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多强的车内链接接口标准才能满足自动驾驶汽车?

时间:2018-07-25 作者:Junko Yoshida 阅读:
支持者相信,新的车用HDBaseT规格会是未来连网/自动驾驶车辆不可或缺的元素;有鉴于在汽车内传输的数据量越来越大,这似乎很合理,但是...

一个正在推动名为HDBaseT之链接接口标准的跨产业组织日前宣布,日本Tier One汽车零组件供应商Denso以“贡献成员”(contributor member)的身份加盟该组织;HDBaseT原本是为消费性电子装置应用所开发,用以透过CAT 5缆线传输未压缩HD音/视频、电源、以太网络、USB以及一些控制信号,而现在HDBaseT有最新的车用版本HDBaseT Automotive。6ZnEETC-电子工程专辑
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该车用链接接口标准号称可支持先进驾驶辅助系统(ADAS)所需的零延迟高吞吐量传输,HDBaseT标准组织表示,新标准能实现“最高每秒6Gb速率的视频与数据传输,具备超过15公尺(m)/50英呎(ft)以上单条无屏蔽双绞线原生连网功能。”6ZnEETC-电子工程专辑
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而因为HDBaseT Automotive仍在初期发展阶段,Denso的加盟特别引人瞩目。目前该锁定先进车用资通讯娱乐系统、ADAS的车内链接接口标准,只有Daimler一家车厂公开表态支持,还有一家来自以色列的无晶圆厂IC设计业者则是迄今唯一承诺将供应符合HDBaseT Automotive规格芯片的半导体厂商。6ZnEETC-电子工程专辑
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HDBaseT的支持者相信,新的车用HDBaseT规格会是未来连网/自动驾驶车辆不可或缺的元素;有鉴于在汽车内传输的数据量越来越大,这似乎很合理…但问题来了:所以这是在说,当红的车用以太网络(Automotive Ethernet)无法以最低延迟支持数Gb带宽?6ZnEETC-电子工程专辑
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车厂的链接接口选择困难症…6ZnEETC-电子工程专辑
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现在市面上有众多车内链接接口技术可供各家车厂选择,例如以太网络是一个已经被认为可取代旧有车用总线如多媒体接口MOST、支持安全关键功能之通用高速传输接口FlexRay等的潜力技术;蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy)以及高速802.11ac Wi-Fi,可用以连结车辆与智能手机/可穿戴设备。6ZnEETC-电子工程专辑
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此外,有线宽带MHL被应用于后座信息娱乐系统;同时旧有车用总线标准如CAN与LIN仍在扮演车辆控制网络接口的角色。还有一些原本不是为车用开发的连结技术也抢着上车,如可利用廉价双绞铜线支持低电压、高速传输的低电压差动信号传输(LVDS),以及也在高速传输应用中常见的串行/解串器(SerDes)接口。6ZnEETC-电子工程专辑
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各种车内传输接口解决方案6ZnEETC-电子工程专辑
(来源:Renesas)
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既然已经有这么多技术选项,车厂们对HDBaseT Automotive会有兴趣吗?对此市场研究机构Strategy Analytics车用电子市场研究总监Ian Riches表示,他有感觉到汽车产业对这个新标准是一种“怎么又来个标准”的神经质与排斥心态,“很多车厂才刚刚开始关注车用以太网络。”6ZnEETC-电子工程专辑
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不过HDBaseT还是有其独特之处。自动驾驶技术顾问机构VSI Labs合伙人继顾问服务总监Danny Kim指出,该标准能同时支持点对点(p2p)与菊链(daisy-chain)连结,后者能“实现较低数量的总连结(以达到低成本与更佳使用者体验),”此外“它是双向的,因此一旦有某个连结或缆线故障,所有与缆线连结的设备仍能维持运作与联机(备援功能)。”6ZnEETC-电子工程专辑
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HDBaseT Automotive可取代各种车内传输接口?6ZnEETC-电子工程专辑
(来源:Valens Semiconductor)6ZnEETC-电子工程专辑
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因为自动驾驶车辆有大量的传感器会产生大量数据,当然会需要更大带宽的传输接口;HDBaseT Automotive在这方面与车用以太网络相比能宽多少?还有,为何新标准要支持长达15公尺/50英呎的传输距离?6ZnEETC-电子工程专辑
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针对以上问题,Valens Semiconductor副总裁暨车用业务部门主管Micha Risling表示,有三件事很重要:6ZnEETC-电子工程专辑
