芯片方案大举出笼 ADAS/V2X发展打通任督二脉

根据ABI Research研究指出,西欧地区为目前全球最大的先进驾驶辅助系统(ADAS)市场;预估2015年全球ADAS市场规模达158.74亿美元,至2017年ADAS市场规模将攀升至326.75亿美元。 其ADAS主要成长动能来自于欧洲、北美及日本带头推动车辆安全法规,例如美国自2015年起规定一般车辆与商用车强制装设倒车显示器,2018年起新车全数装设倒车显示器;另外,日本自2017年11月起,所有新出厂的车辆均须装置前车碰撞警示(FCW)。
图1 英飞凌汽车半导体业务事业处经理杨雅惠表示,藉由政府政策的推动,将有助于刺激ADAS应用发展。
英飞凌(Infineon)汽车半导体业务事业处经理杨雅惠(图1)表示,ADAS之所以兴起的主要原因来自于欧盟制定的标准机制。 由欧盟针对新汽车安全标准制定了五颗星等级,由欧盟新车安全评鉴协会(European New Car Assessment Programme, EuroNCAP)进行测试,符合五颗星等级的汽车即为政府认定的好车,透过法令的要求,驱动车子系统走向更安全的设计。信息工业策进会智能网通系统研究所副所长王祖方认为,目前汽车电子、ADAS相关厂商、信息服务商以及软件业者之间的合作日益频繁,其共同合作聚焦于车用感测技术、数据分析技术和人工智能的部分。
王祖方进一步说明,车用传感器技术衍生出车用感测为ADAS关键零组件,作为发展智能汽车的基础;此外,数据分析技术和人工智能则是针对驾驶行为分析、驾驶生理状态分析、智能化决策分析等,透过分布于汽车内各式各样的电子控制组件(ECU)搜集的数据进行分析,实时回馈给驾驶,有利提升驾驶者的安全。
相机/感测/控制模块加持 ADAS应用更上层楼

图2 瑞萨营销事业部汽车应用营销部经理何吉哲表示,相机模块、雷达传感器和控制器将为ADAS应用的重要组件。
瑞萨电子(Renesas Electronics)营销事业部汽车应用营销部经理何吉哲(图2)指出,以系统面来讲,未来ADAS应用越来越多会着重于相机模块(CMOS Module)、车内控制器和雷达传感器这几个领域。 他分析,过去汽车只会装设一台倒车镜头,现在还须在前头加装行车记录器镜头,未来更有环景视角的需求,足见相机模块商机可望大幅攀升;除此之外,相较于过去ADAS芯片大多处理像是行车记录器的简单功能,随着用户要求增加,如环景感测、道路偏移辨识、盲点侦测与车内应用(像是车内的2D或3D音响设备)等功能,将进一步扩大感测芯片的需求。值得一提的是,相机模块的增加连带提升影像数据数据大量增加,更牵动车用以太网络(Ethernet AVB)的应用需求。何吉哲表示,目前汽车中的相机模块的需求大多是介于四颗相机镜头之间,未来相机镜头数量只会有增无减,照这样的局势看来必将需要有一个中介传输桥梁架起相机与车机的连接,而Ethernet AVB技术即是未来链接汽车应用发展的新趋势(图3)。
图3 在影音娱乐系统大量数据的趋势下,Ethernet AVB势必成为未来车用链接的主要架构。
根据杨雅惠对Ethernet市场的观察指出,因应越来越多车用娱乐系统的应用,许多车厂已开始布局Ethernet的架构。 她认为Ethernet架构势必将成为潮流,然而就目前状况看来,Ethernet尚未普及化存有三个因素,一方面是因为Ethernet相较传统CAN的架构,在成本上还是偏高,其之间价格的差异是以倍数计算;二方面在于Ethernet的制定尚未有明确的标准化定义,因此各大车厂大多属于观望状态;最后以现阶段来讲, 并非所有车种都需要大数据的传输,因此不一定需要Ethernet的架构;综合上述的现况,Ethernet架构目前还是着重于高阶车款应用。
何吉哲指出,瑞萨今年推出的R-Car T2即是因应Ethernet AVB趋势推出的产品,有鉴于相机模块在ADAS应用机会越来越多,其显示在仪表板或车子屏幕上面的讯号就必须透过Ethernet AVB的线连接起来,使得传输的信息可在屏幕上面做运算。 因此瑞萨在相机这端,推出R-Car T2来处理影像压缩,而后利用Ethernet AVB传输信息;该产品使得瑞萨R-Car系列组件更加完整,以满足信息娱乐、汽车仪表与ADAS等应用。
