1 ADAS/AD概述

智能化是實(shí)現(xiàn)汽車作為人們第三生活空間這一目標(biāo)的重要技術(shù)路徑，當(dāng)前汽車智能化主要有兩大發(fā)展方向：駕駛自動(dòng)化和座艙智能化。自動(dòng)駕駛（ADAS/AD）的使命是將人的腳（縱向控制）、手（橫向控制）、眼（感知）和腦（決策）等從駕駛?cè)蝿?wù)中解放出來。人的精力被釋放出來后，進(jìn)一步促進(jìn)了人在汽車內(nèi)辦公、休閑和娛樂的需求，這些需求推動(dòng)了汽車座艙的數(shù)字化、信息化以及新興的人機(jī)交互模式等技術(shù)的蓬勃發(fā)展，這也就是“智能座艙（Intelligent Cockpit）”技術(shù)。

目前自動(dòng)駕駛技術(shù)在全球范圍內(nèi)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展期。隨著搭載L1/L2級(jí)別ADAS功能的汽車進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)，L1/L2級(jí)別ADAS功能的市場(chǎng)滲透率將快速提升。而L3/L4級(jí)別自動(dòng)駕駛系統(tǒng)仍處于小規(guī)模原型測(cè)試階段。當(dāng)今的自動(dòng)駕駛行業(yè)，中國市場(chǎng)絕對(duì)是主力。今年中國L2的搭載量預(yù)計(jì)突破80萬，中國品牌占據(jù)絕大部分份額。

ADAS功能市場(chǎng)滲透率的快速提升來自幾個(gè)方面的驅(qū)動(dòng)力：

1. ADAS相關(guān)的軟硬件技術(shù)越來越成熟和穩(wěn)定，成本也越來越低。比如：毫米波雷達(dá)跟五年前相比下降了超過50%。

2. 一些基本的ADAS功能（比如：自動(dòng)緊急剎車AEB）被納入到了各國的汽車評(píng)測(cè)體系（比如：C-NCAP）中，這在客觀上極大的推動(dòng)了這些ADAS功能的普及。

3. 中低端車競(jìng)爭加劇，ADAS功能可以有效地提升品牌的科技感和駕車體驗(yàn)，造成主流合資品牌和自主品牌的重點(diǎn)車型甚至超過了一些國際上的高端品牌。

未來中國市場(chǎng)ADAS功能的滲透率還將持續(xù)快速提高，中低端汽車所配置的ADAS功能將逐步增多。根據(jù)艾瑞咨詢研究報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)2025年ADAS功能在乘用車市場(chǎng)可以達(dá)到65%左右的滲透率。L3級(jí)別的高速自動(dòng)領(lǐng)航HWP功能和L4級(jí)別的AVP自動(dòng)泊車功能，目前車型滲透率較低，未來提升空間較大。

圖3-1 ADAS功能市場(chǎng)滲透率預(yù)測(cè)

1.1 ADAS/AD功能匯總

目前行業(yè)內(nèi)的ADAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了很多輔助駕駛的功能，總體上這些功能按照用途可以分為這么幾類：主動(dòng)安全功能、舒適性輔助駕駛功能、泊車輔助功能和監(jiān)督/無監(jiān)督自動(dòng)駕駛功能等。

通常，L0-L2級(jí)自動(dòng)駕駛，習(xí)慣用ADAS表征；L2+級(jí)自動(dòng)駕駛，用ADAS/AD表征，以示過渡；L3-L4級(jí)自動(dòng)駕駛，用AD表征。

1.2 ADAS/AD系統(tǒng)架構(gòu)

智能駕駛系統(tǒng)本質(zhì)上就是要解決三個(gè)問題：1）我在哪？2）我去哪？3）我該如何去？基于這樣一個(gè)系統(tǒng)模型，典型的智能駕駛系統(tǒng)或者自動(dòng)駕駛系統(tǒng)通常由三部分組成：

1. 環(huán)境感知：感知系統(tǒng)依靠各種傳感器（包括：攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)、高精地圖/IMU/GPS等）來獲取汽車所處環(huán)境信息和周邊車輛、行人、交通信號(hào)燈和路標(biāo)等信息，為汽車的綜合決策提供數(shù)據(jù)支撐，解決“我在哪”的核心問題。

2. 決策規(guī)劃：通過環(huán)境感知的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，結(jié)合高精地圖數(shù)據(jù)確定合適的工作模型，決定相應(yīng)的軌跡規(guī)劃方案，以達(dá)到替代人類作出駕駛決策的目的，將智能汽車以擬人化的方式融入整個(gè)交通流當(dāng)中，解決“我去哪”的核心問題。

3. 控制執(zhí)行：也就是對(duì)一個(gè)具體的最小決策規(guī)劃結(jié)果的實(shí)際執(zhí)行，從而達(dá)到規(guī)劃的目的。具體在車上，通常體現(xiàn)為通過各種控制理論和算法來控制車輛的驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)車輛的橫向及縱向控制，使汽車精準(zhǔn)地按照決策規(guī)劃實(shí)現(xiàn)有效的避讓、減速、車距保持、轉(zhuǎn)向等動(dòng)作，解決“我該如何去”的核心問題。

圖3-2 典型自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的系統(tǒng)模型

2 ADAS/AD感知系統(tǒng)

自動(dòng)駕駛的感知系統(tǒng)其實(shí)包括：環(huán)境感知、車輛自身狀態(tài)感知以及車輛定位等幾大模塊。傳感器是車輛感知系統(tǒng)收集環(huán)境信息、車輛自身狀態(tài)信息和位置信息等的重要手段。自動(dòng)駕駛車輛所配備的傳感器可以分為三類：

車輛自身狀態(tài)感知傳感器（簡稱：自感知傳感器）：自感知使用本體感應(yīng)傳感器來測(cè)量車輛的當(dāng)前狀態(tài)，包括：車輛的速度、加速度、橫擺和轉(zhuǎn)向角等。本體感應(yīng)西西里通常使用預(yù)先安裝的測(cè)量單元來獲取信息，比如：里程表、慣性測(cè)量單元（IMU）、陀螺儀（Gyroscopes）和來自控制器局域網(wǎng)（CAN）總線的信息。

定位傳感器（Localization）：定位傳感器使用GPS等外部傳感器（Exteroceptive Sensor）或慣性測(cè)量單元讀數(shù)的航位推算進(jìn)行定位，可以確定車輛的全球和本地位置。車輛高精度定位通常會(huì)基于多個(gè)傳感器信息的組合來進(jìn)行，比如：GPS、IMU、里程表和攝像頭等。對(duì)多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)融合可以最大限度減少單個(gè)傳感器的局限性和缺點(diǎn)，提高定位的精度和可靠性。

環(huán)境感知傳感器（Surrounding-sensing）：環(huán)境感知傳感器主要有攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)等四種。

環(huán)境感知系統(tǒng)依靠這些環(huán)境感知傳感器來采集車輛所處環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行一些列的計(jì)算和處理，從而對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行精確建模，其輸出結(jié)果是一個(gè)環(huán)境模型。所謂環(huán)境模型是指車輛外部物理世界的數(shù)字表示，它包括道路、要避開的物體（比如：其它車輛、易受傷害的道路使用者等）以及可駕駛的“自由空間（Freespace）“的表示。

不同傳感器特點(diǎn)各異

不同的傳感器由于其工作原理不同，因此具有不同的特性。主機(jī)廠為了保證ADAS感知系統(tǒng)的冗余和魯棒性，通常會(huì)采取多種傳感器融合的配置方案。下表總結(jié)了ADAS系統(tǒng)中常見的各類傳感器的特點(diǎn)：

