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对智能驾驶来说,存储、感知、计算、连接正在发生怎样的技术演进?

时间:2021-12-24 08:39:03 作者:黄烨锋 阅读:
在12月23日举办的国际汽车电子论坛智能驾驶分论坛上,我们不仅看到像大陆集团、均胜电子、宁德时代、英飞凌这样的老面孔,也能看到造FPGA的赛灵思、造存储器的江波龙、造CIS(CMOS图像传感器)的思特威、相关连接标准与芯片的Valens Semiconductor和信号链MCU的芯海科技,以及属于偏向造车新势力的智己汽车。这也能看出“智能驾驶”时代的产业发展相当热闹,汽车这个词在显著拓展着其边界。
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随汽车电子的发展,很多参与到汽车产业链的新势力都表明“智能汽车是没有边界的”。比如说很多人可能不知道,赛灵思在智能汽车领域已经发展了15个年头了。在昨天的国际汽车电子论坛智能驾驶分论坛上,赛灵思大中华区汽车业务拓展经理花盛介绍说,公司FY2007到FY2021,汽车业务收入持续了2位数的年复合增长率,总计发货2.05亿片器件,其中8000万是用于ADAS的。

一个比较典型的场景是有上汽R-CAR基于赛灵思平台,搭配大陆集团的成像雷达应用。这两家企业、两个品牌在我们看来,就属于智能汽车领域非常有意思的搭配。大陆集团在汽车行业的发展有百年以上的历史,是非常典型和老牌的Tier 1企业。和赛灵思这样的FPGA厂商做搭配,大概能够表现现代汽车发展的某种独特样貌。

这就是汽车电子的魔力,更多汽车行业的非传统市场参与者也加入进来。所以本次论坛上,我们不仅看到像大陆集团、均胜电子、宁德时代、英飞凌这样的老面孔,也能看到造FPGA的赛灵思、造存储器的江波龙、造CIS(CMOS图像传感器)的思特威、相关连接标准与芯片的Valens Semiconductor和信号链MCU的芯海科技,以及属于偏向造车新势力的智己汽车。这也能看出“智能驾驶”时代的产业发展相当热闹,汽车这个词在显著拓展着其边界。

未来出行长什么样?

大陆集团中国区创新与战略合作部总监吕楠在主题演讲中援引了Roland Berger的汽车行业报告,提及价值链的变化。“汽车以前更多是封闭的,零件组装好以后基本交付到4S店,交付给了客户,那么除了售后之外流程就结束了。”

“在汽车转向移动终端以后,车载生态的作用越来越大。相当于轮子上架着一台高性能计算机。以前买的是车,未来买的其实是‘智能’。”吕楠说,“就像以前买手机买的是信号、功能;智能手机时代就是买软件和服务了。”出行和运输生态系统,甚至到未来可能全面到来的汽车共享,都是过去的人们和原先的汽车产业不曾想到的。

如今的汽车作为移动终端,大概也是让大陆集团这种传统百年老店随时代而动的根本。吕楠为我们呈现了大陆集团眼中的城市规划愿景图,自动驾驶、无缝出行、无人机配送、智慧建筑、风力发电机等等。

与此同时,吕楠也给出了现阶段城市化进程的数据,提到乘用车利用率、城市出行规划效率不高,以及智慧城市、智能网联车、不同模式运输与出行的推进加速。大陆集团认为,未来出行的大趋势(及新要求)包括了可持续、城市化、数字化,和社会的老龄化。这几个趋势在技术层面对电气化、共享出行、智能互联和无人驾驶很自然地提出了需求。具体的解决方案则包括了无人配送、无人驾驶小巴、智能交通、车辆共享等。这些也都是大陆集团的布局。

落到实处,包括车端、路端,乃至云都需要做出技术迈进。吕楠举了几个例子,比如大陆集团在湘江新区做的项目:“28公里的高速公路,我们在不同路段搭载了我们的设备,实现高速数字化,实现车路协同。”“电线杆是边缘计算单元,让路侧实现数字化,将雷达和摄像头抓取到的路侧信息在本地进行数据融合,再将结构化数据传到云端,通过云端应用反馈到车端。比如对汽车而言,若前方远处有货物掉落,就能提前规避该风险。”

