应对智能座舱处理芯片的多任务处理需求

Bryce Johnstone（Imagination Technologies汽车市场营销部主管）

智能座舱必须与高级驾驶辅助系统（ADAS）协同运行。在引进和初步接受这项技术的过程中，让人们对驾驶辅助和自动驾驶功能产生信任至关重要。所以汽车必须能够根据外观理解它所看到的物体，这样才能取得驾驶员和乘员对它的信任，尤其是AR HUD作为一种安全和实用功能将在这十年变得无处不在，让我们可以一直看着道路而不必低头看导航屏幕。我们正在开发更好的AR技术，相比多个屏幕的仪表盘系统，该技术对图形的要求相对较低。

汽车芯片所面临的主要挑战是所需要的投资和设计的复杂性。根据要实现的功能种类（区域控制器、域控制器、ADAS、4级自动驾驶汽车系统级芯片）和专门的设计能力，构建一个设备需要在硬件上投入数百万美元。另外，还需要考虑软件和工具，它们也会增加相关的成本，而且在内部很难找到熟练的人员来设计系统级芯片。

越来越多的座舱内功能植入，对座舱的主控处理器和操作系统带来了全新的挑战，针对智能座舱应用的中央控制处理器将负责设备中的大部分处理工作。它先接收所有传感器输入的数据，因此需要一个带宽很高的交换机/路由器，比如Imagination的千兆级以太网数据包处理器（EPP）。ADAS功能前/后处理、传感器融合、感知、SLAM等网络的实际处理既需要GPU运算进行灵活处理，也需要通过固定功能处理实现低功耗和高性能，比如Imagination Series4 AI加速器。然后由一个强大的中央GPU处理屏幕上显示的输出，该GPU能够以高帧率处理多达10个屏幕（最高可达60FPS），还能够输出信息娱乐、导航、HUD和仪表组屏幕信息。

智能座舱的处理芯片需要面对更多任务的处理需求，并且将可能驱动更多的显示和终端，为此市场上已经有座舱域控制器，比如运行在IMG PowerVR GPU上的瑞萨R-Car H3是最早出现的这种控制器之一。这些控制器能够以30+FPS驱动多个4K屏幕。在区域控制器配置中，图形或电子座舱功能将成为一项集中式计算功能或作为一项独立的中央功能保留。相比信息娱乐和仪表组信息，ADAS信息将会有专门的屏幕。屏幕成本占到仪表板材料成本的很大一部分，因此对成本较为敏感的汽车市场终端需要把所有东西放在一个屏幕上。如果要在屏幕上显示安全敏感信息，比如可视化的ADAS功能等，将需要功能安全GPU提供相应的支持。

主动安全和功能安全也是汽车电子不可缺少的部分，主动安全将会加入使用标准摄像头或飞时测距摄像头和短程雷达的驾驶员监控和舱内监控等功能。驾驶员监控系统检测诸如注视角度、注视时间、眨眼和闭眼等特征并发出警报或方向盘振动等警告来提醒驾驶员休息。飞时测距摄像头可以用来检测车内的人数和他们在车内的位置。

Imagination的BXS（安全）GPU的设计达到ASIL-B级功能安全，所以能够提前发现故障，告知驾驶员汽车的某些功能可能已经失效以及该怎么做，比如尽快停车并拨打求助电话。我们内置的硬件功能使系统能够提前发现故障并通过一个安全关键软件驱动程序来支持这一功能。

Imagination还有一些专利功能，比如“分块区域保护”。不同于对整个屏幕进行两次完整渲染来确保设备正常运行，我们根据信息来定义屏幕区域，对显示诸如故障灯或表盘的关键信息分块进行二次渲染。这大大减少了需要渲染的分块数量，起到了节能效果。

软件定义汽车是个很有趣的概念，关键在于提供人机交互和ADAS/自动驾驶（AV）功能的无线（OTA）更新来保持汽车的“新鲜感”，实现最新、最佳的体验。这还能够让汽车变得更加个性化，比如当你进入汽车时，汽车可以认出你并根据你的独特喜好来设置汽车和屏幕的信息与布局。特斯拉一直是这方面的先行者并在此基础上提供出色的用户体验。这也意味着汽车制造商能够不断为客户提供未来价值，而且不需要他们把车开到修车厂。