| 鏖战汽车电子市场 半导体厂抢食ADAS大饼 |
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| (2014-12-18 13:56:08) 1588人次浏览 |
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车用电子元件供应商全力布局智能汽车市场。瞄准可观的智能汽车商机大饼，半导体元件供应商纷纷针对先进驾驶辅助系统（ADAS）必备的影像撷取、讯号处理及雷达侦测等功能推出解决方案，同时积极朝向下一阶段的感测融合设计布局，期抢得主动安全应用市场主导权。
先进驾驶辅助系统（ADAS）已在消费市场中形成风潮，并为相关供应商带来可观的需求。消费者最期待的是一台可防止车祸发生的汽车，而目前新车市场以辅助性的警示应用为主，此方式仍须由驾驶执行最后的判断，对于人为疏失所造成的不当操作帮助有限。
为了提升汽车主动安全防护能力，使ADAS应用于汽车市场中全面开展，车用半导体业者无不致力于开发更强大性能的元件，与更贴近消费者实际需求的应用，并一步步朝向未来的车联网、全自动驾驶技术挺进。
整合多镜头影像，行车视线零死角
前视（Front View）影像为ADAS最普遍的应用，包含行人侦测、前方碰撞警示、车道偏移警示（LDW）等功能，都须采用前视摄影机进行侦测。美商亚德诺（ADI）已为此开发了专用晶片--BF60X系列，包括BF606/7/8/9，具备低功耗、高耐温特性，并可支援ISO26262要求的功能安全（Functional Safety）。
亚德诺亚太区汽车电子市场经理许智斌表示，此晶片除了针对ADAS应用进行调校之外，并在内部装载软硬结合的加速器，可让多种功能同时运行，包含前方防碰撞、行人和物体侦测、智慧前灯控制（在会车、上下坡或转弯时自动调节远近灯光）、交通号志识别以及LDW等。
此外，亚德诺也提供客户在开发时的参考代码，客户可根据代码对某个地区或国家进行相应的调整，有助于产品更快推上市场。许智斌强调，BF60X系列应用范围可涵盖高阶到低阶车款的功能需求，且不须要做硬体的更改，藉此降低系统的设计难度。
除了基本的前方影像之外，近期整合多个摄影机画面，提供驾驶汽车360度环景影像的方式也逐渐盛行。不过因2D影像无法观看所有视角，提供驾驶的资讯有限，对此富士通（Fujitsu）推出汽车360度3D全景环视系统--OMNIVIEW，将大幅提升汽车影像应用效能。
富士通半导体市场部资深经理周浩洋表示，如何妥善的处理资讯，并满足驾驶对于行车安全和舒适度的需求，是促进智慧汽车半自动驾驶发展的重要因素。
富士通半导体市场部资深经理周浩洋（图1）说明，以往汽车影像系统将摄影机影像投影在2D平面上，仅能提供由上方观看的俯视视角；然而，若视角可根据使用者的需求任意转动，将能使汽车周围状况以及车体所处的位置一目了然，如同从前面、上方看到的影像一样，斜后方的死角也将无所遁形。
针对这项需求，富士通在OMNIVIEW中整合了高灵敏度影像感测器、复杂的智慧演算法以及高效能控制器，采用其独特的影像处理技术，将车辆前后左右四个摄影镜头所拍摄的影像进行合成，并在萤幕上显示出3D模型影像，提供汽车驾驶自由改变汽车周围的影像视角。
据了解，透过33毫秒（ms）高速处理，即使汽车在高速行驶中，影像讯号也能即时于驾驶座的监视器显示，藉由如镜面般的影像，让使用者即时确认车辆周围状况。此系统的另一项特色是高通用性，可适用于类比或数位摄影镜头；同时，富士通在车载人机互动部分，也提供车用虚拟液晶仪表方案和车用控制汇流排方案。
周浩洋指出，OMNIVIEW 3D全景环视系统和全新人机互动介面，正在中国大陆、台湾和南亚地区进行全面性的市场推广，特别是在中国大陆和台湾都有许多成功案例，多款采用全新系统的汽车将会在2015年亮相。
瞄准智慧汽车朝向全自动驾驶的发展趋势，周浩洋也透露，富士通现阶段的主要目标，除了着重在实现半自动驾驶车辆之外，也着手开发最新一代整合雷射感测器和高画质摄影机的全景多视角辅助驾驶系统，该方案可侦测汽车周遭的问题，并重建周边环境之3D影像。富士通以该方案作为基础，预期不久的将来即能达成完全自动驾驶的智慧汽车。
