過去，汽車中的車載影音娛樂與導(dǎo)航系統(tǒng)(Infotainment system)、高級駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)以及汽車儀表盤系統(tǒng)(Cluster system)之間相對較為獨(dú)立，其內(nèi)部都有各自獨(dú)立的主控芯片(應(yīng)用處理器)來推動，例如軟件操作系統(tǒng)、內(nèi)存與外部存儲單元、電源系統(tǒng)等都是獨(dú)立的，系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互由系統(tǒng)之間相對傳統(tǒng)的總線(比如CAN和UART等)連接，高效的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同處理往往成為瓶頸。車廠往往還會把高級駕駛員輔助系統(tǒng)與儀表盤系統(tǒng)歸屬到安全件的范疇之中，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)的魯棒性要求會高于影音娛樂與導(dǎo)航系統(tǒng)。
而今隨著新技術(shù)的發(fā)展以及對于駕駛體驗(yàn)滿意度的更高要求，這三大領(lǐng)域的應(yīng)用正在融合，它們的有機(jī)組合便構(gòu)成了“數(shù)字駕駛艙”的概念。數(shù)字駕駛艙會為汽車的座艙設(shè)計(jì)增添更加豐富的科技感，關(guān)鍵是能夠給駕駛員提供更便利、舒適的駕駛體驗(yàn)，同時安全駕駛也將會更有保障，將會是未來車輛座艙設(shè)計(jì)的趨勢。
如何定義未來數(shù)字駕駛艙
在TI中國區(qū)嵌入式產(chǎn)品系統(tǒng)與應(yīng)用總監(jiān)蔣宏看來，未來3到5年內(nèi)，數(shù)字駕駛艙將會實(shí)現(xiàn)影音娛樂與導(dǎo)航系統(tǒng)、輔助駕駛系統(tǒng)與儀表盤系統(tǒng)的融合。儀表盤系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，同時抬頭顯示系統(tǒng)逐步普及。此外，未來數(shù)字駕駛艙也會有許多新的人機(jī)交互技術(shù)，例如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)、駕駛員姿勢與體征感知技術(shù)等。而隨著無人駕駛汽車的降臨，未來數(shù)字駕駛艙會進(jìn)入一個更新的階段。
“這些趨勢會對汽車應(yīng)用處理器提出新的要求與挑戰(zhàn)。例如處理器不僅要具備更強(qiáng)的運(yùn)算能力、更強(qiáng)的圖形與音視頻信號處理能力以及更豐富的IO接口，同時還將需要對一些新的技術(shù)和應(yīng)用提供支持。”蔣宏說。
多個應(yīng)用之間極強(qiáng)的數(shù)據(jù)交互能力與協(xié)同處理能力就是其中之一。應(yīng)用處理器芯片的異構(gòu)(heterogeneous architecture)以及虛擬化技術(shù)(Hypervisor/Virtualization)的支持會是一個比較合理的路徑。異構(gòu)和芯片硬件虛擬化技術(shù)不僅可以支撐多個應(yīng)用之間極強(qiáng)的數(shù)據(jù)交互能力與協(xié)同處理能力， 還可以允許多個應(yīng)用之間保持相對的獨(dú)立與完整性， 這正是汽車電子所需要的。
其次，多域(multi-domain)體系的支持。車輛由非常多的電控單元(ECU)組成，電控單元之間需要“信息高速公路”，應(yīng)用處理器要在車輛內(nèi)部搭建高速總線并控制它，就需要內(nèi)嵌的高速數(shù)據(jù)交換器(switch)、萬兆級數(shù)據(jù)帶寬、并提供安全性保障。
隨著ADAS系統(tǒng)的融入以及未來實(shí)現(xiàn)無人駕駛的行業(yè)愿景，在處理器芯片內(nèi)部增加新的核心模塊來強(qiáng)化對機(jī)器學(xué)習(xí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持也成為對新一代應(yīng)用處理器的要求。另外，由于有更多系統(tǒng)和功能的承載，芯片設(shè)計(jì)的魯棒性要求也會相應(yīng)提高，新一代的應(yīng)用處理器要求可以支撐ASIL B和C級別以上的系統(tǒng)需求。
