自动驾驶汽车趋势与技术演进

汽车行业正经历一场前所未有的革命。汽车中摄像头、激光雷达和雷达等传感器的普及，催生了先进的驾驶辅助系统（ADAS），这些系统为现代车辆在自动驾驶、安全和性能方面提供了前所未有的功能。

然而，随着传感器活动的增加，行业也在硬件、计算和设计方面面临重大挑战。具体来说，这些传感器产生的大量数据在数据管理、控制和处理方面带来了问题。同时，实现性能和安全需要对这些数据进行实时、低延迟的处理。

所有这些因素都导致人们意识到通用计算硬件已无法胜任这一任务。为了实现最高水平的车辆自动驾驶，行业已转向硬件加速和定制电子设备，取代现成组件。虽然ASIC提供最高性能和最低功耗，但设计需求变化时不允许灵活。此外，ASIC相比FPGA解决方案开发周期较长。

在当今快速且动态的世界中，行业需要不仅能支持加速，还足够灵活以跟上不断变化的算法和传感器技术的硬件。这种所需的灵活性可以通过ASIC/SoC与嵌入式FPGA（eFPGA）技术的结合实现——这一解决方案独特地为ADAS的未来奠定基础。

Achronix 解决方案

在设计ADAS硬件时，挑战在于支持大量应用和接口。从高层面看，ADAS计算引擎首先将高度依赖其传感器接口。现代车辆配备多个高通量传感器，需要能够快速可靠地解释、管理和控制数据流的计算硬件，这些过程称为传感器融合。从硬件角度看，传感器融合需要具有超高带宽连接能力的计算块，既能连接外部高速接口，也能实现设备内的数据路由。

其次是传感器融合，通信整体是ADAS的关键方面。车辆网络接口（如CAN和以太网）协议，以及支持5G等无线通信标准，对系统提出了独特的计算需求。

除了通信之外，所需的具体应用任务也非常多样化。从驾驶性能的角度来看，单个ADAS解决方案通常依赖于多个独特任务，如像素预处理、数据格式化和AI/ML处理。从安全角度看，密码引擎对ADAS同样不可或缺，因为敏感用户数据可能通过车辆对全（V2X）连接被泄露。最后，用户体验（UX）是ADAS的关键环节，显示接口和格式转换是提供信息娱乐显示、通过ADAS实现自然直观用户体验的必要过程。

这些任务对ADAS实现的整体性能同样重要，但每个任务都有独特的计算需求，这些需求并不总是相互重叠。为支持这些多样化需求，系统架构师通常开发专有SoC，允许针对每个应用优化多个专用硬件模块，确保整体高性能。

eFPGA优势

ADAS的一个显著特点是需要快速处理，实现近实时决策——这些决策可能决定车内乘员的生死。因此，ADAS实现中的底层计算需要极其强大的处理能力，同时实现尽可能低的延迟。与此同时，在考虑电动汽车（EV）时，设计师们也面临对低功耗处理的严格要求，以尽可能延长车辆电池寿命。这种低延迟、低功耗处理的独特组合使ADAS成为一个特别具有挑战性的领域。

幸运的是，FPGA非常适合满足这些需求，使其成为理想的硬件加速器，减轻了ADAS依赖的计算密集型机器学习算法。因此，处理速度和功耗都相较于基于CPU和GPU的系统有所提升。后者是FPGA真正闪耀的地方，FPGA每瓦性能优于其他替代品。

FPGA在汽车设计中的价值早已确立，过去15年中该技术已被应用于超过2亿辆汽车。然而，超越FPGA的话题，显然，对于当今ADAS的需求来说，eFPGA占据了主导地位。

与独立FPGA相比，eFPGA IP在ADAS应用中的真正价值在于其集成在SoC中，并根据团队的具体资源需求进行定制。eFPGA 实例通过消除独立 FPGA 在进入大规模生产时不需要的额外功能，增加了灵活性，同时降低系统成本、功耗和板块空间。此外，集成eFPGA IP使设计者能够实现FPGA结构与其他SoC资源（如嵌入式CPU或专用接口）的紧密耦合。正是这种紧密耦合和消除耗电的输入输出，使eFPGA能够提供前所未有的性能和节能，而非将独立FPGA作为SoC的副车。

在SoC中嵌入eFPGA实例还有其他重要优势，比如通过OTA软件更新在现场更新算法。此外，eFPGA有助于降低物料清单（BOM），与独立FPGA解决方案相比，eFPGA有望为ADAS设计师提供80%-90%的整体系统成本。

Achronix 用于 ADAS 的产品

Achronix Speedcore eFPGA IP 提供了一种独特的架构，集成了许多能够提升性能、降低功耗和减少芯片面积的功能。在指定 Speedcore eFPGA 实例时，设计师可以选择最佳的架构元素组合，包括：

• 逻辑——6输入查找表（LUT）加上集成的宽MUX功能和快速加法器

• 逻辑内存——LRAM2k每个内存块2 kb，LRAM4k每个内存块4 kb

• 块内存——BRAM72k每个内存块72 kb，BRAM20k每个内存块20 kb

• DSP64 – 每个块18×27倍乘器、64位累加器和27位预加器

• 机器学习处理器（MLP）——每个块支持32个乘法/累加器（MAC），支持整数和浮点格式

在大多数情况下，汽车设计师需要大规模生产SoC，以支持每年大量销售的车辆。Speedcore eFPGA 是目前市场上为数不多且经过大量生产验证的嵌入式织物之一——迄今为止，我们的客户已成功出货超过1500万台集成我们 Speedcore 技术的设备。

除了支持大规模生产能力外，我们的Speedcore知识产权还得益于我们提供的全面工具和产品。对于设计师，我们利用了发布独立FPGA的经验，开发了Achronix工具套件。该套件本身配备了 Achronix 专有的 ACE 设计工具以及 Synopsys 的 Synplify-Pro 合成工具。其他工具包括Snapshot Debugger，一款实时设计调试工具，以及多个Achronix专用的仿真库。总体而言，Achronix 工具套件是 15 年来工具开发和改进的结晶。

结合硅基验证的工具与生产验证的eFPGA IP为ADAS设计师打造了高效的解决方案。