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新能源汽車的發(fā)熱和能耗

據中國國家應急管理部門統(tǒng)計，2022年第一季度，智能汽車自燃事故640起，平均每天有7輛電動汽車自燃。電動汽車火災的主要原因如下：電池過熱、電池老化、電池碰撞、高負荷運行等。其中，電池的高負荷運行是最嚴重的原因之一。

視覺算法算力功耗高，效率低

隨著特斯拉通過視覺算法實現自動駕駛。Tier 一大廠紛紛進入計算能力軍備競賽，計算能力不斷增加，計算能力較大需要消耗較高的功耗。

圖2 多傳感器集成技術策略

事件相機無法提供深度信息。目前，依靠相機的計算方法仍然是一種簡單的蠻力計算。事件相機可以與激光雷達、毫米波雷達和超聲波雷達相結合，實現完美的3D感知。同時，也可以避免海量數據和海量計算能力造成的資源浪費。

ADAS多傳感器融合技術

多傳感器同步問題

圖像事件系統(tǒng)可以解決大多數算法的視覺識別問題，但它也有一些局限性。除了傳統(tǒng)的圖像算法外，激光雷達、毫米波雷達和超聲波雷達也越來越多地用于ADAS。隨著ADAS隨著智能要求的不斷提高，自動駕駛系統(tǒng)需要多種不同類型的傳感器協(xié)同處理。

圖3 多傳感器集成面臨著時間延遲的挑戰(zhàn)

每個傳感器收集數據，然后通過總線發(fā)送到域控制器，有一定程度的延遲，每個傳感器的延遲時間不固定。為了提高自動駕駛傳感器之間的深度集成、決策規(guī)劃和集成定位，自動駕駛高級域控制器及其相關傳感器需要時間同步。

常用時間同步主要包括：GPS同步、SyncE、NTP和PTP（IEEE 1588)時間同步。ADAS就時間敏感網絡而言，TSN（Time Sensitive Network）技術。

圖4 時間敏網絡技術TSN原理

TSN起源于音視頻領域Ethernet AVB解決音視頻網絡高帶寬、高實時性、高傳輸質量的應用要求。TSN基于時間流量調度和管理的核心原理TSN整形器在網絡中的時間感知TAS（Time Aware Shaper）實現了調度。

圖5 采用鎖相環(huán)技術實現時鐘頻率相位鎖定

TSN傳輸線的延遲問題可以更準確地計算出來。但是，如果主設備采用自己獨立的時鐘，就會出現頻率偏差問題，需要采用非常高精度的晶體振動來實現傳輸功能。基于成本等綜合考慮，通常采用OCXO/VCXO PLL設備時鐘的頻率鎖定與主時鐘同步。

在ADAS在應用中，使用TSN結合OCXO 鎖相環(huán)的方式可以實現每個傳感單元和GPU/FPGA時間同步，消除累積誤差，實現時鐘源和多傳感器的統(tǒng)一。

傳感器高速數據交換問題

圖像事件系統(tǒng)包含大量數據。為了滿足多傳感器的深度集成，這些數據必須在很短的時間內完成信息交換。受流線型處理器的啟發(fā)，人們一直使用獨立于處理器的32或64個局部總線。該總線的最高工作頻率為33MHz/66MHz，峰值速度達533MB/s。這種總線被稱為外設互聯標準總線（PCI總線）。

圖6 PCI總線框架構圖

后來，在PCI在總線的基礎上，衍生出來PCI-X總線協(xié)議的工作頻率提高到133MHz，峰值帶寬1064MB/s。后來又發(fā)展到了PCI-X 2.0。

PCI總線正在發(fā)展PCI-X 2.0之后，傳輸速率難以進一步提高。這是因為時鐘與數據信號之間的傳輸線寄生電感串擾嚴重影響數據信號的波形，容易誤判采樣信號，影響通信效率。