傳感器類別	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)	探測(cè)范圍	功能
攝像頭	對(duì)物體集合特征、表面紋理等信息進(jìn)行識(shí)別，通過算法實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的探測(cè)。技術(shù)成熟、成本低	受光照強(qiáng)度變化影響大，容易收到惡劣天氣干擾	最遠(yuǎn)可超過500米	障礙物識(shí)別、車道線識(shí)別、輔助定位、道路信息讀取、地圖構(gòu)建等
毫米波雷達(dá)	對(duì)煙霧、灰塵等穿透力強(qiáng)，抗干擾能力較強(qiáng)、對(duì)相對(duì)速度、距離和角速度的測(cè)量準(zhǔn)確度高	測(cè)量范圍相對(duì)激光雷達(dá)更窄，難以識(shí)別大小和形狀	15-250米	障礙物探測(cè)
超聲波雷達(dá)	技術(shù)成熟、成本低、受天氣干擾小，抗干擾能力強(qiáng)	測(cè)量精度差、范圍小、距離近	小于10米	障礙物探測(cè)
激光雷達(dá)	精度高、探測(cè)范圍較廣、克構(gòu)建測(cè)量周圍環(huán)境3D模型	容易收到雨雪、大霧等天氣影響，技術(shù)程度低，成本高	小于300米	障礙物探測(cè)識(shí)別、輔助定位、地圖構(gòu)建
衛(wèi)星+慣導(dǎo)	通過對(duì)衛(wèi)星三角定位和慣性導(dǎo)航進(jìn)行結(jié)合實(shí)現(xiàn)車輛精確定位	容易受到城市建筑、隧道等障礙物的干擾使得車輛精度大打折扣	高精度定位保持窄10米內(nèi)	車輛導(dǎo)航、定位

2.1 ADAS系統(tǒng)傳感器布局方案

主流的ADAS系統(tǒng)從L0級(jí)別發(fā)展到目前的L2+級(jí)別，技術(shù)方案已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，從早起的分布式智能傳感器方案演變到現(xiàn)在基于ADAS域控制器的ADAS域集中式方案。相應(yīng)的傳感器布局也有了很大的變化。

下面是常見的一些ADAS傳感器布局中的術(shù)語簡稱：

FCM：Front Camera Module，前視攝像頭總成，有單目（Mono）、雙目（Stereo）、雙焦（Bi-Focals）和三焦（Tri-Focals）4種形態(tài)。

FCR：Front Central Radar，前雷達(dá)模塊，有MRR (中距，Mid-Range Radar) 和 LRR (長距,Long-Range Radar) 2種形態(tài)。一般1R1V方案（后續(xù)會(huì)詳細(xì)解釋該方案）中常選擇MRR作為前雷達(dá)模塊，5R1V方案中，常選擇LRR作為前雷達(dá)。

SRRs：Side-Rear Radars，側(cè)后雷達(dá)模塊（左、右，一般左master右slave），有SRR (短距Short-Range Radar) 和MRR (中距Mid-Range Radar) 2種形態(tài)；SRR常為24G毫米波，MRR常為77-79G毫米波。這里SRR縮寫就有兩個(gè)含義，可能是指?jìng)?cè)后雷達(dá)模塊，也可能是指短距離毫米波雷達(dá)，因此加s區(qū)分側(cè)后雷達(dá)模塊（SRRs）。

USS：Ultra Sonic Sensor，超聲波雷達(dá)傳感器。

早期的L0-L2級(jí)別的ADAS系統(tǒng)是由幾個(gè)互相獨(dú)立的子系統(tǒng)組成的，每個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)獨(dú)立的ADAS功能，因此也稱為分布式的ADAS系統(tǒng)方案。

圖3-3 早期的L0-L2級(jí)別的ADAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

前向ADAS系統(tǒng)：一般由單FCR，或者單FCM組成；當(dāng)前主流配置是FCR+FCM組成的1R1V方案，能夠支持到TJA/ICA的L2 ADAS（單車道駕駛輔助）。后續(xù)伴隨視覺檢測(cè)能力的提高，在L0-L2級(jí)ADAS/AD定位的車型上，有向單FCM發(fā)展趨勢(shì)，因?yàn)檐嚨谰€等橫向控制所需感知信息，只有視覺能提供；省掉雷達(dá)能降低系統(tǒng)成本。

側(cè)后ADAS系統(tǒng)。一般由側(cè)后方兩個(gè)SRRs組成，實(shí)現(xiàn)大部分側(cè)后向ADAS功能。

自動(dòng)泊車系統(tǒng)。即泊車控制器+12顆超聲波傳感器（USS）組成的APA（自動(dòng)泊車輔助）系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)功能主要是APA和FAPA等。

全景環(huán)視系統(tǒng)。即由全景環(huán)視控制器（實(shí)際現(xiàn)在該控制器目前已很少見，該零部件實(shí)體已經(jīng)被吸收合并到其他控制器節(jié)點(diǎn)上了；主要由車機(jī)、泊車控制器或者域控制器所取代）+ 四個(gè)魚眼攝像頭組成。實(shí)現(xiàn)AVM功能（Around View Monitoring，環(huán)視監(jiān)控）。

其中，前兩個(gè)系統(tǒng)常稱之為行車ADAS系統(tǒng)（Driving ADAS System），有時(shí)候這種行車ADAS方案也常被稱作3R1V方案，3 Radar 1 Vision方案；后兩個(gè)常稱之為泊車ADAS系統(tǒng)（Parking ADAS System）。

到L2+級(jí)別的ADAS系統(tǒng)，集成度更高、性能更強(qiáng)大的ADAS域控制器整合了原來分散的ADAS子系統(tǒng)，原本分散系統(tǒng)所獨(dú)占的傳感器數(shù)據(jù)可以被多個(gè)ADAS功能所復(fù)用。

L2+級(jí)別的ADAS系統(tǒng)主要有兩大類：1）多雷達(dá)域集中式方案，主要是5雷達(dá)方案，常見的有5R1V、5R2V、5R5V等方案；2）多視覺的域集中式方案，是指基于多雷達(dá)方案的繼續(xù)演進(jìn)，形成多視覺感知+雷達(dá)冗余感知的系統(tǒng)，比如5R12V方案。

下圖是L2+級(jí)別ADAS/AD系統(tǒng)最大化的傳感器架構(gòu)方案——5R-12V-12USS方案。這個(gè)傳感器布局架構(gòu)的上限就是“堅(jiān)決不上激光雷達(dá)”。只要上了激光雷達(dá)（一般是前向激光雷達(dá)），就到了L3級(jí)AD系統(tǒng)的傳感器架構(gòu)；

圖3-4 L2+級(jí)別ADAS系統(tǒng)的終極傳感器布局架構(gòu)

前視主攝像頭（Main Camera, x1）：主攝像頭在L0-L2階段對(duì)應(yīng)FCM總成，即單目前視方案；在L2+域控方案中，作為dummy Camera,采用LVDS與域控制器連接。常見的HFOV（水平視場(chǎng)角，Horizontal Field Of View）主要有30° - 50° - 60° - 100° - 120°等核心設(shè)計(jì)值，一般較為圓整化。實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)值，會(huì)根據(jù)具體光學(xué)鏡頭的不同，有48°/52°（設(shè)計(jì)值50°）、28°（設(shè)計(jì)值30°）等規(guī)格。攝像頭色彩矩陣（Patten）通常為RCCB或RCCC，有向RYYCy發(fā)展的趨勢(shì)。RYYCy沒有Clear，色彩信息未丟失，可以保證色彩還原性能。檢測(cè)距離150-170米。

前視窄角攝像頭（Narrow Camera, x1）：30°左右的前視攝像頭，用來觀察紅綠燈/車輛/行人等關(guān)鍵目標(biāo)。一般與前視主攝像頭會(huì)采用相同的圖像傳感器（比如同為1.3MP，或同為2MP，甚至同為8MP的Image sensor），縮小FOV后，像素密度變大，檢測(cè)距離相對(duì)Main Camera更遠(yuǎn)；Patten常為RCCB或RCCC。檢測(cè)距離250米。

