多核/64位元處理器競出籠　車載聯網/顯示效能大躍進

圖1　車載資通訊平台導入LTE功能後，將能連結各種雲端平台，實現更豐富的聯網應用。

車載資通訊市場發展猛踩油門，將推進車用處理器和系統零組件技術革新。2014年國際消費性電子展(CES)和世界行動通訊大會(MWC)中，包括奧迪(Audi)等一線車廠和處理器開發商大舉推出新一代長程演進計畫(LTE)車載資通訊(Telematics)解決方案(圖1、圖2)，並預告將於2014～2015年陸續上市，不僅在會場上大出鋒頭，也宣告車載資通訊市場即將邁入更快聯網速度的新里程碑，可望帶動相關系統處理器、無線聯網模組新設計商機。

圖2　BMW在2014年CES中發表車用LTE熱點的設計。

由於車用處理器對提升車載資通訊平台的性能至關重要，因而成為業界首要布局重點，包括高通(Qualcomm)、德州儀器(TI)、輝達(NVIDIA)、瑞薩電子(Renesas Electronics)、飛思卡爾(Freescale)及邁威爾(Marvell)等處理器開發商，皆計畫推出新一代採用64位元架構，並內建多核心中央處理器(CPU)、繪圖處理器(GPU)、虛擬機器(Virtual Machine)軟體機制和新興有線/無線通訊協定方案的車用處理器，將有助車廠和一級(Tier 1)原始設備製造商(OEM)實現更高功能整合度，且支援先進聯網和顯示功能的車載資通訊系統。

車載系統大吹整合風　處理器功能設計邁大步

針對智慧聯網汽車的發展，歐美一線車廠正醞釀打造結合車內資訊娛樂(IVI)、數位儀表板和先進駕駛輔助系統(ADAS)功能的全方位車載資通訊平台，因而墊高處理器功能規格要求，為晶片業者帶來全新設計挑戰與商機。

NVIDIA汽車解決方案主管田勇表示，車載資通訊系統將朝向模組化架構邁進，陸續整併IVI、數位儀表板和ADAS等功能，從而簡化聯網汽車設計複雜度，並提升使用者體驗。然而，高整合車載資通訊平台對處理器運算、繪圖效能和周邊配置的要求將顯著攀升，再加上系統零組件須通過AEC-Q100抗震、抗熱標準認證及車廠嚴格測試，以確保可靠度和穩定性表現，在在考驗處理器廠商的技術能力。

為支援車載資通訊系統益趨複雜的控制功能，以及LTE、乙太網路音訊/視訊橋接(Ethernet AVB)等新興通訊協定，車用處理器大廠正競相祭出四核心或八核心產品；其中，NVIDIA和瑞薩電子更率先揭櫫Tegra K1和R-Car H3的64位元解決方案，並分別計畫在2014下半年到2015年上市，將車用處理器的技術規格競賽推向嶄新局面。

圖3　八核心車用處理器架構圖

瑞薩電子第五營業行銷部營業行銷事業部副理何吉哲強調，車載網路技術規格快速演進，系統主處理器將首當其衝，因此，車用處理器業者正紛紛轉向多核心系統單晶片(SoC)設計架構，以大幅提高運算效能，並支援更多通訊協定和相應的驅動程式。瑞薩電子已計畫在2014年底量產一款八核心車用SoC(圖3)，除提供LTE機器對機器(M2M)模組所需的高效能外，亦將內建Ethernet AVB矽智財(IP)和Wi-Fi Miracast驅動程式，全方位滿足車載網路設計需求。

圖4　車載資通訊系統軟體架構圖

至於車用處理器及車載資通訊系統的下一步發展則將側重於軟體開發(圖4)。田勇分析，目前車載應用可分為資訊娛樂及安全控制兩大範疇，車載資通訊與IVI偏向前者，而數位儀表板和ADAS則屬於後者；儘管各大車廠正致力打破車用娛樂及安全系統的設計藩籬，但這兩類應用方案對作業系統的可靠度和穩定性要求不盡相同，因此下一代車用處理器首要任務就是搭載虛擬機器軟體，將內建CPU、GPU和影音處理單元等核心資源虛擬化並達成彈性配置，以同步支援資訊娛樂用的Android，以及追求較高穩定性的GENIVI(Linux-based)兩套作業系 統。

影像式ADAS需求湧現 車用處理器再添多核GPU

除邁向多核心、64位元外，車用處理器也須大幅擴充GPU核心數量。田勇強調，車廠正積極將中央控制平台、後座顯示器升級至高解析度面板，並持續增加影像感測器數量以實現車道偏移、倒車影像等ADAS功能，再加上其對數位儀表板模擬類比指針顯示的精準度要求相當嚴格，在在須仰賴效能強大的GPU。

為滿足車廠對ADAS強勁的導入需求，NVIDIA近期已發布一款內建一百九十二個GPU核心的車用處理器，搶占高整合車載資通訊平台商機。

何吉哲亦指出，因應環景影像、物體辨識和路線偏移等各種車用影像式ADAS研發需求，該公司也將在新款車用處理器中導入專利影像辨識IC，從而支援四顆以上車用鏡頭，並可補償及校正廣角魚眼鏡頭的影像資訊，進而提高ADAS系統的影像辨識能力和精確度。