圖11 SRAM架構動態(tài)功耗

由于SRAM上下管工作處于深度飽和狀態(tài)。CMOS當反相器從一個穩(wěn)定的工作狀態(tài)轉變?yōu)榱硪粋�穩(wěn)定的工作狀態(tài)時，上下管同時導通。CMOS內阻很小，此時對應的電流會很大，所以動態(tài)功耗很大。

基于Flash工藝動態(tài)功耗

除了基于CMOS的SRAM除處理器外，Excelpoint世健工程師Wolfe Yu介紹了Microchip基于疊柵的推出MOS的Flash架構FPGA處理器。

圖12 Flash架構FPGA與SRAM架構FPGA的差別

Flash架構的FPGA最大的特點是工作點是靜態(tài)的，動態(tài)切換不會有大的電流波動，可以節(jié)省高達50%的功耗。Wolfe表示Microchip最新PolarFire與同類器件28nm與產品相比，其計算能力可以實現其他設備2.6 倍GOPS/W。

Microchip基于ADAS一攬子技術解決方案

在政策、互聯網跨境競爭、消費者內部需求等因素的推動下，ADAS滲透率將迅速提高。還有一些低端車型開始搭載一些ADAS功能，提升賣點。

Microchip基于時間敏感網絡解決方案

Microchip推出LAN937X系列TSN交換設備。作為符合行業(yè)要求的行業(yè)。IEEE 802.1AS交換解決方案的標準功能可以實現更低的延遲數據流量和更高的時鐘精度。下一步，Microchip還將推出10000集成 BASE TI PHY的LAN969X系列產品。

TSN網絡傳輸延遲可以實現，但由于時鐘晶體的頻率偏差，可能會導致不同節(jié)點之間的頻率誤差。為了解決頻率偏差問題，人們通常在節(jié)點中使用它PLL鎖相環(huán)和VCXO鎖定時鐘頻率。同時，為了進一步同步GPS的1PPS時鐘，還需要同步1PPS時鐘。Microchip的ZL307XX系列集成5個PLL ，支持1PPS，SYNCE。滿足大多數以太網時間同步要求。目前，MicrESMT代理ochip與部分車企合作，開始評估Microchip時鐘解決方案。

圖13 Microchip TSN解決方案

LAN93XX搭配1000BASE-T1 PHY LAN887X，配合同步數字鎖相環(huán)ZL307XX精確計時IEEE 1588v2和IEEE 802.1AS-多傳感器時間同步用于2020，符合IEEE P802.1Qci、IEEE P802.1Qav等，能滿足ADAS需要實時聯網。針對低端市場，Microchip的LAN937X配合100BASE-T1LAN也能滿足客戶的需求。

Microchip首款車用PCIe交換機介紹

2022年2月，Microchip宣布推出市場上首個汽車級認證PCIe交換機PM430XX/PM440XX。新發(fā)布的PFX、PSX和PAX交換機的解決方案是ADAS第四代提供了先進的計算互連能力PCIe交換機提供高速互連和支持ADAS實時安全關鍵數據處理的分布式架構。

圖14 Microchip PCIe SWITCH解決方案

Microchip基于FLASH工藝低功耗FPGA介紹

因為Microchip所采用Flash工藝是一種獨特的工藝工藝，其功耗最多只有相同的標準FPGA的50%。

在ADAS在機器視覺算法法Microchip的FPGA在攝像頭前端采樣、預處理、圖像拼接等應用中表現良好。

Microchip功能安全PolarFire FPGA系列內置安全加密認證，可保護設計、數據、網絡免受攻擊，Flash自帶SEU免疫性能的FPGA，是數據中心、工業(yè)、汽車和航空航天應用的理想選擇。

圖15Microchip基于Flash工藝FPGA比較朋友的功耗

除此之外，Microchip集成功能安全MCU、DCDC、USB HUB、AES加密芯片等CAN、LIN總線等，也是ADAS主流方案應用于汽車行業(yè)。針對Microchip基于ADAS一攬子技術解決方案，Excelpoint提供相應的技術支持和指導，降低視覺算法算力的功耗，提高效率，幫助自動駕駛技術的發(fā)展。