前視廣角攝像頭（Wide Camera, x1）：HFOV約140°，類似特斯拉的三焦視攝像頭中的廣角攝像頭。在上了8MP攝像頭后，Main Camera的FOV都能達(dá)到120°了，Wide Camera可能就不需要了。

側(cè)前(左右兩顆)攝像頭（Corner Camera, x2）：HFOV約70°-80°，后續(xù)會(huì)升級(jí)到約100°；類似特斯拉的B柱攝像頭，向側(cè)前方看，主要關(guān)注近距離車輛cut-in和自車變道需求。Patten常為RCCB或RCCC。

側(cè)后(左右兩顆)攝像頭（Wing Camera，x2）：HFOV約80°-90°，后續(xù)可能會(huì)統(tǒng)一到100°。Patten常為RCCB或RCCC；關(guān)注側(cè)邊和側(cè)后方目標(biāo)，滿足變道需求。

后視攝像頭（Rear Camera）：同前向Main Camera，用于后方目標(biāo)檢測(cè)。

以上這些攝像頭，也常稱為Driving Cameras（行車攝像頭，多用于行車功能）。

前向魚眼攝像頭（Front Fisheye Camera）：魚眼環(huán)視攝像頭之一，用于全景環(huán)視功能的Display（給人看的，顯示功能，HMI），以及融合泊車功能的視覺Detection（給“車”看的，視覺感知，目標(biāo)檢測(cè)）；常用色彩矩陣為RGGB，因?yàn)橛猩蔬€原需求。若使用8MP攝像頭，并使用像素合并技術(shù)降低到2MP使用，則可以選擇RYYCy。

左側(cè)魚眼攝像頭（Left Fisheye Camera）：同上。

右側(cè)魚眼攝像頭（Right Fisheye Camera）：同上。

后向魚眼攝像頭（Rear Fisheye Camera）：同上。

以上這四顆魚眼攝像頭，也常稱為Parking Cameras（泊車攝像頭，多用于泊車功能）；當(dāng)然L2+階段各個(gè)傳感器不斷融合，目前Driving Camera和Parking Camera的界限已經(jīng)漸漸模糊了。泊車功能也常用前視攝像頭做記憶泊車（MPA，Memory Park Assist）；行車功能也常用側(cè)邊魚眼攝像頭檢測(cè)車道線做safety stop。

除以上視覺傳感器，還有很多主動(dòng)型傳感器：

前向毫米波雷達(dá)（Front Central Radar）：一般為LRR（Long-Range Radar），負(fù)責(zé)前方目標(biāo)檢測(cè)，具備良好的測(cè)距測(cè)速性能，也不容易被遮擋；

側(cè)前角雷達(dá)（Side-Front Radar, SFR x2）和側(cè)后角雷達(dá)（Side-Rear Radar, SRR x2）: 車輛四角，一般由SRR（Short-Range Radar）或MRR（Middle-Range Radar）充當(dāng)。可以提供雙模檢測(cè)模式，Long Range Mode和Short Range Mode；長距離模式FOV小，檢測(cè)距離遠(yuǎn)；短距離模式FOV大，檢測(cè)距離近。在域控制器方案中，雷達(dá)不分Master和Slave。在分布式方案中，一般左側(cè)雷達(dá)為Master，右側(cè)雷達(dá)為Slave。

超聲波傳感器（Ultra Sonic Sensor, USS）：12顆，側(cè)邊4個(gè)長距離，前后8個(gè)短距的。

除了上訴環(huán)境感知傳感器之外，L2+及以上ADAS/AD系統(tǒng)還需要GNSS定位、IMU（一般信號(hào)來源于安全氣囊控制器或者ESP系統(tǒng)）、高精地圖等不同感知數(shù)據(jù)源。

3 ADAS/AD域控芯片及方案

（一）L0-L2級(jí)別的ADAS方案

正如前所述，早期大多數(shù)L0-L2級(jí)別的ADAS系統(tǒng)都是基于分布式控制器架構(gòu)，整個(gè)ADAS系統(tǒng)由4-5個(gè)ADAS子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)通常是個(gè)一體機(jī)整體方案（可以被看作是一個(gè)smart sensor），子系統(tǒng)獨(dú)占所配置的傳感器，通常相互之間是獨(dú)立的。

以智能前視攝像頭模塊（Intelligent Front Camera Module，F(xiàn)CM）為例，整個(gè)子系統(tǒng)ECU主板上包含2顆芯片：一顆是安全核（Safety Core）；另一個(gè)顆是性能核（Performance Core）。安全核一般由英飛凌TC297/397之類的MCU充當(dāng)，承載控制任務(wù)，因此需要較高的功能安全等級(jí)需求；性能核通常是具有更高性能算力的多核異構(gòu)MPU，會(huì)承載大量的計(jì)算任務(wù)。

下面是一個(gè)對(duì)L0-L2級(jí)別方案的總結(jié)：

L0級(jí)別方案：實(shí)現(xiàn)各種ADAS報(bào)警功能，比如：FCW、LDW、BSW、LCA等。分布式架構(gòu)，通常由FCM、FCR、SRRs、AVS、APA等幾大硬件模塊組成。

L1級(jí)別方案：完成各種ADAS單縱向核單橫向控制功能，比如：ACC、AEB、LKA等。也是分布式架構(gòu)，硬件模塊組成與L0級(jí)別方案大致相同。

L2級(jí)別方案：完成ADAS縱向+橫向組合控制功能。比如：基于FCM+FCR融合系統(tǒng)，融合前向視覺感知和前雷達(dá)目標(biāo)感知信息，實(shí)現(xiàn)TJA/ICA等功能；或者基于AVS+APA的融合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車功能。

（二）L2+以上級(jí)別的ADAS方案

分布式架構(gòu)的ADAS系統(tǒng)存在兩個(gè)致命缺點(diǎn)：1）各個(gè)子系統(tǒng)互相獨(dú)立，無法做多傳感器之間的深度融合。2）各子系統(tǒng)獨(dú)占所配置的傳感器，因此無法實(shí)現(xiàn)跨多個(gè)不同子系統(tǒng)傳感器的復(fù)雜功能。

當(dāng)整車EE架構(gòu)演進(jìn)到域集中式EEA之后，ADAS域控制器中配置了集成度更高、算力性能更高的計(jì)算處理器平臺(tái)，進(jìn)而可以支撐更復(fù)雜的傳感器數(shù)據(jù)融合算法，以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)級(jí)別的ADAS功能，比如：HWP、AVP等。

集中式ADAS域控制器方案從最早的四芯片方案，過渡到三芯片方案，再到當(dāng)前業(yè)界主流的兩芯片方案，如下圖3-5所示：

圖3-5 ADAS域控制器方案演進(jìn)歷史

下圖3-6是一個(gè)典型的車載ADAS域功能結(jié)構(gòu)示意圖，無論硬件方案如何變化，各方案所需實(shí)現(xiàn)的功能結(jié)構(gòu)都是類似的。

圖3-6 典型的車載ADAS域功能結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 Mobileye EyeQ系列芯片方案

Mobileye成立于1999年，是以色列提供基于視覺算法分析和數(shù)據(jù)處理來提供ADAS/AD解決方案的全球領(lǐng)先者。其EyeQ系列芯片產(chǎn)品截止2021年底已經(jīng)總計(jì)出貨接近一億片。盡管在L3/L4領(lǐng)域被英偉達(dá)和高通壓制，但是在主流的L2級(jí)別ADAS市場(chǎng)，仍然是霸主，其市場(chǎng)占有率高達(dá)75%。2021年出貨量高達(dá)2810萬片。

