(yùn)算量會大幅度增加。它在每個時鐘周期輸入輸出四個復(fù)數(shù)采樣。每個FFT內(nèi)核運(yùn)行速度超過80 GFLOP，這一般需要FPGA才能比較好的實(shí)現(xiàn)。一般車載雷達(dá)的采樣點(diǎn)在512-2048左右，但軍用的可以達(dá)到8192，必須配備FPGA。如下圖在AudizFAS的實(shí)物中，采用了Altera的CycloneV SoCFPGA，作為sensor fusion，同時負(fù)責(zé)毫米波雷達(dá)與激光雷達(dá)數(shù)據(jù)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(shí)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(jìn)去汽車領(lǐng)域的半導(dǎo)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(dá)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(jìn)行FFT的處理。

　　最近有報道說瑞薩發(fā)布了Renesas Autonomy，一個全新設(shè)計的ADAS和自動駕駛平臺。具體細(xì)節(jié)還不清楚，但是據(jù)瑞薩電子美國區(qū)汽車業(yè)務(wù)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(shí)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(yīng)用于智能相機(jī)傳感器，也可以用于環(huán)繞視覺系統(tǒng)甚至激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理?！眮碜园雽?dǎo)體行業(yè)分析公司Linley Group的高級分析師Mike Demler認(rèn)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(biāo)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(qiáng)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?wù)摰膯栴}。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(dǎo)體以及智能卡芯片的全球市場領(lǐng)袖，英飛凌一直以來為汽車等工業(yè)應(yīng)用提供半導(dǎo)體和系統(tǒng)解決方案。英飛凌在24/77/79G雷達(dá)、激光雷達(dá)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(shí)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(diǎn)放在了汽車等應(yīng)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(diǎn)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(qiáng)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(qiáng)的現(xiàn)實(shí)導(dǎo)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(yīng)巡航控制、交通標(biāo)志識別、行人與物體檢測、前方防碰撞預(yù)警和倒車防碰撞預(yù)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(dá)與智能后置攝像頭等眾多ADAS應(yīng)用的有效使用至關(guān)重要。

　　英偉達(dá)(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(qiáng)的并行計算能力，特別適合做深度學(xué)習(xí)。一般認(rèn)為相對于Mobileye只專注于視覺處理，NVIDIA的方案重點(diǎn)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(shè)計的超級電腦”，它將成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)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。“Tegra 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(qiáng)大的深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，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(jī))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(shí)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(yùn)算為110K，注冊器達(dá)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(dá)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(dá)100Mbps。所以NVidia實(shí)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(yīng)用在高端車型中，主要是因?yàn)榭傮w成本高，ADI針對高、中、低檔汽車，ADI針對性的推出某一項(xiàng)或幾項(xiàng)ADAS技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并把成本降到2美元、十幾美元，對整車廠商及消費(fèi)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(shí)現(xiàn)LDW功能;中端系統(tǒng)基于BF53x/BF54x/BF561，實(shí)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(shí)現(xiàn)了LDW/HBLB/TSR/FCW/PD等功能。 集成的視覺預(yù)處理器能夠顯著減輕處理器的負(fù)擔(dān)，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(yùn)用于目標(biāo)識別和分類，革新了ADAS應(yīng)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(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(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(shí)現(xiàn)圖像識別輔助和接近目標(biāo)檢測，應(yīng)用的領(lǐng)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(jìn)行汽車周邊環(huán)境的實(shí)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(wù)拆分成四項(xiàng)，分別為社會基礎(chǔ)設(shè)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(dǎo)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(shí)時處理，并行實(shí)現(xiàn)4項(xiàng)功能，如車道保持、前車檢測、行人辨識、交通標(biāo)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(shí)現(xiàn)各種高級的駕駛員輔助應(yīng)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(biāo)識識別等，能同時處理并實(shí)現(xiàn)8項(xiàng)功能。

　　賽靈思(Xilinx)

　　Xilinx是著名的FPGA公司，其產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)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(dú)開發(fā)芯片整個開發(fā)周期大為縮短，但缺點(diǎn)是價格、尺寸等因素。在汽車ADAS上，Xilinx最被廣泛應(yīng)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(zhǔn)、行人檢測、后視車道偏離警告和盲區(qū)檢測等ADAS應(yīng)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(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品系列間的可擴(kuò)展性。其次，它實(shí)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(yīng)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(dú)有的差異化系統(tǒng)。