另外还有包括智慧红绿灯的例子:传统红绿灯是固定时长等待的;而在加装路侧感知以后,随时可探测堵车情况;配置云端方案,及时下发到路侧红绿灯;在没有车的情况下,红绿灯提供一路畅通的体验;在堵车长度很长的情况下,也可适当压缩红绿灯时间,提高交通流效率。更多案例,如摄像头与雷达融合传感,以及解决找停车位困难且自动泊车的例子,因篇幅原因,此处不再赘述。

从存储、感知、连接和整车,来看当代汽车

最终智慧出行、智能驾驶落到实处还是需要基础器件的技术发展的。从个别半导体器件的细微处,往往是最能以管中一窥的方式来了解当代汽车的发展样貌的。其中颇具代表性的器件就是存储器了。车身、仪表/信息娱乐系统、底盘/安全、动力总成、辅助驾驶系统/自动驾驶都需要用到存储器,即便协议、介质可能都有差异。

江波龙电子上海销售子公司总经理陈海峰表示,随着自动驾驶等级提高,从L1-L5对存储带宽和容量的要求也越来越高。在美光、海通证券给出的数据中,达到L5级别则至少要求DRAM有896GB/s带宽的GDDR6;固态存储方面,达成PCIe x4的3000MB/s持续读写性能,存储容量也需超过2TB。

这是偏未来的展望,实际上现在国家同样有数据规范标准,在《机动车运行安全技术条件》中对存储的规范就提到“内置存储器容量应不小于保存4小时的视频流数据所需容量”,对于现在的1080p常规存储需求而言,也就是至少要8GB以上的容量。陈海峰也列举了江波龙的车规级存储器产品,包括用于前装多路摄像头IVI、流媒体后视镜的eMMC,及江波龙探索中的一些新技术。

这一例中“存储”的数据主要是来自外界获取的图像和画面。那么相关于CMOS图像传感器,思特威汽车芯片部副总裁邵科则援引了Yole Developpement的数据,提到预计到2026年车载CIS出货量会达到3.64亿颗。这5-10年,ADAS、舱内智能化发展都趋势,都让车载CIS有快速、稳健的增长。

邵科介绍说,CIS主要应用于车载智能视觉的3大方向,包括车载影视类应用(包括后视、360°环视、流媒体)、车载感知ADAS应用(前视、侧视)、舱内应用(DMS、OMS、DVR)。“车上的摄像头越来越多,使用越来越广泛,这些都能大大提升驾乘体验。”

而且CIS的不同应用对CIS的性能有不同的需求侧重点,且这些年也在快速发展中。不仅包括CIS分辨率在提高,而且如车载影像类应用更多的要求“夜视全彩”和“较低功耗”;车载感知ADAS应用则要求有效识别交通信号、确定安全、具备出色的HDR性能及夜视全彩;

对舱内in-carbin应用而言,“从DMS到OMS,一方面,驾驶员不能脱离控制;与此同时,前排后排乘客、车内物品识别也需要实现更多的智能化应用;舱内娱乐也会成为趋势。摄像头的数量和分辨率都在提升。而且以前DVR很多是后装的,现在也提升到了前装的过程中。”思特威在这3个大方向的应用上,都有对应的CIS解决方案,此前我们也不止一次地撰文介绍过。

在存储、图像感知之外的另一个重要话题是连接。Valens Semiconductor技术及市场开拓负责人张磊表示现在的ADAS存在的技术不足和限制主要包括(1)车内传输数据带宽在指数级增加,传统车载技术没有升级空间来满足现有需求;(2)高带宽传输信号线缆长度越来越长,后果就是性能下降;(3)线缆和电子器件数量在增加,整车需要越来越大的电流,那么就可能导致更大的电磁干扰问题。