Mobileye一直采用“傳感器+芯片+算法”綁定的軟硬件一體化的ADAS解決方案模式。這種“黑盒”商業(yè)模式的優(yōu)點(diǎn)是開發(fā)周期短，客戶可以快速出產(chǎn)品，比較受轉(zhuǎn)型較晚或者軟件/算法能力較弱的傳統(tǒng)主機(jī)廠或者Tier 1廠商歡迎。但是缺點(diǎn)是導(dǎo)致客戶開發(fā)靈活度下降，不能滿足客戶差異化定制產(chǎn)品的需求。越來越多的主機(jī)廠希望采用更開放的平臺(tái)，把“芯片和算法剝離開，采用可編程的芯片，從而通過OTA來實(shí)現(xiàn)持續(xù)的算法迭代升級(jí)”。這也是軟件定義汽車的思路。

下面是其EyeQ4/5/6三代產(chǎn)品的基本情況：

系列	量產(chǎn)時(shí)間	CPU	功耗	算力(INT8)	制程工藝	ADAS等級(jí)	功能安全
EyeQ Ultra	2025	RISC-V		176TOPS	5nm	L4
EyeQ6	2023/2024	MIPS I6500-F		48TOPS	7nm	L3/L4	ASIL-D
EyeQ5	2020	MIPS I6500	10W	24TOPS	7nm	L2+/L3	ASIL-D
EyeQ4	2018	MIPS M5150	3W	2.5TOPS	28nm	L2/L2+

（一）EyeQ4芯片平臺(tái)

EyeQ4新品配置了4個(gè)MIPS CPU核、6個(gè)矢量微碼處理器（VMP）以及兩個(gè)可編程宏陣列（PMA）。每個(gè)CPU核擁有4個(gè)硬件線程?？傆?jì)2.5TOPS的算力，可以實(shí)現(xiàn)以每秒36幀的處理速度處理8路攝像頭的視頻信息。總體性能相比EyeQ3提升8倍之多，此外，EyeQ4還引入“路網(wǎng)采集管理（REM）”系統(tǒng)，它利用縱包數(shù)據(jù)的方法將路標(biāo)、車道線等進(jìn)行壓縮，最終聚合成路書，從而為自動(dòng)駕駛汽車提供更精確的定位。

下圖是EyeQ4新品的功能模塊圖。

圖3-7 EyeQ4芯片功能模塊圖

（二）EyeQ5芯片平臺(tái)

EyeQ5主要有4個(gè)模塊：CPU核、計(jì)算機(jī)視覺處理器（CVP）、深度學(xué)習(xí)加速器（DLA）和多線程加速器（Multithreaded Accelerator，MA）。其中，CPU和CVP是大頭。

EyeQ5選擇了Imagination的MIPS I6500作為CPU內(nèi)核，每個(gè)MIPS I6500內(nèi)核都擁有2個(gè)硬件線程?？偣才渲?個(gè)CPU內(nèi)核，可提供高達(dá)52000 DMIPS算力。

EyeQ5總共配置18個(gè)CVP內(nèi)核。CVP是Mobileye針對(duì)很多傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺算法設(shè)計(jì)的新一代視覺處理器。Mobileye從公司成立時(shí)起就以自己的CV算法而聞名，也因?yàn)橛脤Ｓ玫?a href="http://www.www27dydycom.cn/tags/asic/" target="_blank">ASIC來運(yùn)行這些CV算法而達(dá)到極低的功耗而聞名。

EyeQ5采用了7nm的制程工藝，總計(jì)可提供高達(dá)24TOPS的算力，并且只有10W左右的TDP功耗，因此有著極為出色的能效比。EyeQ5最多支持20個(gè)外部傳感器，包括：攝像頭、雷達(dá)或者激光雷達(dá)等。出色的計(jì)算性能使得我們?cè)贓yeQ5上進(jìn)行深度的傳感器融合，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的L2+/L3級(jí)別ADAS功能。

下圖是EyeQ5的芯片功能模塊圖：

圖3-8 EyeQ5 Block Diagram

（三）EyeQ6芯片平臺(tái)

EyeQ6H與Mobileye之前的芯片最大的不同就是加入了兩個(gè)小算力規(guī)模的GPU，一個(gè)是ARM Mali GPU，算力為64GFLOPS，預(yù)計(jì)用于ADAS的AR圖像疊加輸出。另一個(gè)是Imagination的BXS 1024 MC-2，算力為1000GFLOPS，預(yù)計(jì)用于OpenCL加速引擎。

CPU仍然是EyeQ5的MIPS I6500-F架構(gòu)，不同之處在每個(gè)CPU內(nèi)核的線程數(shù)從2個(gè)增加到4個(gè)，總共是8核32線程。

EyeQ6H可以用比EyeQ5多25%的功耗，提供比3倍于EyeQ5的算力性能。

圖3-9 EyeQ6 ADAS域控處理器

Mobileye芯片平臺(tái)最大優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品成本低，開發(fā)周期很短，開發(fā)費(fèi)用極低，絕大部分功能都經(jīng)過驗(yàn)證，沒有風(fēng)險(xiǎn)。而缺點(diǎn)是系統(tǒng)非常封閉，難以搞特色功能，迭代困難，出了問題，較難改進(jìn)或提升。對(duì)于傳統(tǒng)車廠而言，Mobileye基本是唯一選擇，對(duì)于總想與眾不同的新興造車廠家來說就有點(diǎn)無法適應(yīng)。然而新興造車企業(yè)畢竟還是極少數(shù)。Mobileye霸主地位至少五年內(nèi)穩(wěn)如泰山。

3.2 TI Jacinto 7芯片平臺(tái)

2020年初的CES大會(huì)上，TI發(fā)布了其最新的Jacinto 7架構(gòu)的系列車載芯片。上一代的Jacinto 6架構(gòu)主要聚焦在車載Infotainment（信息娛樂）的功能，例如更炫的UI（用戶界面）、更多的顯示屏等。隨著新一代Jacinto 7架構(gòu)芯片的發(fā)布，可以看出TI已經(jīng)基本放棄智能座艙和IVI市場(chǎng)，而重點(diǎn)轉(zhuǎn)向ADAS域控和汽車網(wǎng)關(guān)域方向。

Jacinto 7系列芯片包含兩顆車規(guī)級(jí)芯片：（1）用于高級(jí)輔助駕駛（ADAS）系統(tǒng)的TDA4VM芯片；（2）用于網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的DRA829V處理器。這兩款處理器都包含了用于加速數(shù)據(jù)密集型計(jì)算任務(wù)的專用加速器（如計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)等），而且它們也都集成了支持ISO26262功能安全的MCU核，使得我們可以用一顆芯片來同時(shí)承載ASIL-D高級(jí)別功能安全的控制任務(wù)和傳感器數(shù)據(jù)處理這樣的計(jì)算密集型任務(wù)。

3.2.1 TDA4VM ADAS芯片

基于Jacinto 7架構(gòu)的TDA4VM處理器專為L2+或以上級(jí)別的集中式ADAS域控制器平臺(tái)而設(shè)計(jì)的，它集成了各種加速器、深度學(xué)習(xí)處理器和片上內(nèi)存，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理能力，是一個(gè)全功能、可編程的高集成度ADAS域控處理器平臺(tái)。

這種多級(jí)處理能力使得TDA4VM能夠勝任ADAS域的各種中心處理單元角色。比如：TDA4VM處理器支持接入8MP（800萬像素）高分辨率的攝像頭，更強(qiáng)大的前視攝像頭可以幫助車輛看得更遠(yuǎn)，因此可以開發(fā)出更強(qiáng)的輔助駕駛增強(qiáng)功能。用戶也可以用TDV4VM處理器同時(shí)操作4到6個(gè)300萬像素的攝像頭，并還可以將毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和激光雷達(dá)等其它多種傳感器數(shù)據(jù)處理在一個(gè)芯片平臺(tái)上進(jìn)行深度融合（后融合）。還可以將TDA4VM處理器用作自動(dòng)泊車系統(tǒng)中的中心處理器，實(shí)現(xiàn)360度的環(huán)視感知能力，從而可以開發(fā)出用戶體驗(yàn)更好的360度全屏泊車系統(tǒng)。