這就為新一代處理器設(shè)計(jì)帶來了極大的挑戰(zhàn)：增加了諸多新的功能后，性能將會發(fā)生突變。但是，系統(tǒng)功耗與成本卻又必須控制在合理的區(qū)間，不能也發(fā)生突變。因此，提高系統(tǒng)集成度，將成為分?jǐn)偝杀緣毫Φ囊环N有效路徑。
作為當(dāng)前唯一能同時提供虛擬儀表HMI工具CGI STUDIO、360度全景成像系統(tǒng)“OMNIVIEW”和芯片整體方案的企業(yè)，索喜科技(Socionext) IoT處理事業(yè)部技術(shù)支持副經(jīng)理黃強(qiáng)表示，功能日益強(qiáng)大、智能的計(jì)算平臺，可集成各種儀表和安全功能，能為汽車的數(shù)字儀表盤和信息娛樂系統(tǒng)的交互創(chuàng)意提供無限可能，這也為汽車廠商提供了絕佳機(jī)遇。但智能駕駛艙成本短期內(nèi)難以降低，而且智能駕駛艙的核心—汽車應(yīng)用處理器，對車內(nèi)高性能計(jì)算、5G網(wǎng)絡(luò)、云、數(shù)據(jù)處理分析、信息安全、高寬帶延時都有較高要求。同時，考慮到汽車行駛過程中面臨的環(huán)境可能非常惡劣，這將對以高度集成化SoC系統(tǒng)方案為代表的車內(nèi)電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來挑戰(zhàn)，導(dǎo)致智能駕駛艙短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模滲透。但隨著無人駕駛的成熟，智能駕駛艙將有望得到大規(guī)模商用。
智能汽車的數(shù)字化駕駛體驗(yàn)
在采訪中，蔣宏一再強(qiáng)調(diào)，數(shù)字駕駛艙并不是面向未來的概念，而是當(dāng)前正在加速向我們走來。他分析稱，2017年，Infotainment與ADAS的融合處于正在進(jìn)行時。最初的融合，會是將ADAS范疇里較低安全性要求的應(yīng)用與Infotainment系統(tǒng)進(jìn)行融合。TI將那些為駕駛員提供安全駕駛信息但是不直接介入車輛操控的ADAS應(yīng)用稱為Informational ADAS(InfoADAS), Informational ADAS與infotainment系統(tǒng)的融合，目前國內(nèi)就已經(jīng)有了先例。
“互聯(lián)網(wǎng)汽車”上汽榮威RX5就是在Infotainment 應(yīng)用處理器上同時實(shí)現(xiàn)360全景泊車這一典型InfoADAS應(yīng)用的，而且同一顆應(yīng)用處理器Jacinto 6 還驅(qū)動了混合式儀表盤中的7英寸WVGA 液晶屏。TI目前正在進(jìn)行一些項(xiàng)目，例如在Jacinto6應(yīng)用處理器上通過Type 1 hypervisor將功能性安全(functional safety)的一些應(yīng)用也集成進(jìn)來。
另一方面，ADAS系統(tǒng)也在做更多的功能集成。過去一顆處理器同時運(yùn)行2-3個應(yīng)用，比如車道偏離警示(LDW)、前方碰撞預(yù)警系統(tǒng)(FCW)就可以了。但目前需要同時支持5個以上的應(yīng)用，還要做多種傳感器的融合(攝像頭+雷達(dá))等等。此外，大數(shù)據(jù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和語意識別算法也都是目前發(fā)展的方向。
互聯(lián)網(wǎng)汽車的誕生無疑將帶動很多全新互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展。試想一下，未來的駕駛員可以通過專屬的個人ID登錄汽車或進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，而汽車將根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)自動為駕駛員調(diào)整合適的座機(jī)靠背、燈光和音樂，同時還能幫助駕駛員制定最為便捷的行車路線。此外，通過精準(zhǔn)的語音識別和語音交互，駕駛員可以在專注駕駛時下達(dá)指令，例如完成在線預(yù)訂和支付等。互聯(lián)網(wǎng)汽車所具備的開放性將允許駕駛員自由添加類似于無人機(jī)、車載空氣凈化器以及攝像機(jī)等智能硬件產(chǎn)品，從而為全新的駕駛體驗(yàn)帶來無限可能。
