在當(dāng)今汽車行業(yè)，智能化已成為不可阻擋的發(fā)展潮流。從輔助駕駛系統(tǒng)到高度自動(dòng)化的無人駕駛，從智能信息娛樂系統(tǒng)到車聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，汽車正逐漸從單純的交通工具轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芤苿?dòng)終端。這一轉(zhuǎn)變對汽車的計(jì)算能力、數(shù)據(jù)處理速度以及系統(tǒng)的靈活性提出了前所未有的要求。而 Speedcore eFPGA(嵌入式現(xiàn)場可編程門陣列)作為一項(xiàng)先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，正逐漸嶄露頭角，為汽車智能化的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)大的支持。

汽車智能化發(fā)展對硬件的挑戰(zhàn)

隨著汽車智能化程度的不斷提高，特別是在自動(dòng)駕駛和先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)方面，汽車需要處理來自各種傳感器的海量數(shù)據(jù)。攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)以及超聲波傳感器等設(shè)備不斷收集車輛周圍環(huán)境的信息，這些數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)處理和分析，以幫助車輛做出準(zhǔn)確的決策，確保行駛安全。同時(shí)，汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也變得越來越復(fù)雜，從傳統(tǒng)的集中式架構(gòu)向分布式架構(gòu)轉(zhuǎn)變，這要求硬件具備更強(qiáng)的協(xié)同處理能力和更低的延遲。在這種情況下，傳統(tǒng)的固定功能芯片(SoC)或通用處理器(CPU、GPU)逐漸難以滿足汽車智能化的需求。固定功能 SoC 雖然在特定任務(wù)上表現(xiàn)出色，但缺乏靈活性，難以應(yīng)對不斷變化的算法和應(yīng)用場景;而通用處理器在處理大規(guī)模并行數(shù)據(jù)時(shí)，性能和功耗效率相對較低。因此，汽車行業(yè)迫切需要一種新型的硬件解決方案，能夠在性能、功耗和靈活性之間找到平衡。

Speedcore eFPGA 技術(shù)概述

Speedcore eFPGA 是 Achronix 公司推出的一項(xiàng)創(chuàng)新性技術(shù)，它將可編程邏輯的性能和靈活性引入到專用集成電路(ASIC)和系統(tǒng)級芯片(SoC)中。與傳統(tǒng)的獨(dú)立 FPGA 不同，Speedcore eFPGA 以知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)核的形式嵌入到 ASIC 或 SoC 內(nèi)部，開發(fā)者可以根據(jù)自己的需求，精確選擇所需的邏輯、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)或機(jī)器學(xué)習(xí)處理器(MLP)以及內(nèi)存資源。這意味著在設(shè)計(jì)芯片時(shí)，可以針對特定的汽車應(yīng)用進(jìn)行定制化，避免了獨(dú)立 FPGA 中不必要的功能和資源浪費(fèi)，從而降低了系統(tǒng)成本、功耗和電路板空間占用。

在制造工藝方面，例如 7nm FinFET 工藝制造的 Speedster7t 系列產(chǎn)品，采用了全新架構(gòu)，通過平衡片上處理、互連和外部輸入輸出接口(I/O)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用吞吐量的最大化。其獨(dú)有的二維片上網(wǎng)絡(luò)(2D NoC)和高密度全新機(jī)器學(xué)習(xí)處理器(MLP)模塊陣列，將 FPGA 的可編程性與 ASIC 的布線結(jié)構(gòu)和計(jì)算引擎相結(jié)合，開創(chuàng)了一種全新的 “FPGA +” 技術(shù)，為汽車智能化應(yīng)用提供了強(qiáng)大的硬件基礎(chǔ)。

在汽車智能化中的具體應(yīng)用

1. 先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)