以下框圖的左邊是當(dāng)前典型的ADAS 系統(tǒng)框圖，主要數(shù)據(jù)處理部分是由GPU或NPU完成，在這顆應(yīng)用處理器外，會(huì)集成MCU、外部ISP、以太網(wǎng)交換機(jī)和PCIe交換機(jī)等。右邊是使用TDA4VM后的ADAS系統(tǒng)框圖。TDA4把原來外部需要的上述模塊集成到芯片中，其中包含通用處理部分的CPU、實(shí)時(shí)MCU、功能安全MCU、C7x DSP、MMA深度學(xué)習(xí)加速器、VPAC DMPAC視覺加速器、內(nèi)部的ISP和以太網(wǎng)交換機(jī)，以及PCIe交換機(jī)等等。顯然使用TDA4VM可以大大簡化ADAS系統(tǒng)的硬件復(fù)雜度。

圖3-10 TDA4x域控處理器簡化ADAS系統(tǒng)架構(gòu)

下圖是TDA4VM處理器的Block Diagram。其芯片中關(guān)鍵特性如下：

具有兩個(gè)64位 Arm Cortex-A72微處理器子系統(tǒng),工作頻率高達(dá)1.8GHz,22K DMIPS;

每個(gè)Cortex-A72核集成了32KB L1 D-Cache和48KB L1 I-Cache。

每個(gè)雙核Cortex-A72 Cluster共享一個(gè)1MB大小的L2 Cache。

有六個(gè)Arm Cortex-R5F MCU,工作頻率高達(dá)1.0GHz,12 K DMIPS;

每個(gè)核存儲(chǔ)器為64K L2 RAM

隔離安全島中的MCU子系統(tǒng)有兩個(gè)Arm Cortex-R5F MCU

通用計(jì)算部分有四個(gè)Arm Cortex-R5F MCU

兩個(gè)C66x浮點(diǎn)DSP,工作頻率高達(dá)1.35 GHz, 40 GFLOPS, 160 GOPS;

C7x浮點(diǎn),矢量DSP,高達(dá)1.0 GHz, 80 GFLOPS, 256 GOPS;

深度學(xué)習(xí)矩陣乘法加速器(MMA),1.0GHz高達(dá)8 TOPS (INT8);

視覺處理加速器(VPAC)和圖像信號(hào)處理器(ISP)和多個(gè)視角輔助加速器;

深度和運(yùn)動(dòng)處理加速器(DMPAC);

圖3-11 TI TDA4x處理器功能模塊圖

“C7x”是TI的下一代DSP，它將TI 行業(yè)領(lǐng)先的DSP 和EVE 內(nèi)核整合到單個(gè)性能更高的內(nèi)核中并增加了浮點(diǎn)矢量計(jì)算功能，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)舊代碼的向后兼容性，同時(shí)簡化了軟件編程。新型“MMA”深度學(xué)習(xí)加速器可在業(yè)界最低功率包絡(luò)內(nèi)實(shí)現(xiàn)高達(dá)8TOPS 的性能。專用的ADAS/AV 硬件加速器可提供視覺預(yù)處理以及距離和運(yùn)動(dòng)處理。

TDA4VM處理器還能很好地滿足整個(gè)系統(tǒng)的功耗要求，當(dāng)勝任這些ADAS域控所需的高性能計(jì)算，TDA4VM處理器僅需5到20W的功耗，因此無需主動(dòng)冷卻。比如：Momenta曾在2020年CES有一個(gè)演示，在現(xiàn)場(chǎng)有客戶觸摸TDA4 的芯片外殼，發(fā)現(xiàn)芯片外殼上沒有做任何的散熱，可見功耗是非常低的。

TDA4VM處理器內(nèi)的功能安全設(shè)計(jì)包括兩部分：1）隔離的功能安全島中集成了兩個(gè)支持雙核鎖步模式的Cortex-R5F核，可以實(shí)現(xiàn)ASIL-D級(jí)別的功能安全；2）其余主處理器部分可以達(dá)到ASIL-B功能安全。

隔離的功能安全島中集成了兩個(gè)支持雙核鎖步模式的Cortex-R5F核，可以實(shí)現(xiàn)ASIL-D級(jí)別的功能安全；

功能安全島中的兩個(gè)ARM Cortex-R5F核帶有浮點(diǎn)協(xié)處理器，支持雙核鎖步運(yùn)行模式。

512字節(jié)的Scratchpad RAM內(nèi)存

高達(dá)1MB、帶有ECC支持的片上SRAM

安全島內(nèi)專用的電壓與時(shí)鐘域（獨(dú)立于主處理器）

安全島內(nèi)專用的內(nèi)存和接口設(shè)計(jì)（獨(dú)立于主處理器）

主處理器的其余部分可以達(dá)到ASIL-B功能安全：

片上內(nèi)存和互聯(lián)都帶有ECC保護(hù)

內(nèi)置自檢機(jī)制（Built-in Self-Test，BIST）

3.2.2 DRA829V網(wǎng)關(guān)芯片

傳統(tǒng)汽車過去一直在使用低速網(wǎng)絡(luò)（比如：CAN/LIN等）進(jìn)行通信，因此如果要對(duì)整車所有電控單元進(jìn)行軟件升級(jí)將會(huì)是非常緩慢的（如下圖的左邊部分）。當(dāng)現(xiàn)代汽車演進(jìn)到域集中式EEA之后，比如常見的三域EE架構(gòu)（ADAS域、座艙域、整車控制域），域與域之間的通信就需要非常高速的通信總線（如下圖右邊），因此就需要中央網(wǎng)關(guān)跨域通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換和包轉(zhuǎn)發(fā)功能。DRA829V處理器就是用于這個(gè)場(chǎng)景。

圖3-12 DRA829V作為汽車域和域之間的通信網(wǎng)關(guān)

DRA829V處理器是業(yè)界第一款集成了片上PCIe交換機(jī)的處理器，同時(shí)，它還集成了支持8端口千兆支持TSN的以太網(wǎng)交換機(jī)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)更快的高性能計(jì)算和整車通信。

下圖的左邊是TI理解的整個(gè)車身運(yùn)算平臺(tái)的框架，在這個(gè)框架應(yīng)用處理器外需要接上外部的PCIe交換機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)，也需要外部的信息安全模塊（eHSM），外部的MCU。而下圖的右邊用DRA829V處理器把上述外部需要集成的IP模塊全部集成進(jìn)來，因此大大降低了硬件復(fù)雜度，提高了可靠性。TI汽車網(wǎng)關(guān)處理器最核心的一點(diǎn)是高性能處理器，同時(shí)需要功耗非常低。

圖3-13 TI DRV8x系列網(wǎng)關(guān)芯片簡化網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)架構(gòu)

DRA829V SoC 通過提供計(jì)算資源、在車輛計(jì)算平臺(tái)中高效移動(dòng)數(shù)據(jù)以及在整個(gè)車輛網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信，解決了新型車輛計(jì)算架構(gòu)帶來的難題，可以看到DRA829V 主要是處理數(shù)據(jù)交換和安全的問題。

與NXP S32G2/S32G3相比，雖然這兩款芯片都是針對(duì)汽車中央網(wǎng)關(guān)場(chǎng)景，但是設(shè)計(jì)特點(diǎn)是不同。

