作者：Patrick Mannion，特約編輯

人工智能 (AI)、電氣化和車內娛樂只是汽車正在發生的一些革命性變化，引發了對汽車應該如何設計和使用的徹底重新思考。它們也促使設計師重新思考自己在汽車設計鏈中的角色。

從半導體和組件環境性能的角度來看，適用相同的規則，即 AEC-Q100，自 1994 年以來一直存在。它定義了溫度、濕度和其他可靠性因素。然而，自 1994 年以來，情況發生了很大變化，很快，“汽車”手機將開始名副其實，這在很大程度上要歸功于傳感器集成、人工智能、摩爾定律以及偏遠地區的一些人以標簽為生圖像，使智能系統更準確。

例如，準確的標簽可以區分天空和卡車的側面。Mighty AI 是一家專注于使用遍布全球的人類團隊確保準確標記的公司。根據其創始人 S. “Soma” Somasegar 的說法，人類在未來很長一段時間內都將在這個循環中發揮重要作用。“我們不是在建立一個系統來玩游戲；我們正在建立一個拯救生命的系統，”Mighty AI 首席執行官 Daryn Nakhuda 說。

讓自動駕駛汽車在日常使用中相對安全是一個有趣的挑戰，它吸引了汽車原始設備制造商和電子系統設計師的想象力，并刺激了傳感器、處理和通信方面的創新。

一段時間以來，人們認為 LiDAR 將成為實現自動駕駛汽車的關鍵突破性技術，但現在，開發人員已經意識到它是所有可能的傳感器輸入的組合，包括聲納、高清攝像頭、LiDAR 和雷達，所有這些都是為了確保準確測距和識別物體。根據通用汽車的說法，其雪佛蘭 Volt 電動汽車 (EV) 的自動駕駛版本增加了 40 個傳感器和 40% 的硬件。

降低該硬件的成本和功耗，特別是對于高級圖像處理，是自動駕駛汽車的許多關鍵促成因素之一。為此，Dream Chip Technologies 在世界移動通信大會 (MWC) 上宣布了用于計算機視覺的高級駕駛員輔助系統 (ADAS) 片上系統 (SoC)，該系統可在降低功耗的同時大大提高性能。

ADAS SoC 是與 Arm、ArterisIP、Cadence、GlobalFoundries (GF) 和 Invecas 合作開發的，是歐盟委員會 ENIAC THINGS2DO 參考開發平臺的一部分。它是基于格芯的 22FDX 技術開發的，旨在降低 AI 和神經網絡 (NN) 處理所需的功率，使其可以嵌入到車輛中而無需主動冷卻技術，這會增加重量、尺寸和成本，同時增加失敗的概率。

SoC 使用 Dream Chip 的圖像信號處理流水線、Tensilica (Cadence) P6 DSP 和四組 Arm Cortex-A53 處理器，以達到 1 tera 運算/秒 (TOPS) 的速度，而功耗“只有個位數”。 ”

分布式與集中式傳感器處理Dream Chip Technologies 的低功耗 SoC 在圖像處理方面的低功耗性能至關重要，因為需要最大限度地減少延遲以避免發生事故。車輛看得越遠，越早處理所看到的，車輛就會變得越安全。然而，如前所述，合理的智能決策需要許多傳感器，這就提出了應該在哪里以及如何處理所有這些傳感器輸入的問題。

傳感器融合技術在無人機等應用中廣為人知，其中陀螺儀、加速度計和磁力計的管理方式使得它們各自的優勢得到強調，而負面影響則被削弱。對于具有如此多和不同傳感器的自動駕駛汽車，如何做到這一點？

為了解決這個問題，Mentor Graphics 決定逆向工作，從 5 級自治開始。它的方法稱為 DRS360，它從 LiDAR、雷達和攝像頭獲取（融合）原始傳感器數據并對其進行處理，以開發出車輛周圍環境的 360 度實時視圖。集中式方法減少了延遲，但確實需要高級別的集中處理，Mentor 使用 Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC FPGA 及其先進的 NN 算法提供了這種處理。另一種方法是在傳感器本地進行圖像、激光雷達或雷達處理并將結果發送到上游，但這種方法的擴展效率不如 DRS360，也沒有充分利用快速變化和發展的算法。缺點是單點故障，但內置冗余和良好的設計可以抵消這一點。

MIPI 聯盟并沒有忽視汽車傳感器的重要性，該聯盟將其在手機上定義傳感器物理層接口的經驗帶到了快速發展的汽車領域。10 月 7 日，它宣布成立 MIPI 汽車工作組 (AWG)，以實現傳感器接口標準化，以降低開發成本、縮短測試時間并提高可靠性。憑借其在移動設備方面的背景，MIPI 聯盟也有信心幫助確保高度敏感、關鍵任務的汽車應用受到 EMI 的影響最小。

加速汽車的電氣化 雖然通常被認為是自動駕駛汽車的代名詞，但電動化以取代內燃機 (ICE) 的趨勢正在以不同的驅動程序以自己的速度發展。首先，帶有大電池的電動汽車被視為一種更可持續的交通方式。然而，根據 Mentor Graphics 集成電氣系統市場總監 Dan Scott 的說法，這種電池確實增加了重量，與同等的 ICE 車輛相比增加了 32%。

因此，問題在于最大限度地減少重量，這直接適用于電纜、線束和連接器。電動汽車的另一個問題是更高的功率要求，對于典型的 1 KW 電池實施，400 V 時的電流高達 250 A。如此高的電流會導致更多的熱量產生能量損失，從而推動電動汽車轉向 800 V 電源。這也將減輕電纜重量，其他技術也將如此，例如去除大功率電纜上的屏蔽層。麥肯錫公司拆掉了八輛電動汽車，只是為了看看它們是如何區分的，功率和熱管理被證明是一個有趣的因素，但動力總成設計方法還沒有趨同（圖 1）。

圖 1：對 8 輛電動汽車的拆解顯示，動力傳動系統的設計方式和熱量管理方式存在很大差異。圖片：麥肯錫公司。

然而，Scott 說，這需要權衡取舍，例如 EMC 問題。“此外，對于再生制動等問題，現在您需要考慮電力電子、電機控制和電池化學，因此您必須在不同工具之間共享這些數據，”Scott 說。“這需要更全面的設計方法。”

為此，Mentor 開發了用于汽車和航空航天應用的電氣和線束設計和布局的 Capital 軟件套件。Capital 的目標是保持從車輛概念和電氣架構定義到線束制造和車輛維護的無縫數據流。

“Capital 擅長管理復雜的系統，”Scott 說。“我們有衍生式設計，我們可以從中獲取基本架構并自動生成接線圖。” 雖然 Capital 沒有選擇所需的特定組件，但 Scott 表示 Mentor 確實擁有一個設計服務團隊，可以幫助做出下一級的設計決策。

舒適性和服務取代性能隨著車輛向自動駕駛方向發展，舒適性、娛樂性和服務被視為比性能和道路“感覺”更具差異化的因素。福特已經認識到并支持這種向服務的遷移，而英特爾長期以來一直在推動對數據的關注，無論是在車輛上還是在其使用上。

車輛的使用方式正在改變商業模式，年輕用戶更喜歡訂閱模式而不是擁有車輛。此外，他們喜歡消息靈通和娛樂，這激發了 Imagination Technologies 宣布其用于高清平視顯示器和信息娛樂的 PowerVR Series8XT GT8540 四集群 IP。GPU 內核可同時支持多個高清 4K 視頻流以及多達 8 個應用程序和服務。

審核編輯 黃昊宇