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1.    随着越来越多电子装置进驻车辆(各种摄影头、雷达、光达、智能天线…),产生的数据也越来越多,更重要的是这些数据必须在很短的时间内进行传输与处理,因为ADAS资料的延迟可能攸关人命。6ZnEETC-电子工程专辑
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2.    自动驾驶车辆的视频性能非常重要,包括影像分辨率以及延迟性,因为影像传输若发生问题会产生致命结果;更高的视频分辨率与接近零延迟,都需要更高带宽。6ZnEETC-电子工程专辑
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3.    虽然在车内15公尺的传输距离感觉很长,但缆线并不一定是直直地从A点到B点,还会绕过座椅、车门甚至车轮,更别说车子的引擎以及各种零组件。6ZnEETC-电子工程专辑
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HDBaseT vs.车用以太网络
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所以这代表HDBaseT的性能会超越车用以太网络?或者说取代所有的车内链接接口?Risling的回答是,前者聚焦于多Gb的不同类型数据传输,车用以太网络如BroadR-Reach技术,对称传输速率则为100Mbps;“HDBaseT现在可以达到以无屏蔽双绞线──更廉价、更柔软而且容易安装的一种缆线──达到2Gbps的带宽(未来将有4/8/12/16Gbps等版本)。”6ZnEETC-电子工程专辑
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他补充指出,HDBaseT胜过车用以太网络的另一个优点,是同时支持对称与非对称链路,能针对摄影机/传感器连结优化(对称链路并非针对视频传输优化,因为视频传输通常只有单向需要更高速度);换句话说,“HDBaseT会被导入需要更高速度与更多数据聚合的应用。”6ZnEETC-电子工程专辑
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Risling解释,有一些现在采用CAN或MOST技术的基本控制功能,因为不需要高速传输,不一定要HDBaseT来取代,但是能全部汇整以HDBaseT传输至电子控制单元(ECU),以减少缆线数量与长度;当汽车内的链接装置更多,就会需要像是HDBaseT这样的技术来支持装置之间、以及装置与车用计算机、或是运算单元本身之间的链接。6ZnEETC-电子工程专辑
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哪些车内连结会率先采用HDBaseT?6ZnEETC-电子工程专辑
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Risling透露,Valens已经与车厂还有Tier One供应商合作开发采用HDBaseT Automotive接口的特定应用;但合作对象不能公开。他指出,最先采用该技术的会是车用资通讯娱乐系统的USB链接,还有车门应用的连结,“HDBaseT能为车门减少20条以上的缆线,来自后照镜、传感器与音频系统等,只要一条线就能搞定。”6ZnEETC-电子工程专辑
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HDBaseT能聚合视频与其他数据,利用菊链与多串流提供最大的弹性6ZnEETC-电子工程专辑
(来源:Valens Semiconductor)
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另一个是智能天线的应用。Risling表示因为HDBaseT能将PCIe连结延展到15公尺,可实现分离的车用资通讯控制单元(TCU),也就是说调制解调器能留在车顶,而网关则能放在车内靠近资通讯娱乐系统与ADAS ECU的地方,如此就不必处理车顶会有的高温与空间狭小问题;这可减少必要的零组件、缆线与连接器数量。6ZnEETC-电子工程专辑
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HDBaseT能让ADAS网络以零延迟实时传输来自各个摄影机的信息,以支持更高安全性与更好的驾驶体验6ZnEETC-电子工程专辑
(来源:Valens Semiconductor)
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VSI Labs的Kim总结HDBaseT的众多优点,包括不需要紧密的接地(close grounding)、高速且具未来性的物理层(PHY)、芯片组世代之间的互操作性、支持各种“快”(上网快、更新车用软件快、与USB及智能手机的连结也快),可实现更佳ADAS性能(高精确度、集中化的视频分析)、更低的缆线数量重量、可实现更低油耗…等等。6ZnEETC-电子工程专辑
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他指出:“因为对原生以太网络的支持,HDBaseT网络也能实现以太网络交换;”此外还有(透过USB或1GbE)实现高速韧体更新。至于成本,Valens坚称HDBaseT能带来一系列成本优势,但是Strategy Analytics的Riches对此抱持不确定态度。6ZnEETC-电子工程专辑
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HDBaseT能省多少成本?6ZnEETC-电子工程专辑