圖3-14 NXP S32G中央網(wǎng)關(guān)處理器

NXP的S32G是作為一個(gè)成熟的網(wǎng)絡(luò)處理器設(shè)計(jì)的，最大的特色是通過網(wǎng)絡(luò)卸載引擎來加速3層的協(xié)議轉(zhuǎn)換和包轉(zhuǎn)發(fā)。它完全是作為汽車域集中式EE架構(gòu)中的中央網(wǎng)關(guān)場(chǎng)景量身設(shè)計(jì)的，可以有效處理各控制器的OTA升級(jí)、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的交互，安全信息的傳輸?shù)热蝿?wù)。

而DRA829V 更多是車內(nèi)高速信號(hào)的集聯(lián)和轉(zhuǎn)發(fā)，這些能力使DRA829V更適合充當(dāng)域內(nèi)的高速信號(hào)的集聯(lián)和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)（注意：這不同于NXP S32G的中央網(wǎng)關(guān)角色，可以認(rèn)為是域主控處理器所需要的網(wǎng)關(guān)功能）。當(dāng)然，DRA829V也可以作為中央網(wǎng)關(guān)的角色，但是因?yàn)槿狈︻愃朴贜XP S32G網(wǎng)關(guān)中包轉(zhuǎn)發(fā)引擎，因此這并不是DRA829V的主打功能。

3.3 NVIDIA Xavier/Orin的方案

英偉達(dá)是全球最大的智能計(jì)算平臺(tái)公司。公司早期專注于PC圖形計(jì)算，后來利用其適合大規(guī)模并行計(jì)算的GPU架構(gòu)，逐步將業(yè)務(wù)重點(diǎn)拓展到云端的AI加速、HPC高性能計(jì)算、AR/VR等領(lǐng)域。除了優(yōu)秀的硬件平臺(tái)架構(gòu)和性能之外，NVIDIA在軟件和生態(tài)上也具有巨大的優(yōu)勢(shì)?；贜VIDIA GPU架構(gòu)的CUDA軟件開發(fā)平臺(tái)，是業(yè)界事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的異構(gòu)計(jì)算框架。NVIDIA在CUDA計(jì)算框架的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了DNN加速庫、編譯器、開發(fā)調(diào)試工具以及TensorRT推理引擎等。

NVIDIA 2015年正式發(fā)布其面向移動(dòng)端/機(jī)器人/自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域的智能處理器Tegra X1，它內(nèi)置集成了當(dāng)時(shí)NVIDIA最先進(jìn)的Maxwell架構(gòu)的GPU核。這顆SoC處理器的發(fā)布也在全球開啟了嵌入式領(lǐng)域的AI計(jì)算時(shí)代。

借助于它在云端積累的CUDA+TensorRT生態(tài)優(yōu)勢(shì)，NVIDIA在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域提供“芯片+完全自動(dòng)駕駛軟件?！倍说蕉私鉀Q方案，包括：Drive AV軟件平臺(tái)、Drive IX軟件平臺(tái)、Drive Sim等完整的軟件生態(tài)。

3.3.1 Xavier自動(dòng)駕駛計(jì)算平臺(tái)

NVIDIA在2018年CES上推出了Xavier平臺(tái)，作為Driver PX2 的進(jìn)化版本。NVIDIA稱Xavier 是“世界上最強(qiáng)大的SoC（片上系統(tǒng)）”，Xavier可處理來自車輛雷達(dá)、攝像頭、激光雷達(dá)和超聲波等傳感器的自主駕駛感知數(shù)據(jù)，能效比市場(chǎng)上同類產(chǎn)品更高，體積更小?！癗VIDIA Jetson AGX Xavier 為邊緣設(shè)備的計(jì)算密度、能效和 AI 推理能力樹立了新的標(biāo)桿。”

2020年4月上市的小鵬汽車 P7，成為首款搭載 NVIDIA DRIVE AGX Xavier 自動(dòng)駕駛平臺(tái)的量產(chǎn)車型，小鵬 P7 配備了13 個(gè)攝像頭、5 個(gè)毫米波雷達(dá)、12 個(gè)超聲波雷達(dá)，集成開放式的 NVIDIA DRIVE OS 操作系統(tǒng)。

Xavier SoC基于臺(tái)積電12nm FinFET工藝，集成90億顆晶體管，芯片面積350平方毫米，CPU采用NVIDIA自研8核ARM64架構(gòu)（代號(hào)Carmel）， 集成了Volta架構(gòu)的GPU（512個(gè)CUDA核心），支持FP32/FP16/INT8，20W功耗下單精度浮點(diǎn)性能1.3TFLOPS，Tensor核心性能20TOPs，解鎖到30W后可達(dá)30TOPs。

Xavier是一顆高度異構(gòu)的SoC處理器，集成多達(dá)八種不同的處理器核心或者硬件加速單元。使得它能同時(shí)、且實(shí)時(shí)地處理數(shù)十種算法，以用于傳感器處理、測(cè)距、定位和繪圖、視覺和感知以及路徑規(guī)劃等任務(wù)負(fù)載。

八核CPU：八核 “Carmel” CPU 基于ARMv8 ISA

深度學(xué)習(xí)加速器(DLA)：5 TOPS (FP16) | 10 TOPS (INT8)

Volta GPU：512 CUDA cores | 20 TOPS (INT8) | 1.3 TFLOPS (FP32)

視覺處理器：1.6 TOPS

立體聲和光流引擎（SOFE）：6 TOPS

圖像信號(hào)處理器(ISP)：1.5 Giga Pixels/s

視頻編碼器：1.2 GPix/s

視頻解碼器：1.8 GPix/s

Xavier的主處理器可以達(dá)到ASIL-B級(jí)別的功能安全等級(jí)需求。

下面是Xavier SoC的Block Diagram：

圖3-15 NVIDIA Xavier處理器功能模塊圖

除了強(qiáng)大的計(jì)算資源外，Xavier SoC擁有豐富的IO接口資源：

Xavier有兩個(gè)版本的片上系統(tǒng)(System On Module)，分別是Jetson AGX Xavier 8GB和Jetson AGX Xavier：

Jetson AGX Xavier 8GB：是一款價(jià)格實(shí)惠的低功耗版的Jetson AGX Xavier，在軟硬件上與現(xiàn)有的 Jetson AGX Xavier 完全兼容。其整個(gè)模塊最高消耗 20W 功率，同時(shí)提供高達(dá) 20 TOPS 的 AI 性能。

Jetson AGX Xavier：作為世界上第一個(gè)專為自主機(jī)器人設(shè)計(jì)的智能計(jì)算平臺(tái)，Jetson AGX Xavier可以提供很高的計(jì)算性能，同時(shí)保持較低的功耗。Jetson AGX Xavier平臺(tái)可以預(yù)設(shè)10W、15W和30W三種運(yùn)行模式，Jetson AGX Xavier Industrial（工業(yè)版）則提供兩種可選的功耗模式：20W和40W。

下面是各不同版本的Jetson AGX Xavier片上系統(tǒng)的性能參數(shù)對(duì)比：

基于Xavier的ADAS DCU方案

Ecotron（ecotron.ai/）是美國一家專注于ADAS DCU（ADCU）的制造商。它于2019年9月發(fā)布了EAXVA03型ADAS域控制器，這是一款采用NVIDIA Xavier SoC和Infineon TC297 MCU打造、面向L3/L4級(jí)別自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的高性能中央計(jì)算平臺(tái)。按照設(shè)計(jì)方案考慮，Xavier智能處理器用于環(huán)境感知、圖像融合、路徑規(guī)劃等，TC297 MCU用于滿足ISO26262功能安全需求（ASIL-C/D級(jí)別）的控制應(yīng)用場(chǎng)景（也即作為Safety Core），比如安全監(jiān)控、冗余控制、網(wǎng)關(guān)通訊及整車控制。

目前最新的型號(hào)已經(jīng)發(fā)展到EAXVA04和EAXVA05。EAXVA04是EAXVA03的升級(jí)版，還是一顆Xavier+一顆TC297的方案，而EAXVA05則采用了兩顆Xavier+TC297的方案，因而可以提供更大的算力。下面是EAXVA04 ADAS域控制器的結(jié)構(gòu)圖：