此前MIPI联盟就选择了Valens的技术作为标准基础,诞生了MIPI A-PHY。张磊表示,”Valens的PHY技术有非常好的可靠性和抗干扰能力;而且能够优化、充分利用现有的线束线缆,实现低成本;RTS(Retransmission Scheme)和NBIC(Narrowband Interference Cancellation)是很先进的解决方案;以及未来达成>48Gbps吞吐,可满足自动驾驶需求。”

其中的技术点包括高阶PAM调制、实时去干扰技术、动态调制和同传,“Valens的技术有非常好的EMI和EMC特性,能够满足车规需求。”

目前MIPI A-PHY生态的发展趋势也相当不错。这个生态的发展价值也在于,此前D-PHY接口传输距离短,需要用到桥接芯片将CSI信号延长,从后端将信号恢复后再做处理。张磊介绍说此处PHY链路技术常见私有协议,从前至后不同厂商的产品往往无法做到互联互通。“A-PHY把链路统一起来,前端后端芯片都只需要满足A-PHY标准协议,就能互联互通,也能缓解现在车厂、Tier 1面临的缺芯问题。”张磊说。

未来MIPI联盟要做到的是,A-PHY接口集成到传感器和SoC中,从传感器出来的A-PHY信号就能做长距离传输,而不需要桥接芯片。那么从架构、尺寸、功耗、系统成本等角度都会有很大的优势。张磊还特别给出了一组360°车载环视系统,采用不同方案的成本对比。看起来基于MIPI A-PHY的集成化方案的确会是“ADAS的车内连接黄金标准”。

虽然我们的论坛无法在一天主题演讲时间里,涵盖智能驾驶的方方面面。但从这些还是能看出一些破局代表性的思路了。那么这部分的最后也从整车的角度来谈谈智能驾驶。智己汽车副CTO郭辉谈到了智能驾驶的全栈技术路线图。

智己汽车对于智能驾驶从本地到云有一整套全栈技术路线。本地的包括智能驾驶应用软件、基础软件、硬件平台和最底层的电气架构;云端也有云端软件。“智能驾驶需要具备全栈的技术解决方案,打通软硬件各个环节。其中硬件方面,包括适配智能驾驶的整车电气架构、线控底盘、智能驾驶相关的传感器,如毫米波雷达、摄像头、激光雷达等,以及承载智能驾驶算法的域控制器。”郭辉说。

“在基础底层软件方面,采用了业界领先的安全实时操作系统和中间件;在智能驾驶算法方面,采用数据驱动的开发方式,在云端、车端实现数据闭环迭代,不断提升智能驾驶的性能及用户体验。”

其中属于智己汽车智驾差异化体验的技术基础,主要包括三个部分,分别是第一,“基于数据驱动的业务特点”——这也是当代AI发展的必然,尤其对中国复杂的路况和各类不同场景。第二,“信息安全,包括有一整套信息安全一体化流程,以及“多层纵深的云、管、端安全防护方案”。

第三则在“基于智己高端品牌的智驾体验,Door to Door Pilot”,在驾驶员监督下,根据预设的导航规划,完成车辆从停车场泊出,至上车点,经城市领航-高速领航-城市领航,至下车点车辆自动从停车场泊入的全程智能辅助驾驶过程——这其中涉及到的核心技术包括高精地图、导航信息、高精定位、规划策略、视觉定位等。

智能座舱的精细化,和辅助驾驶的进化

这次论坛上列席的芯海科技算是汽车电子的又一个新的入局者。这家企业在智能座舱应用中逐渐开始有所布局,包括压力触控按键、车联网、健康测量、TPMS、多模传感器调理芯片等模拟信号链+MCU产品。

芯海科技资深市场经理袁昆在主题演讲中主要介绍的是芯海科技的一款最新通过了AEC-Q100车规级认证的CSA37F62芯片。“现在很多车的中控屏都换成了很大的液晶屏,带来的变化是物理按键的逐渐消失。和屏幕做交互,我们以前按上去没有实际物理反馈,不知道按到了没有,需要低头去看,这对行车安全是威胁。”