另一方面，车载影像感测器过去仅有倒车摄影机，后来又加入行车记录器、后照镜摄影机，一直到现在的环景影象、盲点侦测，可以看见车用摄影机的数量正逐年成长，并且快速于中小型房车市场中普及。
因应多个摄影机讯号同时输入的需求，瑞萨电子（Renesas Electronics）针对ADAS环景、前方影像处理设计出八核心R-CarV2H系统单晶片（SoC）。其具备六个VideoIn输入，内含专用影像处理积体电路（IC），可对于如鱼眼镜头之类的影像变形进行校正。
瑞萨电子行销暨车用事业部汽车应用部副理何吉哲表示，该晶片为针对汽车辅助安全应用的特定应用标准产品（ASSP），符合ISO 26262车规要求，在规格、功能上都是以车用标准来制定，整体效能较前一代产品提高了八倍；同时，因为将一般用于消费性产品的功能摘除，仅留下汽车应用所需部分，使得晶片价格可降低10~20%。
何吉哲进一步指出，藉由大幅提升运算速度与影像处理能力，可有助于降低ADAS系统在判断上的错误率。未来瑞萨会结合软体开发的合作夥伴，包含工研院与其他软体厂商，透过在影像辅助安全方面合作，推出包含软硬体的解决方案。值得注意的是，另一款结合汽车音响多媒体与ADAS功能的晶片--R-CarH2，预计于2014年年底量产。
不只是瑞萨在车用资讯娱乐（IVI）系统与ADAS整合上下功夫，看好车载资讯娱乐系统需求，以及日渐受到重视的驾驶辅助警示应用，德州仪器（TI）也在IVI处理器中增加摄影机输入与处理能力，使IVI系统可结合汽车环景影像监测，提供如物件与行人侦测、扩充实境导航与驾驶辨识等功能。
德州仪器半导体行销应用协理暨资深科技委员会委员郑曜庭指出，由于采警示方式的ADAS应用可免去系统误判或失效风险，将迅速普及于新推出的车款中。
德州仪器半导体行销应用协理暨资深科技委员会委员郑曜庭（图2）解释，全新IVI处理器系列主要功能包含了影片播放、3D导航、数位化仪表板以及环景影像监测，让客户能够制造出同时具备数位驾驶舱整合，以及传统资讯娱乐功能的车辆，且不须折衷任何效能。TI预估，该类型晶片需求将非常可观。
据了解，新款处理器系列分为Jacinto6EP与EX两个型号，EP版拥有相当于22GFLOPS/60GMACS的1.4GHz数位讯号处理器（DSP）效能。除了提供更多通用序列汇流排（USB）、影像输入及PCIe介面之外，其第二颗DSP核心提供共1.4GHz的讯号处理，能用于动态拼接多个相机画面，结合为单一环绕式或抬头式画面。
而Jacinto 6EX于EP版本规格上再加入双内建视觉引擎（EVE），能够同时使用ADAS系统与资讯娱乐系统之功能，并利用车内与车外影像感测器来提供安全警示。此外，德州仪器也提供EVE相关的软体库，让客户能够利用弹性、可编写、高效能的EVE分析演算核心来控制开发进度。
然而，郑曜庭也强调，资讯娱乐的作业系统即使效能再高仍有当机风险，可能造成无法符合车规或ISO26262规范。因此，该IVI处理器在ADAS应用上仅提供行车周围影像分析给予驾驶警示，系统不会主动介入汽车控制。
针对汽车主动安全应用，德州仪器也同步推出用于ADAS的第三代处理器--TDA3x，可在前置摄影机、全车环视、摄影机与雷达融合、雷达与智慧后置摄影机等多种ADAS应用中启用ADAS演算法，并允许客户开发ADAS应用，如自动紧急煞车系统（AEB）、前方防碰撞预警（FCW）以及车道偏离警告（LKA），以符合NCAP法规。
值得注意的是，新一代处理器藉由减少安谋国际（ARM）Cortex-A15，可使成本降低20～50%，并能符合ISO26262 ASILB等级要求，有助于推动ADAS解决方案扩展到中、低阶车款。郑曜庭同时预告，未来的第四代产品更将实现ASILD等级的安全性。
汽车主动安全应用夯，半导体厂加码雷达技术
随着汽车市场对于安全要求不断提升，加上主动安全应用的演进趋势，以往单靠影像辨识的ADAS系统在判断准确度上已面临瓶颈，驱使晶片商积极开发效能更高的雷达系统，进而提升汽车的环境侦测能力。
财团法人车辆研究测试中心车电系统发展处经理李玉忠分析，在雷达的选择上，主要根据研发系统之目标功能而有所区别，例如市区与快速道路环境之紧急自动煞车系统采用毫米波雷达（仅须侦测车道前方范围障碍物体）；但全自动驾驶系统须考量的环境因素更为复杂，所以须使用光达（LiDAR）进行360度环境障碍物体扫描，以利系统判定。