圖3-16 EAXVA04的方案結(jié)構(gòu)圖

下面是EAXVA05 ADAS域控制器雙Xavier+TC297 MCU的方案結(jié)構(gòu)圖：

圖3-17 EAXVA05 ADAS域控制器結(jié)構(gòu)圖

3.3.2 Orin自動(dòng)駕駛計(jì)算平臺(tái)

2019年12月英偉達(dá)發(fā)布了新一代面向自動(dòng)駕駛和機(jī)器人領(lǐng)域Orin芯片和計(jì)算平臺(tái)。具有ARM Hercules CPU內(nèi)核和英偉達(dá)下一代GPU架構(gòu)。Orin SoC包含170億晶體管，晶體管的數(shù)量幾乎是Xavier SoC的兩倍，具有12個(gè)ARM Hercules內(nèi)核，將集成Nvidia下一代Ampere架構(gòu)的GPU，提供200 TOPS@INT8性能，接近Xavier SoC的7倍，Orin SOC將在2021年提供樣片，2022年正式面向車廠量產(chǎn)。

2020年5月GTC上，英偉達(dá)介紹了即將發(fā)布的新一代自動(dòng)駕駛Drive AGX Orin平臺(tái)，它可以搭載兩個(gè)Orin SoC和兩塊NVIDIA Ampere GPU，可以實(shí)現(xiàn)從入門級(jí)ADAS解決方案到L5級(jí)自動(dòng)駕駛出租車（Robotaxi）系統(tǒng)的全方位性能提升，平臺(tái)最高可提供2000TOPS算力。未來L4/L5級(jí)別的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)將需要更復(fù)雜、更強(qiáng)大的自動(dòng)駕駛軟件框架和算法，借助強(qiáng)勁的計(jì)算性能，Orin計(jì)算平臺(tái)將有助于并發(fā)運(yùn)行多個(gè)自動(dòng)駕駛應(yīng)用和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型算法。

作為一顆專為自動(dòng)駕駛而設(shè)計(jì)的車載智能計(jì)算平臺(tái)，Orin可以達(dá)到ISO 26262 ASIL-D 等級(jí)的功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

借助于先進(jìn)的7nm制程工藝，Orin擁有非常出色的功耗水平。在擁有200TOPS的巨大算力時(shí)，TDP僅為50W。

下圖是Orin SoC的Block Diagram：

圖3-18 NVIDIA Orin處理器功能模塊圖

下表是Jetson AGX Orin的片上系統(tǒng)的性能參數(shù)：

3.4 高通Snapdragon Ride自動(dòng)駕駛平臺(tái)

2020年12月30日，長城汽車召開智能駕駛戰(zhàn)略升級(jí)發(fā)布會(huì)，正式發(fā)布全新的咖啡智駕“331戰(zhàn)略”。會(huì)上，長城還與高通達(dá)成戰(zhàn)略合作關(guān)系，決定在量產(chǎn)車上搭載高通Snapdragon Ride自動(dòng)駕駛平臺(tái)。長城汽車計(jì)劃在2022年推出全球首個(gè)基于高通Snapdragon Ride平臺(tái)的L4級(jí)量產(chǎn)車。搭載IBEO的4D全半導(dǎo)體真固態(tài)激光雷達(dá)，也就是Flash激光雷達(dá)，最遠(yuǎn)有效距離可達(dá)300米。

高通Snapdragon Ride自動(dòng)駕駛平臺(tái)在硬件方面由兩塊芯片構(gòu)成：1）SA8540主處理器（作為ADAS域應(yīng)用主處理器，滿足系統(tǒng)級(jí)安全需求）；2）SA9000B加速器，提供自動(dòng)駕駛系統(tǒng)所需的算力。全部達(dá)到ASIL-D，可支持L1~L5級(jí)別的自動(dòng)駕駛。單板的AI算力是360TOPS（INT8），整體功耗65瓦，計(jì)算能效比約為5.5TOPS/W，通過PCIe交換機(jī)可以增加到4套計(jì)算平臺(tái)，四加速器的AI算力總計(jì)達(dá)1440TOPS。

ADAS應(yīng)用處理器：Kryo CPU、Adreno GPU、神經(jīng)處理器、嵌入式視覺處理器

自動(dòng)駕駛專用加速器（ASIC）：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器陣列

L1/L2級(jí)ADAS：面向具備AEB、TSR和LKA等駕駛輔助功能的汽車。硬件支持：1個(gè)ADAS應(yīng)用處理器，可提供30 TOPS的算力

L2+級(jí)ADAS：面向具備HWA（高速輔助）、自動(dòng)泊車APA以及TJA（低速輔助）功能的汽車。所需硬件支持：2個(gè)或多個(gè)ADAS應(yīng)用處理器，期望所需算力要求60~125 TOPS的算力

L4/L5級(jí)自動(dòng)駕駛：面向在城市交通環(huán)境中的自動(dòng)駕駛乘用車、機(jī)器人出租車和機(jī)器人物流車；所需硬件支持：2個(gè)ADAS應(yīng)用處理器 + 2個(gè)自動(dòng)駕駛加速器（ASIC），可提供700TOPS算力，功耗為130W

到目前為止，高通還未公開其SA8540P和SA9000B兩款芯片的信息，高通單獨(dú)為L3/L4自動(dòng)駕駛開發(fā)全新芯片的可能性極小，所以我們可以根據(jù)高通的其它相關(guān)芯片產(chǎn)品來大致推測(cè)一下。高通在2021年上半年正式商業(yè)化一款A(yù)I 100邊緣計(jì)算套件，采用驍龍865做應(yīng)用處理器，AI 100做加速器，在M.2 edge接口下，算力為70TOPS，在PCIe接口16核心下，算力可達(dá)400TOPS。

根據(jù)長城的宣傳圖片，8540和9000都是7納米，AI 100和驍龍865也是7納米，PCIe也在長城的宣傳圖片上可以看到。當(dāng)然為了車規(guī)，必須犧牲一點(diǎn)性能，通過降頻來降低功耗，達(dá)到車規(guī)，因此性能降到了360TOPS。驍龍865是高通7納米芯片中最頂級(jí)的，870的頻率更高，最高達(dá)3.2GHz，功耗勢(shì)必更高，因此8540最有可能是驍龍865的車規(guī)版芯片，當(dāng)然X55的Modem可以去掉。高通只有一款加速器，SA9000B很可能就是AI 100的車規(guī)版。

圖3-19 高通Cloud A100 AI加速處理器

高通AI 100的核心走的是DSP路線，單芯片最多有16個(gè)AI核心。每個(gè)AI核的SRAM是9MB，16個(gè)就是144MB，特斯拉FSD是64MB，基本上AI 100是特斯拉的兩倍。高通套件用的是12GB的LPDDR5，特斯拉FSD只能對(duì)應(yīng)LPDDR4。

高通當(dāng)然不會(huì)只提供硬件，而是會(huì)提供全套軟硬件解決方案，包括軟件SDK、工具和仿真等。

圖3-20 高通Snapdragon Ride自動(dòng)駕駛軟件棧架構(gòu)

高通自動(dòng)駕駛平臺(tái)的合作伙伴，重點(diǎn)是其視覺感知和駕駛策略軟件棧Arriver。實(shí)際Arriver就是Veoneer的軟件品牌，泊車方面主要是法雷奧，Park4u是法雷奧泊車系統(tǒng)的名稱。DMS方面主要合作伙伴是Seeing Machines，即凱迪拉克DMS供應(yīng)商。