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Valens的Risling指出,首先无屏蔽双绞线比屏蔽式缆线或同轴电缆便宜,但车用以太网络或Serdes等同样支持高带宽传输的接口则无法使用无屏蔽缆线。其次,支持菊链连结使得HDBaseT可减少车内缆线所需数量与长度,实现较低的整车重量并因此能降低油耗;菊链链接也能简化链接架构,减少系统需要的芯片组。6ZnEETC-电子工程专辑
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此外他指出,HDBaseT能用相同电缆与连接器扮演不同原生接口的传输信道,包括音/视频、以太网络、控制接口、数据接口(如USB与PCIe)还有电源,因此免除每一种接口对不同电缆与连接器的需求;其他替代技术如果要成为汇整其他不同接口的传输信道,通常会需要额外的芯片组。6ZnEETC-电子工程专辑
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但Strategy Analytics的Riches认为,单价仍会是HDBaseT的一大障碍,“整体系统布署成本很重要,芯片成本也一样;”他认为,想要用“芯片虽然贵很多,但用长期眼光看来可以节省成本”这种说法来说服客户不容易。6ZnEETC-电子工程专辑
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VSI Labs的Kim也同意以上说法,因为HDBaseT交换器本身就可能很贵,而各种装置节点(如传感器、车用显示器…)会需要支持HDBaseT规格的零组件(如以太网络物理层),这都会为车厂带来额外成本。6ZnEETC-电子工程专辑
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Valens的Risling也无法以实际数字举例HDBaseT组件价格,“每一种应用案例都不一样,而且取决于各种因素,例如需要支持的接口与带宽,还有数量等等。”6ZnEETC-电子工程专辑
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HDBaseT面临的其他市场挑战6ZnEETC-电子工程专辑
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除了成本以及汽车产业对太多标准的疲乏等问题,HDBaseT还面临其他挑战,例如技术成熟性与技术寿命。Strategy Analytics的Riches指出,HDBaseT是一开始锁定消费性电子产业的、相对较新的技术,消费性标准可能生命周期很短,但汽车需要寿命更长的技术。6ZnEETC-电子工程专辑
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他举例指出,IEEE 1394 Firewire被越来越多消费性电子产品使用时,也曾想进军汽车市场,而“我猜汽车产业现在很庆幸他们没走那条路。”此外现在要以高带宽连结应用情境来说服车厂不容易,“未来高速自动化驾驶的场景可以预见,但在未来五年不可能大量涌现。”6ZnEETC-电子工程专辑
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Riches表示,很多车厂在实际设计上仍会考虑到对高速链路的需求,好让各个传感器能处理更多数据,不过HDBaseT若要取得动力还需要增加芯片供应来源,“车厂不喜欢只有单一供应商;”而现在除了Valens,并没有其他厂商确定会开发车用HDBaseT芯片。但他也指出,恩智浦半导体(NXP)与意法半导体(ST),都是HDBaseT联盟的成员。6ZnEETC-电子工程专辑
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Valens的Risling则指出,车厂中开发不同车用装置的各部门之间壁垒分明,是他们在推广HDBaseT技术时遇到的一大挑战,因为该技术不只是能针对不同连结进行优化,更重要的是那些车内连结汇整的优化,从而让车内ECU与储存得以共享资源;但若是各部门之间是分头开发,要传达这样的讯息非常困难。6ZnEETC-电子工程专辑
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此外Risling也指出,市场上对于连网汽车仍存在许多不确定性,车厂与Tier One供应商还在定义最优先的功能需求,他们也正在与汽车产业紧密合作;因此Valens越来越意识到伙伴关系与联盟的重要性,除了重视汽车产业伙伴的价值,还有与不同产业标准组织、芯片制造商的合作,如目前Valens也与MIPI Alliance旗下的车用工作小组有合作关系。6ZnEETC-电子工程专辑
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编译:Judith Cheng6ZnEETC-电子工程专辑

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Junko Yoshida
ASPENCORE全球联席总编辑,首席国际特派记者。曾任把口记者(beat reporter)和EE Times主编的Junko Yoshida现在把更多时间用来报道全球电子行业,尤其关注中国。 她的关注重点一直是新兴技术和商业模式,新一代消费电子产品往往诞生于此。 她现在正在增加对中国半导体制造商的报道,撰写关于晶圆厂和无晶圆厂制造商的规划。 此外,她还为EE Times的Designlines栏目提供汽车、物联网和无线/网络服务相关内容。 自1990年以来,她一直在为EE Times提供内容。
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