用于下一代汽車專用集成電路（ASIC）的嵌入式現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（eFPGA）

用于下一代汽車專用集成電路（ASIC）的嵌入式現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（eFPGA）BobSiller-Achronix高級營銷經(jīng)理對于最近研究過新車的任何人來說，很難不注意到汽車電子產(chǎn)品的發(fā)展是多么的迅速。僅僅將三年前的汽車安全性技術(shù)與今天的技術(shù)進行對比，您就會發(fā)現(xiàn)攝像頭數(shù)量已顯著增加，以支持諸如全景可視、駕駛員注意力分散監(jiān)測器、立體視覺攝像頭、前向攝像頭和多個后視攝像頭等應(yīng)用。除了攝像頭，系統(tǒng)功能也增強了，包括自動緊急制動、車道偏離警告、后方盲點檢測和交通標志識別等。這一趨勢表明，汽車電子類產(chǎn)品在持續(xù)快速地創(chuàng)新，但這也給汽車原始設(shè)備制造商（OEM）帶來了全新的挑戰(zhàn)，包括：·當研發(fā)一輛新車的平均時間從48個月縮短至24個月左右（請參閱縮短研發(fā)生命周期和降低設(shè)計復雜性對汽車行業(yè)的影響），同時還要支持長達10年以上的生命周期時，如何快速開發(fā)新特性和安全性功能？·平臺架構(gòu)的確定都比車輛上市提前數(shù)年，如何預測所需的硬件和軟件需求？·當汽車用戶拿消費類電子產(chǎn)品來做比較時，如何提高汽車電子產(chǎn)品的性能和質(zhì)量以滿足用戶的期望？專用集成電路（ASIC）解決方案為了去解決這些問題，汽車原始設(shè)備制造商需要重新考慮他們的系統(tǒng)架構(gòu)，并在其設(shè)計中添加靈活性，進而能夠在設(shè)計過程的后期進行更改，并增加不斷開發(fā)的特性和功能。這種重新設(shè)計的系統(tǒng)架構(gòu)使原始設(shè)備制造商與其他競爭對手相比具有差異化，并為使用標準硬件器件無法解決的技術(shù)難題提供解決方案。傳統(tǒng)上，先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）架構(gòu)器件的選擇都依賴于現(xiàn)成的器件，這些器件的設(shè)計旨在支持特定的汽車安全功能和環(huán)境需求。對于諸如防抱死制動系統(tǒng)（ABS）等非差異化功能，這種方法是非常適合的。但是，如果您正在設(shè)計創(chuàng)新的安全功能，許多原始設(shè)備制造商選擇構(gòu)建自己的定制ASIC。與任何現(xiàn)成的器件相比，定制ASIC提供了最低的總體成本和最高的性能：然而，ASIC會帶來風險。如果您沒有確定所有必需的功能，那么您將無法進行更改，除非對ASIC進行成本高昂且耗費時日的重新設(shè)計。盡管存在固有風險，但是一家創(chuàng)新型汽車公司特斯拉（Tesla）仍然認為ASIC路線是他們提供先進安全性功能的最佳選擇。特斯拉為此開發(fā)了自己的全自動駕駛（FSD）ASIC（請參閱“Tesla全自動駕駛ASIC”）。該項研發(fā)于2016年2月開始，歷時29個月，直到2018年7月ASIC才獲得生產(chǎn)認證資格。在將汽車出售給客戶之前的近三年的時間里，特斯拉需要確定所需的ASIC功能。他們決定采用一種架構(gòu)，其包括：·集成以2.5G像素/秒速率運行的攝像頭接口·128位位寬的LPDDR4內(nèi)存·攝像頭圖像信號處理器（ISP）·H.265·支持FP32和FP16精度的圖形處理器（GPU）·12個ARMA72中央處理器（CPU）圖：特斯拉全自動駕駛架構(gòu)展示面向未來的硬件但是，如果他們認為將要使用的攝像頭停產(chǎn)了，需要新的攝像頭ISP以獲得更好的微光性能，或者需要GPU來支持塊浮點而不是FP32呢？這些事情可能會導致ASIC被重新設(shè)計或重大的架構(gòu)改變，從而推遲其未來的車輛生產(chǎn)。在ASIC中構(gòu)建靈活性，支持在設(shè)計周期中后期增加這些功能，以避免ASIC重新設(shè)計和推遲生產(chǎn)，這會不會是一個更好的方案？在快進入到2020年的時候，我們看到汽車ASIC制造商通過開發(fā)包括嵌入式FPGA（eFPGA）半導體知識產(chǎn)權(quán)（IP）在內(nèi)的新型ASIC架構(gòu)來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。盡管eFPGA在2016年特斯拉開發(fā)全自動駕駛芯片時還不是主流技術(shù)，但現(xiàn)在已經(jīng)成為主流技術(shù)了。AchronixeFPGAIP現(xiàn)在已在多個大批量應(yīng)用中投入生產(chǎn)，證明Achronix擁有可實現(xiàn)主流生產(chǎn)的能力。現(xiàn)在，我們看到eFPGAIP正在被汽車原始設(shè)備制造商采用，以嵌入硬件可編程性，從而應(yīng)對上述全新的挑戰(zhàn)。與只提供特定的邏輯密度、內(nèi)存、資源組合和I/O接口的獨立FPGA芯片不同，eFPGAIP解決方案可以針對特定的汽車工作負載進行完全定制。與獨立的FPGA相比，eFPGA可節(jié)省高達90％的成本，并降低高達75％的功耗，同時在開發(fā)ASIC之后，還能提供同樣的能力來增加新的硬件功能。例如，改變硬件規(guī)格，以提供增強的雷達和攝像頭傳感器融合來滿足創(chuàng)新功能的需求，全新的、更強大的顯示技術(shù)，以及全新的圖像傳感器功能等。下面的框圖顯示了集成eFPGA的ASIC可以為汽車制造商提供的一些功能。圖：基于eFPGAIP的ADASASIC架構(gòu)HDCameras：高清攝像頭5GWireless：5G無線77GHzRadar：77GHz雷達CustomASIC：定制ASICAnalogFrontEnd：模擬前端eFPGA：嵌入式現(xiàn)場可編程邏輯門陣列?SensorInterface：傳感器接口PixelPre-processing：像素預處理RadarDataFormatting：雷達數(shù)據(jù)格式整理V2Crypto：V2加密Video/RadarFusion：視頻/雷達融合NetworkProcessing：網(wǎng)絡(luò)處理CustomASICAccelerators：定制ASIC加速器CPUApplicationLayer：CPU應(yīng)用層DisplayInterface/FormatConversion：顯示界面/格式轉(zhuǎn)換VehicleNetworkInterface（CAN/Ethernet）：車輛網(wǎng)絡(luò)接口（CAN/以太網(wǎng)）InfotainmentDisplay：信息娛樂顯示使用Achronix的SpeedcoreeFPGAIP技術(shù)可以實現(xiàn)這種架構(gòu)。SpeedcoreeFPGAIP提供了相對于傳統(tǒng)A