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自动驾驶产生的超大数据量,哪种传输标准能搞定?

时间:2018-08-30 作者:Junko Yoshida 阅读:
自动驾驶车开发商希望车载连网速度能达到multi-gigabit速度,许多产业联盟和标准机构,像是自动驾驶汽车网络联盟(NAV)、MIPI联盟和HDBaseT联盟都正摩拳擦掌,准备抢食这块大饼…

 不久前,芯片供应商还专注于移动产业,而现在,他们的重心已移往汽车产业。

第4级和第5级自动驾驶车的开发者希望车子内部的连网速度能达到数千兆位(multi-gigabit)速度,许多产业联盟和制定标准的机构,像是自动驾驶汽车网络联盟(NAV)、MIPI联盟(MIPI Alliance)和HDBaseT联盟都正摩拳擦掌,准备抢食这块大饼。

当然,具备全自动驾驶功能的汽车尚未问世,而这种车子对于像是视觉、激光雷达和雷达这类高分辨率传感器的依赖程度相当高,所产生的数据量必定会大幅增加。那些曾为数据中心、企业基础设施或专业工作室开发高速连接技术的产业组织,看到了汽车市场所带来的巨大商机。

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Aquantia描绘的未来车载网络(来源:Aquantia)

上周,MIPI联盟开始为移动产业开发新的接口规范,以因应汽车产业对于高速数据传输接口的需求。目前已制定了MIPI A-PHY标准规范,在15米长度的物理层,可达每秒12到24千兆位(Gbps)的传输速度,联盟预计于2019年底提供MIPI A-PHY 1.0版给开发人员。

就在上个月,HDBaseT联盟宣布Denso成为“贡献会员”(contributor member)。HDBaseT原本是一种消费性电子与商业应用连接标准,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,称做HDBaseT Automotive标准。
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(来源:Valens Semiconductor)

Valens Semiconductor资深副总裁兼汽车部门负责人Micha Risling在接受《EE Times》采访时表示:“HDBaseT现在可以透过无包覆双绞线(UTP)达到2Gbps带宽,这是一种更便宜、更灵活且更易于安装的线缆,而它未来的版本将可支持高达4/8/12/16Gbps的传输速度。”

此外,由芯片供应商Aquantia、Nvidia、Bosch,以及德国大陆集团(Continental)和福斯汽车(Volkswagen)组成的NAV联盟拥有一大优势,据说正与IEEE以太网络联盟同步开发IEEE Multi-Gig Automotive Ethernet PHY标准,背后的推动者是芯片商Aquantia。与其他公司不同的是,Aquantia率先开发出高速、multi-gigabit速度的以太网络技术,目前应用于数据中心(传输速度达到10/25/100GbE)和企业基础设施(传输速度达到2.5/5/10GbE)。

Aquantia汽车产品营销副总裁Amir Bar-Niv在上周接受《EE Times》采访时提到:“之前汽车产业没有发展出Multi-Gig汽车以太网络技术。”他解释,其他公司可推出他们自有的解决方案,藉以得到进入市场的机会。但现在,IEEE Multi-Gig Automotive Ethernet PHY标准正顺利地开发中,“现在汽车市场不再缺乏此类网络传输技术。”

在Aquantia看来,OEM代工厂和一线车厂采用Multi-Gig汽车以太网络技术(Automotive Ethernet)几乎已成定局。

根据Aquantia的说法,汽车产业界了解到若是采用最新的Automotive Multi-Gig Ethernet PHY标准,可以享受许多以太网络既有的好处,像是众多供应商和低成本,功能特性方面支持交换、同步、音视频桥接(AVB)/时效性网络(TSN)标准、安全性和网络拓扑等。

这些技术能互补吗?

然而,值得注意的是,并非所有长距离汽车通讯接口的特性都是相同的。市场研究机构Strategy Analytics车用电子市场研究总监Ian Riches举例,MIPI的汽车接口与HDBaseT即有所不同,他表示:“MIPI A-PHY是一种点对点异步链接技术,一边的带宽很大,另一边则较小,它只是一个数据传输管道(data pipe),并不像HDBaseT那样原生支持USB、以太网络和电源。”

尽管如此,MIPI将与其他multi-gig连接技术竞争,像是汽车以太网络(Automotive Ethernet)技术,Riches说:“此技术用来连接高带宽设备(例如相机)到中央控制器。”

关于这些竞争技术的比较,Riches说:“如果你要选择网络技术,以太网络是很棒的选择。HDBaseT支持电力传输、链接USB等功能。MIPI A-PHY的直接竞争对手为专有LVDS解决方案,如APIX、FPD-Link、GMSL等技术,它很适合在受限的信号控制信道中,将数据从某处传输到另一处。”

再次使用MIPI移动协议?