ADAS 在汽車智能化架構(gòu)中占據(jù)核心地位。多個(gè)視覺處理系統(tǒng)的融合是駕駛輔助和自動(dòng)駕駛車輛的關(guān)鍵，而 ADAS 處理器的角色已經(jīng)從單純的圖像信息提取擴(kuò)展到融合視覺、紅外、超聲波、激光雷達(dá)(LIDAR)和雷達(dá)圖像等多種傳感器數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)架構(gòu)中，圖像預(yù)處理與 CPU 分開執(zhí)行，數(shù)據(jù)需通過高速總線傳輸，這不可避免地帶來了延遲。而將 Speedcore eFPGA IP 集成到 ADAS 架構(gòu)中，與 CPU 相結(jié)合，可以顯著改善這種情況。例如，在實(shí)際應(yīng)用中，Speedcore IP 支持客戶將定制的可編程邏輯陣列嵌入到具有專用計(jì)算資源的標(biāo)準(zhǔn)化 ASIC 平臺(tái)中。多個(gè)傳感器源的數(shù)據(jù)可以直接寫入 CPU 緩存，減少了 CPU 中斷次數(shù)，從而對車輛行駛過程中的動(dòng)態(tài)物體做出更實(shí)時(shí)的響應(yīng)。在識(shí)別前方車輛、行人或交通標(biāo)志時(shí)，能夠更快地處理傳感器數(shù)據(jù)，提前發(fā)出警報(bào)或采取制動(dòng)等措施，大大提升了駕駛安全性。

2. 傳感器融合與中樞集成

汽車中各種傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式和傳輸協(xié)議各不相同，如何高效地融合這些數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)汽車智能化的關(guān)鍵難題之一。Speedcore eFPGA 可以作為傳感器融合的核心硬件。它能夠?qū)碜?CMOS 圖像傳感器、紅外傳感器、激光雷達(dá)和小型化雷達(dá)等不同傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和整合。通過其靈活的可編程邏輯功能，開發(fā)者可以根據(jù)不同傳感器的特性編寫相應(yīng)的處理算法，實(shí)現(xiàn)對傳感器數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)融合。在將數(shù)據(jù)傳輸給中央處理器之前，先在本地進(jìn)行處理，減少了數(shù)據(jù)傳輸量和延遲，提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。同時(shí)，它還能充當(dāng)傳感器中樞，連接不同類型的傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效匯聚和分發(fā)。

3. 網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換

汽車網(wǎng)絡(luò)中存在多種通信協(xié)議，如以太網(wǎng)、CSI - 2、FlexRay、CAN 等。隨著汽車智能化發(fā)展，不同網(wǎng)絡(luò)之間的高效轉(zhuǎn)換變得至關(guān)重要。Speedcore eFPGA 在網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。它可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)與其他傳統(tǒng)或新興網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的接口轉(zhuǎn)換，確保數(shù)據(jù)在不同網(wǎng)絡(luò)之間的穩(wěn)定傳輸。在車聯(lián)網(wǎng)場景下，車輛需要通過以太網(wǎng)與外界進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信，同時(shí)又要與車內(nèi)基于 CAN 或 FlexRay 網(wǎng)絡(luò)的電子控制單元(ECU)進(jìn)行交互。Speedcore eFPGA 能夠在這些不同網(wǎng)絡(luò)之間建立橋梁，保證數(shù)據(jù)的無縫傳輸，支持諸如遠(yuǎn)程軟件升級、實(shí)時(shí)交通信息獲取等功能的實(shí)現(xiàn)。

4. 智能信息娛樂系統(tǒng)

除了駕駛安全相關(guān)的應(yīng)用，汽車的智能信息娛樂系統(tǒng)也在不斷發(fā)展。用戶對信息娛樂系統(tǒng)的功能和體驗(yàn)要求越來越高，包括高清視頻播放、實(shí)時(shí)導(dǎo)航、互聯(lián)網(wǎng)連接以及多屏互動(dòng)等。Speedcore eFPGA 可以為這些功能提供硬件加速支持。在處理高清視頻解碼時(shí)，通過其強(qiáng)大的并行計(jì)算能力，能夠快速解碼復(fù)雜的視頻格式，實(shí)現(xiàn)流暢的視頻播放效果。對于實(shí)時(shí)導(dǎo)航功能，它可以加速地圖數(shù)據(jù)的處理和路徑規(guī)劃算法的運(yùn)行，使導(dǎo)航更加精準(zhǔn)和及時(shí)。同時(shí)，在連接互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行在線音樂播放、視頻通話等應(yīng)用時(shí)，能夠有效處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，為用戶帶來更好的娛樂體驗(yàn)。