据了解,R-Car T2可支持多重标准,包括IEEE 802.1AS、IEEE 802.1Qav、IEEE 802.1Qat及IEEE 1722标准,并内建瑞萨自行开发的H.264编码器,可提供低延迟压缩并实时传输高画质HD视讯(1,280×960)。 视讯能在维持小于1毫秒(千分之一秒)的较低延迟下进行压缩,并透过汽车系统的网络传输至多个系统(图4)。
图4 利用R-Car T2可提供低延迟压缩实时提供高画质视讯传输至多个车用系统。
据了解,瑞萨今年主力的车用微控制器(MCU)产品锁定低阶的R-Car E2X和R-Car E2系列,其主要市场来自于新兴国家或中国,这些市场要求比较低价、基本功能应用,只须能够显示、播放多媒体即可;亦即该产品无法控制仪表板和多媒体,比较类似于一般传统车机的单一功能。
事实上,瑞萨R-Car系列SoC针对不同层级的系统支持有不同解决方案。 举例来说,R-Car H2即是锁定高阶车款,提供ADAS、车用信息娱乐(IVI)和汽车仪表板(Cluster)的三合一芯片。
据悉,R-Car H2这种三合一的芯片可以降低生产成本。 何吉哲说明,过去传统的汽车在仪表板、汽车音响和ADAS分别都需要各自独立的芯片,若将这些芯片都整合在一起,对汽车厂商来讲在设计上相对单纯,而成本也相对?饥C。 但不可讳言的是,这种整合性的芯片需要同时支持仪表板、汽车音响多媒体以及ADAS安全控制,将进一步垫高软件设计的复杂度。
另一方面,针对新型的绘图仪表板,何吉哲透露,现行汽车的仪表板大多都是指针方式显示,而R-Car H2支持的是搭配全液晶屏幕的绘图性仪表板,该仪表板打破过去机械结构的样貌,以动画图像化的方式告知车子的状态,也就是说绘图式仪表板会以动画的方式,提供实时行车信息,如超速、导航、车子排档讯息(图5)。
图5 绘图运算技术的成熟催化新一代绘图式仪表板的诞生。
何吉哲强调,对车子来说仪表板算是一个安全接口,车子所有状况都必须呈现在汽车仪表板上,因此若仪表板提供的信息不准确,假设驾驶行驶的时速是每秒110公里,但仪表板显示为每秒100公里,有可能造成行车安全的疑虑。 另一方面,新的绘图仪表板也会增加图像处理的负担,因此在R-Car H2的绘图运算处理都是以硬件的设计方式加速运算效能。
不仅如此,考虑未来智能汽车的应用和运算需求,64位和H.265硬件加速器将是市场的主流;何吉哲表示,在最新一代的R-Car H3处理器的规格上会从32位升级到64位;他透露,目前R-Car H3的样品已经出来,预计该产品有望于2017年年底至2018年之间正式进入量产。
另一方面,何吉哲认为雷达在汽车运用也会逐渐增加。 一般的相机受限于天气变化因素,如下雨天、起雾的时候,视线会变差甚至看不到路况,利用雷达感测技术,即便是在天气状况不良或者在黑夜中,都可扫描物体的面积以及物体与车身的距离,也因此雷达技术的衍生运用会越来越多。
杨雅惠进一步补充,目前市场上看到的应用都是以雷达感测的方式做安全防护,但是雷达还是有看不到的时候,所以必须加装相机辅助,利用雷达与相机的整合强化感测的准确度,因此车子朝智能化发展的下一步将会是传感器融合(Sensor Fusion);简言之,所谓的Sensor Fusion指的就是雷达加上相机的解决方案。
杨雅惠表示,英飞凌在雷达这块领域已有大量产品导入设计(Design-in),目前英飞凌雷达的解决方案都是针对系统提供相关产品,其含括MCU、电源供应(Power Supply)和接收器(Receiver)等完整解决方案。
抢攻汽车市场 高通车用芯片轮番上阵
看好车用市场庞大商机,高通(Qualcomm)也陆续推出汽车级处理器、LTE调制解调器、VIVE 802.11ac技术(QCA65x4 Wi-Fi)以及系统单芯片(SoC)的Atlas信息娱乐系统单芯片和tuneX芯片的车用芯片组合产品,积极抢攻车用市场版图。
高通指出,智能汽车技术涵盖远程讯息通讯系统与连网高整合度解决方案、针对丰富信息娱乐系统所需的高分辨率图像与多媒体技术、ADAS所需的机器智能与传感器融合技术、GNSS定位技术、增进安全与驾驶便利的V2X通讯、电动车所需的无线充电技术等。
针对上述应用领域需求,高通进一步表示,在汽车级处理器部分该公司提供Snapdragon 820A与Snapdragon 602A;前者横跨顶级至标准阶层,其采用的模块化设计更使车辆信息娱乐系统可透过硬件及软件更新升级,后者则是首款高通技术公司汽车级信息娱乐芯片组,为车内环境提供先进智能型手机级的联网、信息娱乐、导航、音质与控制功能。