MIPI联盟董事会成员兼高通资深技术总监Rick Wietfeldt认为以太网络、MIPI和HDBaseT技术在汽车生态系统中为互补技术,各占有一席之地。

他解释,MIPI为汽车产业提供关于“效能、再次使用和生态体系”三方面的好处。

更具体地说,MIPI的A-PHY与其他技术的不同点在于,为相机、传感器和显示器提供量身定制的非对称连接性。Wietfeldt认为:“虽然以太网络是一种广泛采用的成熟解决方案,然而,对于汽车市场来说,仍算是较新的标准,必须导入新的缆线、连接器、Ethernet PHY接口和交换机产品。”

另一个关键(好处)是A-PHY为高速串流相关的应用提供服务,例如需要在点对点架构中进行严格延迟控制的相机和显示器应用。

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MIPI联盟的规划(来源:MIPI)

另一方面,Wietfeldt观察到:“许多人将以太网络视为高速控制应用中主要的‘网络(通常指多对多)’架构接口(尽管不是唯一的)。”他补充:“此外,目前的汽车以太网络速度是1Gbps,未来将加快到10Gbps,其预计达成的时间大约与MIPI A-PHY设定的时程相当。”

事实上,虽然Aquantia先推出暂行标准Multi-Gig Automotive Ethernet PHY(2.5G、5G、10G),但IEEE Multi-Gig Automotive Ethernet PHY规格尚被未批准,仍需要经过正常的IEEE标准制定程序。

当提到再次采用MIPI技术时,高通的Wietfeldt解释,使用MIPI A-PHY物理层接口,可以“直接有效地执行MIPI移动协议的相机接口(CSI)/显示器接口(DSI),兼容于目前数十亿智能手机中使用的芯片,并且在汽车电子中也被普遍采用。”

以太网络会是最终的选择?

Aquantia不认同MIPI联盟对汽车以太网络的论点。Bar-Niv声称:“整体而言,只有以太网络的所有功能几乎都已获得OEM厂商的认可,足以真正符合未来4/5级自动驾驶汽车所需的车载网络需求。”

他指出:“MIPI似乎专注于点对点连接的特定应用或网络拓扑。以太网络不仅能符合需求(支持星状、网状、环状,菊花炼拓墣等),而且还满足了4/5级自动驾驶对于IEEE标准的要求(可靠性、安全性等)。关于开发部分,MIPI、LVDS和HDBaseT等联盟却必须从头开始。”

Bar-Niv还补充说到:“未来汽车连网需要更快的数据传输速度,以太网络的媒体访问控制层(MAC)传输速率已经高达100G,可满足未来的汽车应用需求。”

连接传感器

Strategy Analytics的Riches说:“虽然做为车载网络骨干的MIPI A-PHY并未将以太网络视为竞争技术,但MIPI和以太网络将会在‘传感器和显示器连接’方面产生竞争。”

以太网络并非只能做到点对点连接。但NAV联盟希望能传输高分辨率摄影机、光达和雷达所产生的巨大数据。

Aquantia解释说,车辆配备的高分辨率相机,其分辨率由720P提升到1080P,之后会提高到4K。该公司指出,这代表网络传输速度应该提升到10 Gbps。

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传感器融合和大量数据传输需求推动带宽拉升到Multi-Gig (来源:Aquantia)

更重要的是,现在推动Multi-Gigabit连接技术的是音/视频开发人员,他们希望运用未压缩的原始传感器数据进行传感器融合。

Aquantia的Bar-Niv告诉我们,今天的传感器模块搭载了预处理装置。“新趋势是不采用这些预处理芯片,以降低传感器模块的成本并降低功耗。”他解释说,这些传感器通常位于汽车最热的地方,效能会随着热度上升而显著下降。如果业界不使用这些预处理芯片,缆线就必须以2Gbps到8Gbps的速率传输原始数据。

MIPI联盟的Wietfeldt充分意识到这些需求,他强调:“MIPI A-PHY是一种应用于传感器、摄影机和显示器的高速非对称串流接口,可作为以太网络的替代技术。”
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(来源:MIPI)

MIPI联盟有信心确保MIPI A-PHY标准能在具有复杂和挑战性的车载环境中,运用低成本且轻量的实体信道传输数据,达到“数据完整性”(Data Integrity)。目前12Gbps到24Gbps速度的MIPI A-PHY标准正在开发中,MIPI联盟也开始研发更高速的规格,像是超过48Gbps的传输速度,用于显示器与其他应用。

谁将供应这些芯片?

Riches说:“我们将很容易看到高度自动驾驶的相关应用,但未来五年内并不会大量出现。”

他指出,原始资料传感器融合也许仍是一个值得期待的目标,他说:“对于高速连接技术的需求,许多汽车制造商在每个传感器上加入大量处理数据的功能。”当谈到芯片供应商中有哪些人正在开发车用Multi-Gigabit连接技术时,Valens半导体是其中一间公司,目前正在推动HDBaseT技术,而Aquatia则为Automotive Multi-Gig Ethernet PHY技术的领导者。

除了Aquatia,博通、Marvell与恩智浦也是IEEE Multi-Gig Automotive Ethernet PHY标准的主要推动者。

在HDBaseT联盟中,恩智浦为“贡献会员”,意法半导体为“参与会员”(adopter member)。虽然目前尚不清楚哪些公司致力于发展MIPI A-PHY标准,但MIPI联盟已将高通、意法半导体、恩智浦、英特尔/Mobileye和Valens等芯片供应商列为会员。在标准确立的初期,大多数汽车芯片公司可能必须多方参与各种标准联盟。

编译:Susan Hong, EETimes Taiwan

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