据了解，现行车用雷达包含超音波、毫米波、光达等方案。超音波的雷达因为价格低，通常用于倒车辅助，但对物体的辨识能力较差；毫米波雷达是目前ADAS应用的主流，分为24GHz与77GHz两种类型，24GHz雷达的侦测距离较短，一般用于盲点侦测，同时价格较低，在中、低阶车款上便可用到；而77GHz覆盖距离较长，主要用于前向雷达，可做自适应巡航控制（ACC）。
光达的部分，分为单点、水平与3D三种类型，目前国际上自动驾驶系统之研发单位，大都采用2D或3D360度光达感测器进行环境侦测与图资重建，而毫米波雷达则无法达成此功能。不过，光达碍于成本过高，难以于消费市场中普及，一颗2D光达视距离与扫描角度范围，价格可达1，000？10，000美元不等，而Google无人车采用的3D360度光达更要价数万美元，恐让消费市场望之却步。
瞄准毫米波雷达的应用趋势，半导体业者已着手布局各频段的雷达方案。许智斌说明，24GHz与77GHz频段为全球通用，其中，77GHz因频段比较高，在同一讯号中包含的讯息量也较大，可用于100公尺或更远距离的侦测，比如在高速公路上开启自适应巡航控制，就需要至少要保持100公尺的安全距离。
许智斌进一步指出，24GHz雷达的晶片或模组价格相对77GHz来得低，多用在50公尺左右的中距离或短距离侦测，包含盲点侦测或变换车道时侦测后方来车。近期业界也开始同时采用两种雷达方案做为互补，使ADAS系统的侦测范围更为完整。
据了解，ADI除了具备24GHz、77GHz雷达解决方案之外，也同时提供客户整个讯号链上所有的晶片，包含基频（Baseband）DSP、射频（RF）等元件，另外还有硬体参考设计，可以加速客户由晶片到终端产品的研发速度。
不过，即使是价格与性能相对划算的毫米波雷达，与基于影像系统的ADAS方案相比，成本仍不利于渗透中低阶车款。英飞凌（Infineon）汽车半导体业务亚太区域中心安全系统市场部经理刘山表示，过去设计汽车雷达系统一般需要四颗晶片，包含做为类比数位转换器（ADC）接口的现场可编程闸阵列（FPGA）、DSP、外部同步动态随机存取记忆体（SDRAM）以及微控制器（MCU），同时还需要大量的电阻、电容，以及至少四颗电源晶片，遂使整体物料成本高昂，难以于汽车市场中普及。
着眼于此，英飞凌除了提供毫米波雷达晶片之外，在针对ADAS应用开发的MCU--AURIX中，整合了ADC模组、快速傅立叶转换（FFT）引擎以及内部RAM，藉此省去上述外部元件，电源IC也可以减少至一颗。刘山强调，此方案使整体物料成本降低40？50%，同时将过去用软体实现的FFT演算法以硬体方式内建，可提高整体运算效率。
据了解，AURIX系列采三核架构，并依应用分为入门级与高阶两种方案，主要差异在于入门级方案将雷达与影像系统分开运作；而高阶方案则透过外接DSP提高运算效能，可将雷达、影像讯号进行融合，以增加系统精确度，并有助于提升欧洲新车安全协会（EuroNCAP）评等。
对于MCU整合DSP的考量刘山补充，整入DSP一方面会大幅提高功耗；其次，现阶段ADAS应用仍在不断的变化，因此英飞凌选择以MCU完成基本功能，其他需求就交由外部DSP执行，此方式对于日后功能升级上能具有更大弹性；再者，若把太多DSP功能放入SoC中，对于要满足ISO26262的功能安全要求，将会增加晶片架构的设计难度。
除了24GHz、77GHz毫米波雷达方案之外，可同时覆盖长距离以及中短距离的79GHz雷达也逐渐受到关注，并可能在未来成为取代采用两颗不同频段雷达的方案。不过，刘山指出，虽然79GHz雷达具有成为未来发展趋势的潜力，但该方案最大的问题在于很多国家尚未开放此频段，因此目前发展尚不明朗。未来，英飞凌也将持续关注各国法规对于79GHz频段的实施。
雷达/影像讯号融合，ADAS效能再升级
为突破影像或雷达等单一感测方案在ADAS应用的限制，遂使感测融合（Sensor Fusion）技术兴起，经由整合多种感测器讯号，不但能提供驾驶更可靠的外界资讯，同时也有助于未来在自动驾驶技术的发展上，进行从感测到控制等多个系统的整合。