据了解,在LTE调制解调器的部分,高通发表Snapdragon X12 LTE、Snapdragon X5 LTE两项产品,其中Snapdragon X12 LTE为Snapdragon系列的顶级调制解调器,可支持多项下一代功能,例如LTE Advanced载波聚合、非授权频谱LTE(LTE-U)、LTE+Wi-Fi链路聚合;另外,Snapdragon X5 LTE则可支持4G LTE Advanced载波聚合的调制解调器,透过聚合两条10MHz的LTE频段,实现LTE Category 4最高150Mbit/s的下载速率。
另一方面,高通亦提供系统单芯片Atlas和tuneX芯片,该公司透露,Atlas信息娱乐系统单芯片提供中层至标准层市场高度整合、符合成本效益、预先封装的显示器音源解决方案,将车载信息娱乐、连网及定位功能整合在单一系统单芯片里;而tuneX芯片为针脚兼容的前端调节器芯片,结合软硬件,为车用原始设备制造商(OEM) 提供高度符合成本效益的软件无线电解决方案(SDR),为所有无线电标准提供绝佳无线射频表现,包括AM/FM、高音质广播(HD Radio)、数字音频传输(DAB)、数字版权管理(DRM)和T-DMB等,使OEM厂商不需再为各区域建置专属硬件。
值得一提的是,从商机面和芯片商近期动向与规划看来,半导体产业的整合有利于产业自身研发能力的提升,如高通技术公司并购的剑桥无线半导体(Cambridge Silicon Radio Limited, CSR)为高通增添更多车用技术资产。 高通表示,前身为CSR的高通技术国际(Qualcomm Technologies International, QTIL)提供市场蓝牙、Wi-Fi、音频及GNSS定位技术解决方案,并透过提供稳定的系统及完整软件支持,可降低物料列表成本、缩短上市时间、降低OEM厂商整体系统风险。
高通? {为,汽车产业长期以来一直希望拥有一款规模弹性解决方案,可创造丰富的用户体验,并兼顾消费者在个人行动装置所习惯的效能、连网及升级功能,包括实时云端连网及导航、沉浸?? K图像与影像显示、软硬件升级弹性、深度学习与远程诊断能力,开创下一代的汽车安全性能。 有鉴于此,该公司的Snapdragon 820透过整合优越的LTE云端连网、异质运算、多媒体效能及具备机器学习能力的单芯片汽车级解决方案,以满足上述应用需求。
整体而言,高通是以车联网为核心拓展车载资通讯,并切入车辆控制应用领域;而NIVIDIA则朝向自动驾驶技术发展,其中包括提升运算效能的超级计算机、演算软件、系统自主学习机制三大部分,透过增强图形辨识与自我学习能力发展,以后端巨量数据库不断进行修正的过程提升辨识与判断能力。
自驾车掀机器学习风 NVIDIA二代车用计算机添助力
自驾车的商机呼声四起,加速开启机器学习(Machine Learning)技术大门(图6)。NVIDIA顺势搭上此脉动,推出第二代车用计算机Drive PX2,除了搭载两颗新一代Tegra处理器外,更加码嵌入两颗Pascal架构的新一代独立绘图处理器(GPU),全力抢食自动驾驶汽车市场大饼。
图6 因应自驾车风潮,机器学习与人工智能备受瞩目。

图7 NVIDIA技术营销工程师张佑纶表示,自驾车的发展需要具备机器学习的能力与强大的运算效能,方能使车子自动实时认知、反应和处理可能发生的状况。
NVIDIA技术营销工程师张佑纶(图7)表示,NVIDIA看准自动驾驶系统对于运算效能的需求,因而刻意加上两颗Pascal架构的GPU,将该平台中AlexNet每秒可撷取的影像数提升至2,800张,提供机器学习的数学模型能够有足够的训练(Training),能使结果更接近理想的答案, 这也是NVIDIA为什么会将AlexNet用来当作参考指针的原因。张佑纶进一步表示,过去人类要做到训练机器是一件非常困难的事,这个过程需要考虑非常多的细节,藉由机器学习与深度学习的方式建立一个庞大的架构,再使用具备强大处理效能(Processing Power)的计算机自动处理各式各样可能会遇到的情境,才能使车子在多变的路况中,具有实时认知、反应和处理可能发生的状况。