所以压力触控能够为操作者提供反馈。其基本原理是感应面板产生形变,基于压敏材料的微压力应变器最小可检测1μm的形变;微弱电压抵达“高精度低温漂的3D Touch SoC/MCU”;信号检测数据解析后,对应的触控事件产生不同的交互。袁昆说相较于电容触控,这种压力触控按键不限表面材质,有任意输入方式,且线性输出、触摸更精准。与此同时抗干扰性强、寿命比机械按键、电容触摸按键长很多等等。袁昆还特别提到芯海也提供算法和解决方案,“接近于量产”。

CSA37F62就是颇为典型的提升智能驾驶体验的细节化的例子。

英飞凌科技(中国)有限公司车身与智能网系统大中华区汽车电子事业部市场部总监潘晓哲也提到了车内物理按键的逐渐变少。此前我们对于英飞凌的感知、功率,以及计算MCU方面的产品都有比较多的介绍。这次潘晓哲提到,英飞凌对于汽车信息娱乐系统,提供的产品涵盖了计算、功率、存储、感知和连接。

对于智能座舱,英飞凌涉足的应用包含人机交互(HMI)、信息娱乐系统、互联(包括车内互联和与外界的互联)、汽车访问(如钥匙访问,车与车的连接访问机制等)。这其中涉及到细节化的智能驾驶体验就更加多样了。比如物理按键的减少,包括门把手、后备箱越来越多触控式的设计;连高级车钥匙都成为触摸式的了。潘晓哲说,甚至不只是中控屏,包括车内许多2-4寸的小屏都会变为触摸按键。

潘晓哲还特别提到了Smart Surface:“和合作伙伴讨论,开发其他材质界面,比如木头、碳纤维、金属、塑料,都能通过触控进行操作。比如门把手,直接将小触控屏集成在表面板上,甚至做简单的功能显示。”

除此之外,英飞凌的硅麦作为声控的主要构成部分也是我们比较熟悉的了。且硅麦的价值不仅体现在语音控制上,“硅麦可以和雷达、摄像头配合。比如有特种车辆靠近(如救护车、消防车等),可判断声音有多远、哪个角度过来;甚至进行胎噪收集,对当前道路情况可做判断,都能提供很好的驾乘体验。”有关3D ToF做OMS/DMS,甚至舱内毫米波雷达来监测生命体征类应用,也都是此前我们在文章中介绍得比较多的了。

可以预见的是,像芯海科技、英飞凌这样的半导体制造商,还将在智能驾舱场景下创造更多可提升驾乘体验的细节。在不同材质界面上直接进行触控操作,大概是10年以前科幻电影才有的场景。

说完智能座舱再来谈谈ADAS。赛灵思大中华区汽车业务拓展经理花盛在主题演讲中用了比较大的篇幅来谈ADAS传感器及其发展趋势。花盛列出了智能汽车传感器发展特点和面临的挑战。

主要在ADAS传感器方面,特点包括数量越来越多、并产生海量数据;种类与接口协议都不同;探测同一目标的时间、频率等可能存在差异;而且不同的传感器有各自的优缺点,无法通过单个传感器解决所有问题;传感器也在快速迭代和升级。传感器走向高性能,以及多传感器做融合是势在必行的。

于是也就产生了很多新的挑战,包括数据吞吐与带宽、适配不同协议及统一接口接入、多传感器融合技术,以及同一平台对软硬件和IP的复用。

这应该也就能引出赛灵思以FPGA芯片以及现在的自适应计算加速平台对此具备的较高的适配性。“提供自适应平台和丰富可扩展性。”比如接口可更改、升级,带宽数量可灵活变更。加上异构计算、并发机制和AI加速能力等特性,对上述传感器的发展趋势而言是很适用的。