性能優(yōu)勢

1. 更高的性能

Speedcore eFPGA 通過寬闊的并行接口直接連接(無 I/O 緩沖器)到 ASIC，相比傳統(tǒng)架構(gòu)提供了顯著更高的吞吐量。在汽車應(yīng)用中，尤其是在對實(shí)時(shí)性要求極高的自動(dòng)駕駛場景下，延遲僅為個(gè)位數(shù)的時(shí)鐘周期，這使得車輛能夠?qū)λ蚕⑷f變的交通狀況做出快速響應(yīng)，極大地提升了駕駛安全性。在緊急制動(dòng)場景中，系統(tǒng)能夠更快地處理傳感器數(shù)據(jù)并發(fā)出制動(dòng)指令，縮短制動(dòng)距離，避免碰撞事故的發(fā)生。

2. 更低的功耗

可編程 I/O 電路的功耗在獨(dú)立 FPGA 總功耗中占比較大。而 Speedcore eFPGA 直接連接到 SoC，完全消除了大型可編程 I/O 緩沖器，從而大幅降低了功耗。這對于電動(dòng)汽車來說尤為重要，因?yàn)榻档凸目梢匝娱L電池續(xù)航里程。在汽車長時(shí)間運(yùn)行過程中，較低的功耗也有助于減少系統(tǒng)發(fā)熱，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3. 更低的系統(tǒng)成本

由于去除了可編程 I/O 緩沖器、未使用的 DSP 和存儲(chǔ)器模塊以及過度配置的查找表(LUT)和寄存器，Speedcore eFPGA 的片芯占用面積比等效的獨(dú)立 FPGA 小得多。同時(shí)，借助 Speedcore 定制模塊，可將定制功能作為附加模塊添加到 eFPGA 邏輯陣列中，這種高效的實(shí)施方式進(jìn)一步降低了片芯尺寸面積，最大限度地降低了功耗，總體上大大降低了系統(tǒng)成本。這使得汽車制造商在實(shí)現(xiàn)智能化功能的同時(shí)，能夠更好地控制成本，提高產(chǎn)品競爭力。

4. 更高的系統(tǒng)可靠性和良率

將 FPGA 功能集成到 ASIC 中，可以提高系統(tǒng)級信號(hào)完整性，減少信號(hào)干擾和傳輸損耗。同時(shí)，消除了在 PCB 上安裝獨(dú)立 FPGA 所帶來的可靠性風(fēng)險(xiǎn)和良率損失。在汽車復(fù)雜的電子環(huán)境中，這種高可靠性和高良率的特性確保了系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，減少了故障發(fā)生的概率，降低了售后維護(hù)成本。

應(yīng)用前景與發(fā)展趨勢

隨著汽車智能化程度的進(jìn)一步提高，對高性能、低功耗、靈活可定制的硬件需求將持續(xù)增長。Speedcore eFPGA 憑借其在性能、功耗、成本和可靠性等方面的優(yōu)勢，在汽車智能化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在未來，我們可以預(yù)見更多的汽車芯片開發(fā)商將采用 Speedcore eFPGA IP 來開發(fā)生命周期更長、靈活性更高的 ADAS 專用芯片(ASIC)或者系統(tǒng)級芯片(SoC)，以滿足不同車型、應(yīng)用場景和運(yùn)行模式在不同階段的多樣化需求。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，Speedcore eFPGA 也將不斷升級和優(yōu)化。例如，其處理能力將進(jìn)一步提升，能夠支持更復(fù)雜的人工智能算法和更高速的數(shù)據(jù)傳輸;與其他硬件技術(shù)的融合也將更加緊密，如與新興的內(nèi)存技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。在軟件方面，開發(fā)工具也將更加完善，降低開發(fā)者的使用門檻，加速產(chǎn)品的開發(fā)周期。可以說，Speedcore eFPGA 將在推動(dòng)汽車智能化發(fā)展的進(jìn)程中發(fā)揮越來越重要的作用，為未來智能汽車的實(shí)現(xiàn)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。