另一個“智能駕駛艙”平臺落地的消息來自英特爾、東軟集團(tuán)和一汽紅旗。2016年10月，三方舉行新聞發(fā)布會，共同發(fā)布基于英特爾凌動車載處理器(代號Apollo Lake)的“智能駕駛艙平臺”，能夠支持虛擬化，并無縫支持車載信息娛樂系統(tǒng)、數(shù)字儀表以及車載導(dǎo)航儀等多個高清屏幕的使用和互動。
由于“智能駕駛艙”旨在將中控、虛擬液晶儀表、抬頭顯示HUD、信息娛樂系統(tǒng)IVI、行車記錄儀、360全景、高清后視、ADAS等一切硬件虛擬化和圖像化，重新定義汽車人機(jī)交互概念，提升汽車智能化和信息化的體驗(yàn)，所以，它不但覆蓋了芯片、屏幕等硬件，操作系統(tǒng)也是其中重要的一環(huán)。2016年12月，操作系統(tǒng)與智能設(shè)備平臺技術(shù)提供商中科創(chuàng)達(dá)斥資6400萬歐元收購了芬蘭汽車用戶界面軟件提供商Rightware，并在CES 2017上展示了自己的智能駕駛艙解決方案。該方案包括了IVI信息娛樂系統(tǒng)、數(shù)字儀表盤以及信息化高級駕駛員輔助系統(tǒng)，應(yīng)用于高通S820A和瑞薩R-CarH3平臺上。其中的數(shù)字儀表盤由Rightware Kanzi作為引擎，可以快速將數(shù)字儀表盤整合在IVI信息娛樂系統(tǒng)中。同時，通過Opensynergy Hypervisor操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)快速順暢整合3D數(shù)字儀表盤、中央控制系統(tǒng)以及后座娛樂系統(tǒng)。
“未來的汽車，駕駛、娛樂功能都將在集中在一塊儀表盤上。”中科創(chuàng)達(dá)副總裁楊宇欣在接受本刊采訪時稱，“智能車載是公司發(fā)展最快的業(yè)務(wù)之一，我們將會為全球客戶提供智能車載娛樂信息系統(tǒng)和數(shù)字儀表盤系統(tǒng)解決方案。”這預(yù)示著，通過收購一家像Rightware這樣專注于為汽車系統(tǒng)提供新一代智能汽車人機(jī)交互界面的引擎，中科創(chuàng)達(dá)正努力尋求為客戶提供端到端的解決方案。
智能駕駛艙并非專為高端車型打造。蔣宏表示，汽車電子化正在加速，中低端定位的汽車也在加入大量的Infotainment與ADAS元素，出于成本壓力，自然要求主系統(tǒng)做更多的功能集成，從而實(shí)現(xiàn)在原有系統(tǒng)硬件成本基本不變的前提下提供更加豐富功能。
打造高性價比SoC片上系統(tǒng)
很多人士都認(rèn)為未來infotainment和ADAS兩大系統(tǒng)不可避免的會出現(xiàn)融合，打造高性價比的SoC片上系統(tǒng)是大勢所趨。以TI的Jacinto和Vision處理器家族為例，這兩款處理器原本就是姐妹平臺，擁有共同的基礎(chǔ)架構(gòu)，比如Jacinto6與TDA2x處理器有極大的相似性。盡管由于最終運(yùn)行任務(wù)與承載使命的不同，在硬件模塊化配置、軟件系統(tǒng)和SDK等方面有所不同，但并不妨礙它們成為姐妹平臺。
“多核異構(gòu)處理器是打造高性價比SoC片上系統(tǒng)的必由之路，TI 很榮幸在這個方向上走得比較靠前。在業(yè)界的下一代產(chǎn)品規(guī)劃上，我們看到越來越多的同行們也在朝這個方向靠近。”蔣宏認(rèn)為，多核異構(gòu)處理器帶來的好處不僅僅是集成度高，而且可以實(shí)現(xiàn)讓不同的內(nèi)核分配到他們最適合承載的任務(wù)，從而讓系統(tǒng)總體運(yùn)行的效率達(dá)到最高。對于一個需要承載多個不同類型功能應(yīng)用運(yùn)行的應(yīng)用處理器而言，多核異構(gòu)是最佳任務(wù)映射的硬件承載體。
黃強(qiáng)也對此持贊同態(tài)度，但強(qiáng)調(diào)稱，“由于Infotainment在一定程度上需要基于無人駕駛基礎(chǔ)之上，因此ADAS必將走在前面。”索喜科技最新推出的Miranda支持視覺處理單元(VPU)與OpenVX，相比傳統(tǒng)的GPU等硬件解決方案具有明顯的低功耗和高性能優(yōu)勢?？蛻艏瓤梢圆捎贸墒斓腗OD、HOG等ADAS功能，也可移植第三方ADAS算法，從而快速實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