文首提到的,Zynq搭配大陆集团的成像雷达就是一个例子。另外花盛也列举了高清摄像头、激光雷达,以及传感器融合等,采用赛灵思解决方案的例子,及对应的合作伙伴。FPGA灵活性、独特性、接入能力、超低延迟、数据流处理等特性,令其在各种领域都有应用场景和用武之地。

市场角色分工变化

随汽车电子的发展,原有OEM、Tier 1、Tier 2等不同角色定位的规整性,正在这个时代下发生显著变化。与此同时汽车电子发展令软件架构发生变迁,汽车之上的部分软硬件解耦也成为趋势。

均胜电子决策规划高级工程师郑鑫宇在本次论坛的主题演讲中详述了这些变化。他提到,在模块化软件部分,现在的情况是OEM主导功能层软件的开发、Tier 1提供标准化的产品和技术服务、Tier 2则变成了Tier 0.5——这也是众所周知的事实了。而未来的趋势会发展为掌握数据迭代能力的OEM会快速成为头部OEM;Tier 1头部效应凸显;Tier 2的集成化程度提高,技术价值转移。

在“OEM、供应商全新的合作模式”下,原本供应商的职责部分,很多都变为由主机厂&供应商共同参与或各有分工。从过去OEM厂商拿交钥匙方案,到如今主导软件硬件定义;从过去Tier 1负责40%个性化开发、60%标准开发,到现在100%标准开发。

郑鑫宇谈到未来“很可能的行业分工”:OEM厂商通过OTA更新,模块更快速的更新迭代带来用户体验提升;逻辑参数调整带来性能提升;模块的有机组合带来新的功能。Tier 1则将专注于模块化、平台化的开发,模块迭代速度大幅提升;更高的标准化支持,同时服务更多客户;Tier 1将逐渐头部化。Tier 2这一侧,“集成化程度越来越高,技术难度越来越大,通过技术壁垒才能形成行业优势”——集成化程度提高,系统整合难度则相应降低,这对OEM而言倒是件好事。

除了软件带来的这些变化,硬件的“平台化设计”成为趋势,包括“通用化、全功能的冗余设计,可自由组装兼容”;“基于模块化的功能及模块的定义与分解,模块化的硬件设计”;和“标准化总线互联及接口设计”。

此处郑鑫宇提到了Hypervisor虚拟化。“作为上层软件开发者,不需要过多关注硬件资源。因为已经被抽象出来了。”郑鑫宇说,“结果就是硬件迁移变得更简单、高效,成本更低。”

那么最终软硬件实现解耦,这也是我们在很多芯片企业那里听到有关汽车电子未来生态的演进方向。“软硬件相干越来越少。这也是为了降低成本。”包括统一软件架构、通用工具链、中间件虚拟化。这些事实上也是麦肯锡此前对汽车电子及软件架构预测方向的组成部分。这也是均胜软件平台在做的事情。

我们认为,汽车电子软硬件架构及市场角色定位随着技术的发展可能还会进一步发生变化。文首提到汽车电子带来了各种各样的可能性,大肆扩展了汽车的边界。那么本文最后的落脚点也在当汽车成为电子产品,则其各部分的变革都将逐渐被提上日程。加上汽车本身整个系统的复杂性,其内部各部分结构,甚至产业价值的转移和演进都将是巨大且长期持续的。

2021国际汽车电子创新发展论坛是由中国(上海)自由贸易试验区临港新片区管理委员会指导,AspenCore主办,上海市集成电路行业协会、上海市交通电子行业协会协办的。

最后值得一提的是,中国(上海)自由贸易试验区临港新片区管理委员会高新产业和科技创新处副处长李向聪在会上发表演讲,谈到了临港的发展和规划,论及临港发展速度之快,及作为“一座汽车城”现有资源和未来发展潜力无限。“临港将用5年时间完成其他汽车城20年不曾实现的梦想”,是从战略、规模、人才、效率、创新等各方面的优势所致。

责编:Luffy Liu

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
黄烨锋
欧阳洋葱,编辑、上海记者,专注成像、移动与半导体,热爱理论技术研究。
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