据了解,NVIDIA在车用领域最主要是聚焦于前端(Front End)装置的部分。 张佑纶不讳言指出,现阶段车用领域的前端装置跨入机器学习领域较不恰当,他认为,任何东西都可以做机器学习,其主要差别在于效率问题,在效能的呈现上,一般的芯片厂商绝对不会比专门在做数据中心(Data Center)的公司强大。 对NIVIDA来讲,更重要的方向是如何部署深度学习,训练出一个高效能(High Efficiency)与智能的数据链路层(DLL),换言之,即为建造出具备足够处理效能的平台,使得自动驾驶计算机有足够的能力分析。 然而以现阶段来说,需要多少的运算效能都还是个未知数。
另一方面,对于CPU是否可取代GPU的疑问,张佑纶表示,NVIDIA一直在不同领域提出「协同运算」的看法;他进一步指出,CPU采用的运算方式为序列式运算,其复杂的难度显然高于GPU许多,然而针对应用领域的不同,像是影像运算的部分,GPU即可发挥出强大功效,GPU可利用平行运算的处理与CPU分工合作,协助CPU加速运算的过程。
值得一提的是,张佑纶强调,GPU与CPU最大的不同之处在于核心(Core)数的不同,目前市面上CPU最多可达16核心,但NVIDIA的上一代Driver PX的GPU核心数量约达2000核心。 他透露,即便GPU亦可做到序列式运算,但却需要花费更多的时间处理,因此GPU主要是以量取胜,可以将实际物理体积做的非常小,这也是NVIDIA在第二代车用计算机会外加两颗GPU的主要原因。
看准潜力十足的ADAS和V2X通讯应用商机,国际各大芯片厂从四面八方纷纷祭出多功能的芯片解决方案,紧锣密鼓的计划在汽车产业领域抢夺一席之地。 在这样猛烈的攻势之中,台湾半导体产业又该何去何从呢?
车用LED照明商机可期 台湾LED产业链拨云见日
杨雅惠认为,台湾LED产业在LED市场上有一定的市占率,虽然主要是做后装市场提供售后服务的部分,但经过长期累积的经验,也具备基本的电子技术与核心知识,在这样的条件之下是非常有机会打入车用市场。
杨雅惠表示,车用的LED照明是属于车身的应用,主要是以车灯设计为取向,有助于节能减碳的效用,此外,还可达成车灯自动转向的功能,相较于传统车灯只能随着车体转向而移动车灯照明方向,较为智能的车款LED照明可以在车子转动的时候,将照明灯锁定行驶的路线照明。 换言之,真正智能化的车灯会照明在驾驶者所要行驶的路线,做自动转向的功能(图8)。
图8 车用的LED照明将成为台湾LED产业新的蓝海市场。
杨雅惠透露,目前LED产品对整个汽车产业来讲,LED照明整体物料列表(BOM)成本还是会比传统的车灯还高,所以这种设计通常都会以高阶车款接受度较高。 她进一步表示,LED照明主要用于日间车灯与尾灯,大多为欧系车厂的接受度较高,例如奥迪的高阶车款就是从日间行驶照明灯、前灯、尾灯都使用LED的解决方案。
显而易见的,杨雅惠认为,车用LED照明势必将是未来趋势,若是可以在成本与LED产品的生命周期取得平衡,即可达到普及,将成为LED产业新的成长机会。 台湾LED产业若可跳脱后装市场的框架,尽早投入车用LED照明,可望能为台湾半导体开创新商机。
然而,投入车用LED照明最大的挑战在于如何进入汽车产业的供应链。 杨雅惠指出,在车用领域许多产品都须被认证、检验,若要进入前装市场的领域,车厂势必要求LED厂商的产品需要符合车规要求,这对LED厂商来说成本考虑是一大问题。 另一方面,汽车产业的供应有一定的机制存在,现行国际车厂大多仍采用大型国际品牌或当地品牌,因此台湾LED产业必须符合既有的机制,才有可能打进既有供应链体系。
杨雅惠不讳言,一般汽车成长率都已经趋近保守,因此现在汽车产业成长来源并非单靠车子本身的制造利润,其主要成长动能是来自其他技术,例如ADAS和V2X通讯技术,在这样的趋势下,安全的考虑也成为OEM厂商看重的关键要素。
根据杨雅惠观察,一级车电供货商或个人对安全考虑的要求尚未很高,但OEM车厂对安全的要求却越来越多,主要原因在于未来网络链接将大幅增加,OEM厂商会有被黑客入侵的疑虑,因此现在很多车厂也慢慢开始在寻找跟安全相关的解决方案。
杨雅惠表示,英飞凌最大的利基就是有一个专门制作安全相关的芯片的部门,提供可信任平台模块(TPM)、健保卡、RFID/xinpin/zhinenka/' target='_blank'>IC卡、电子护照等安全防护解决方案;因此可藉由汽车部门与安全部门跨部门的合作,一起整合安全机制到车用MCU之中,提供OEM厂商具有安全防护机制的MCU产品。

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