總體來看，高通的策略是自己提供端到端的完整軟硬件解決方案，并同時(shí)積極布局上下游相應(yīng)的生態(tài)合作伙伴。

4 ADAS/AD芯片的關(guān)鍵指標(biāo)

作為整個(gè)汽車的大腦，自動(dòng)駕駛域控制器通常要連接多個(gè)攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)以及IMU等傳感器設(shè)備，并對(duì)來自這些傳感器的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算。尤其是攝像頭和激光雷達(dá)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常大，因此需要配置一個(gè)核心運(yùn)算性能越來越強(qiáng)勁的自動(dòng)駕駛主處理器。

下面我們總結(jié)一下自動(dòng)駕駛主處理器所應(yīng)具有的關(guān)鍵指標(biāo)：

（一）CPU核心

在汽車電子領(lǐng)域，通常以DMIPS（Dhrystone MIPS）來測(cè)量CPU核心的整數(shù)計(jì)算能力。

Dhrystone標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法很簡單，就是單位時(shí)間內(nèi)跑了多少次Dhrystone程序，其指標(biāo)單位為DMIPS/MHz。MIPS是Million Instructions Per Second的縮寫，每秒處理的百萬級(jí)的機(jī)器語言指令數(shù)。DMIPS中的D是Dhrystone的縮寫，它表示了在Dhrystone標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法下的MIPS。

除了Dhrystone Benchmark之外，CoreMark是另一套在嵌入式領(lǐng)域常見的CPU核心性能的測(cè)試基準(zhǔn)。CoreMark是由嵌入式微處理器基準(zhǔn)評(píng)測(cè)協(xié)會(huì)EEMBC的Shay Gla-On于2009年提出的一項(xiàng)基準(zhǔn)測(cè)試程序，其主要目標(biāo)是測(cè)試處理器核心性能，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為比陳舊的Dhrystone標(biāo)準(zhǔn)更有實(shí)際價(jià)值。

（二）Memory帶寬

自動(dòng)駕駛芯片平臺(tái)因?yàn)橐尤氪罅康膫鞲衅鲾?shù)據(jù)，因此內(nèi)存的壓力非常大。整個(gè)系統(tǒng)往往呈現(xiàn)出Memory-Bound系統(tǒng)的特點(diǎn)，因此內(nèi)存帶寬通常決定了系統(tǒng)性能的理論上限。

比如常見的256-bit LPDDR4@4266，其帶寬為：（256 * 4266）/ （8 * 1000）= 136.5GB/s。256-bit LPDDR5@6400的帶寬為：(256 * 6400) / (8 * 1000) = 204.8 GB/s。

（三）AI算力

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)因?yàn)橐幚砀鞣N各樣的傳感器數(shù)據(jù)，因此對(duì)算力需求很大。其中當(dāng)屬對(duì)來自攝像頭的視覺圖像數(shù)據(jù)的處理最為消耗算力。

自動(dòng)駕駛級(jí)別每升高一個(gè)級(jí)，其所需算力至少增加數(shù)倍。比如：L2級(jí)別需要10+ TOPS的算力，L3需要100 TOPS左右的算力，L4級(jí)別可能需要500 TOPS左右的算力，L5級(jí)別甚至需要1000+ TOPS以上的算力。

除了理論硬件算力之外，實(shí)際的算力利用率也至關(guān)重要。不同AI加速器的架構(gòu)設(shè)計(jì)通常會(huì)導(dǎo)致不同的硬件算力實(shí)際利用率，因而相同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在兩款具有相同硬件理論算力的AI加速器上跑出不同的實(shí)測(cè)性能。

（四）能效比

能效比是算力與TDP功耗之比，也即每瓦功耗所能貢獻(xiàn)的理論算力值，這是衡量AI加速器設(shè)計(jì)好壞的一個(gè)非常重要指標(biāo)。比如：NIVIDA Orin芯片的算力為200TOPS，TDP是50W，其能效比約為4TOPS/W。

（五）車規(guī)與功能安全

與消費(fèi)電子產(chǎn)品相比，汽車芯片在安全性和可靠性上有這個(gè)最高的要求。

汽車芯片長年工作在“-40℃到125℃”高低溫以及劇烈震動(dòng)的惡劣環(huán)境下，為了保證汽車電子產(chǎn)品達(dá)到對(duì)工作溫度、可靠性與產(chǎn)品壽命的高標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求，國際汽車電子協(xié)會(huì)（Automotive Electronics Council，AEC）建立了相關(guān)的質(zhì)量認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，其中AEC-Q100是針對(duì)于車載集成電路壓力測(cè)試的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)成為汽車電子產(chǎn)品在可靠性和產(chǎn)品壽命等方面的工業(yè)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

除了滿足車規(guī)級(jí)要求之外，自動(dòng)駕駛芯片也需要滿足由ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)定義的“功能安全（Function Safety，簡稱Fusa）”的認(rèn)證要求。功能安全對(duì)芯片上的設(shè)計(jì)要求是要盡可能找出并糾正芯片的失效（分為：系統(tǒng)失效和隨機(jī)失效）。系統(tǒng)失效本質(zhì)上是產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的缺陷，因此主要依靠設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的流程規(guī)范來保證，而隨機(jī)失效則更多依賴于芯片設(shè)計(jì)上的特殊失效探測(cè)機(jī)制來保證。

ISO 26262對(duì)安全等級(jí)做了劃分，常見的是ASIL-B和ASIL-D級(jí)別。ASIL-B要求芯片能覆蓋90%的單點(diǎn)失效場(chǎng)景，而ASIL-D則要求能達(dá)到99%。芯片面積越大，晶體管越多，相應(yīng)的失效率越高。

（六）視覺接口與處理能力

攝像頭接入目前通常采用MIPI-CSI2接口標(biāo)準(zhǔn)。MIPI CSI（Camera Serial Interface）是由MIPI聯(lián)盟下 Camera 工作組指定的接口標(biāo)準(zhǔn)。CSI-2 是 MIPI CSI 第二版，主要由應(yīng)用層、協(xié)議層、物理層組成，最大支持4通道數(shù)據(jù)傳輸、單線傳輸速度高達(dá)1Gb/s。同時(shí)接入的攝像頭路數(shù)是自動(dòng)駕駛芯片的一個(gè)重要指標(biāo)。比如：NVIDIA的Xavier/Orin都允許同時(shí)接入16路攝像頭。

ISP作為視覺成像處理的核心芯片，也是非常重要的。自動(dòng)駕駛芯片通常內(nèi)置集成的ISP模塊。通過MIPI-CSI-2接口所連接的攝像頭Sensor，先把Raw圖像數(shù)據(jù)送給ISP進(jìn)行處理，ISP處理過后的RGB/YUV圖像數(shù)據(jù)再送給其它模塊，比如：CODEC或CV加速器等。為了得到更好的圖像效果，自動(dòng)駕駛汽車上對(duì)ISP的要求非常高。

此外，跟視覺處理相關(guān)的重要特性還包括：圖像繪制加速GPU，顯示輸出接口以及視頻編解碼等。

（七）豐富的IO接口資源

自動(dòng)駕駛的主控處理器需要豐富的接口來連接各種各樣的傳感器設(shè)備。目前業(yè)界常見的自動(dòng)駕駛傳感器主要有：攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、組合導(dǎo)航、IMU以及V2X模塊等。

對(duì)攝像頭的接口類型主要有：MIPI CSI-2、LVDS、FPD Link等。

激光雷達(dá)一般是通過普通的Ethernet接口來連接。

毫米波雷達(dá)都是通過CAN總線來傳輸數(shù)據(jù)

超聲波雷達(dá)基本都是通過LIN總線

組合導(dǎo)航與慣導(dǎo)IMU常見接口是RS232

V2X模塊一般也是采用Ethernet接口來傳輸數(shù)據(jù)

除了上述傳感器所需IO接口外，常見的其它高速接口與低速接口也都是需要的，比如：PCIe、USB、I2C、SPI、RS232等等。

審核編輯：郭婷