许智斌解释，目前业已有许多关于ADAS、电子稳定性控制（ESC）和安全气囊（Airbag）等系统整合的讨论。例如，雷达可先侦测出前方150公尺处有不明障碍物，同时告知系统进行减速；接着在50公尺左右由影像系统对障碍物进行判断，并将讯号传到安全气囊系统调整触发的碰撞力道，让弹出速度更快。如此可让整套系统在事故发生前处于预警状态，可运行的更加顺畅。
看准这项趋势，包含德州仪器、英飞凌等晶片商也都在针对ADAS开发的MCU中，加入可融合影像与雷达讯号的功能。然而，越来越多的讯号汇入，势将考验处理器的运算能力。华创车电前瞻工程部资深经理陈正夫点出，假设系统由接收讯号到做出反应的过程须0.2秒，当汽车以100公里时速行驶于高速公路时，每0.2秒可前进约6公尺，这表示驾驶得知的讯息与即时路况已有6公尺的落差。
郑曜庭进一步分析，ADAS系统从影像的输入、处理、到输出，一般而言速度需达到30画面更新率（FPS）（一秒钟处理三十张影像），因此换算下来一张影像只有33毫秒的处理时间，若是系统低于此速度则无法做到即时反应。
以TI的ADAS处理器为例，其包含了ARMCortex-A15和Cortex-M4核心、DSP、EVE等，规格上已可提供足够的影像处理能力。不过，郑曜庭也不讳言，单就影像处理速度现阶段已可符合即时反应的需求，但若再加上雷达讯号，则系统还必须处理雷达反射讯号的相位差、时间差，以及外界其他雷达讯号的干扰，以上都可能影响处理器最终的运算速度。
据悉，对于雷达讯号的干扰问题，目前业界也导入如多重输入多重输出（MIMO）的概念，以多个雷达讯号发送路径进行比对，此方案光前方雷达即可能达到四个。因此，在ADAS应用不断进化的情形下，要判断处理器是否具备足够的讯号处理效能，最终还是要取决于处理讯号的多寡以及演算法能力。
Google/Apple挥军汽车市场 车载作业系统全面革新
说到2014年汽车产业的大新闻，则不能不提两大行动装置作业系统（OS）开发商Google和苹果（Apple）正式跨足汽车领域，并推出Android Auto和Car Play。由于双方各自具备庞大使用族群，加上创新应用程式（App）的导入，将为向来保守的汽车产业注入颠覆性思维，使未来发展越趋多元。
工研院产经中心资深产业分析师刘美君认为，能否提供驾驶更多的便利与实用性，是消费者选择车载作业系统的一大考量。下一代智慧汽车是建构在资料撷取与分析上，提供驾驶一个更安全的操作环境，并实现最终自动驾驶的目标。比较Google与苹果的布局，前者因拥有Google Map资源，同时正积极发展自动导航驾驶功能，这部分是目前苹果作业平台中较为缺乏的。因此，现阶段虽然还看不出哪一方占有较大优势，但Android或可具备更高的实用性。
须注意的是，汽车应用除了影音娱乐功能之外，更重视的是系统稳定性，目前在引擎或其他关系到行车安全的控制上，主要是由符合AUTOSAR汽车软体架构的作业系统来执行。因此，业界估计，Google和苹果主要仍会以汽车影音多媒体的控制为主，而不会全盘介入所有部分。
郑曜庭指出，Android Auto和Car Play要普及于汽车市场，首要条件是OS必须达到车规等级，也就是系统当机率非常低甚至完全不当机，同时反应速度也要符合即时性需求。
据了解，在Android和iOS尚未符合车规要求之前，业界的做法是将如QNX等业者的车用嵌入式即时（Real-time）OS置于底层，并于上方建构一层框架（Framework）将iOS或Android的OS置入（Plug-in），透过此框架便可在运行苹果和Google App的同时，确保系统达到车规要求的即时性与稳定度。但此做法须加入底层OS，因此必然将增加额外的成本。
另外郑曜庭也补充，除了安全性之外，汽车产业也有许多不同于行动装置应用的需求。例如当系统关闭后重新开启时，基于安全与即时的考量，等待时间必然不能和行动装置相同；再者，休眠模式下系统的功耗若不够低，将可能严重耗损其他功能运作甚至是汽车发动所需的电力。以上都将是未来OS应用于汽车上可能面临的挑战。
但无论如何，更多技术与应用的导入，都将推动智慧汽车迈向成熟与普及；同时解决方案的多元化，除了提供更多选择，也有助于物料成本的降低，这些都会是在下一波新车市场中，消费者所乐见的态势。
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