顯而易見，車載資通訊系統不僅功能整合度愈來愈高，亦將支援更多影像應用，而車廠為進一步吸引消費者目光，更開始研擬導入微投影技術，開發曲面車載資訊娛樂顯示面板和車用抬頭顯示器(HUD)，將引爆新的車用處理器和周邊零組件設計需求。

背投影顯示、HUD設計崛起　多核處理器/DSP需求增溫

圖5　德州儀器DLP產品部門台灣業務經理賴昇彥認為，智慧聯網汽車下一步發展將聚焦DLP微投影技術。

德州儀器DLP產品部門台灣業務經理賴昇彥(圖5)表示，近2年CES展覽中，車載資通訊顯示平台的技術演進已成為會場焦點，尤其是捨棄液晶顯示(LCD)螢幕設計概念的微投影方案更吸引業界大量目光，包括歐洲和北美高級車廠皆已展示背投影汽車中控顯示平台，以及支援廣角顯示，並可結合擴增實境(Augmented Reality)應用的HUD概念設計，為智慧汽車引來新話題。

賴昇彥進一步分析，隨著智慧聯網汽車加速發展，車載資訊娛樂平台顯示的資訊愈趨多元，驅動車廠不斷加大螢幕尺寸、導入觸控功能，並積極尋求曲面LCD面板解決方案，以克服車內許多機構設計的限制。

然而，大尺寸、曲面設計皆意味著更高的成本，且LCD觸控螢幕在高溫環境下的使用壽命也備受質疑，因此業界遂轉向開發短焦背投影方案，再搭配攝影鏡頭實現觸控和手勢操作，進一步提升顯示與控制功能，同時也避免系統成本飆升。

另一方面，隨著物聯網(IoT)環境日益成熟，汽車後裝市場(After Market)也掀起一波HUD設計熱潮，讓駕駛人能直接透過HUD投射至擋風玻璃前方約2公尺的虛像，隨時掌握導航和車載系統資訊，並結合車載聯網功能實現擴增實境應用和適地性服務(LBS)。

賴昇彥強調，由於數位光源處理(DLP)係現有光效率最高，且能支援高解析度和廣視野(Wide Field of View, WFOV)顯示規格的微投影技術，因而成為車廠研發短焦背投影顯示平台和HUD的優先選擇。此外，車用DLP微投影須高速處理動態和虛擬影像，並支援多影像疊合的擴增實境應用，亦將驅動車載系統設計革新，帶動高階處理器和數位訊號處理器(DSP)市場需求急速升溫。

圖6　車廠已在國際展會中，大舉展示採用DLP短焦背投影技術的車用顯示平台。

現階段，BMW、Mercerdes-Benz等高級車廠推展DLP背投影顯示平台和車用HUD解決方案的腳步最快，已投注大量資源與德州儀器進行微投影產品導入汽車前裝市場的測試驗證，預計在2016～2017年就能揭櫫商用產品雛型。

與此同時，相關業者為讓整車設計更具科技感，也計畫採用多核心應用處理器，進一步開發結合數位儀表板、短焦背投影IVI系統的高整合曲面車用顯示平台(圖6)。

行動晶片商來勢洶洶　車用處理器市場戰況白熱化

隨著車載應用商機湧現，加上PC和消費性電子市場競爭日益激烈且趨近飽和，昔日的PC或行動裝置晶片商也看好多核心車用處理器的發展前景，全力揮軍汽車領域；而既有車用處理器供應商也不甘示弱，積極搶推新品，使車載資通訊市場頓時硝煙瀰漫。

行動晶片龍頭--高通趕搭車載資通訊發展熱潮，已在2014年CES展會中揭櫫旗下首款四核心車用處理器解決方案，並延續其一貫的高整合設計策略，預先在處理器中導入高階GPU、LTE多模數據機、802.11ac/藍牙(Bluetooth)4.0晶片、DSP和全球導航衛星系統(GNSS)解決方案，強勢挑戰較早進軍車用市場的瑞薩電子、德州儀器和飛思卡爾等晶片業者。

事實上，目前已有一千多萬輛聯網汽車搭載高通的3G/LTE基頻處理器，因此高通打得如意算盤就是以LTE為跳板，並引進Wi-Fi Miracast連結、語音控制和高解析度影音編解碼等行動應用處理器功能，快速切入車用市場，進而增闢旗下應用處理器的出海口。

高通業務拓展資深副總裁Kanwalinder Singh強調，行動裝置的設計概念將日益延伸至汽車領域，對此，高通將基於行動裝置市場的成功經驗，進一步利用高整合處理器開啟汽車聯網資訊娛樂服務的新紀元。

為防堵行動處理器廠商大舉瓜分車用市場版圖，較早在汽車領域耕耘的德州儀器和飛思卡爾也分別推出新一代四核心處理器，並強調已與車廠投入長期的研發合作，可望率先通過AEC-Q100/200和ISO 26262功能性安全等汽車標準認證，取得市占優勢。

何吉哲強調，目前瑞薩電子、飛思卡爾和德州儀器係車用處理器市場前三大供應商，市占率仍大幅領先行動或PC處理器業者，以車廠動輒3～5年的系統研發時程來看，短期內轉搭其他晶片方案的可能性不高；尤其車用處理器在系統周邊介面設計、可靠度測試和功能性安全的要求與消費性電子迥然有別，因此行動處理器業者還須歷經一段學習曲線才有機會在車用市場出頭。

田勇則指出，車廠對晶片品質與長期供貨的要求極為嚴格，此與現今消費性電子、行動裝置處理器不到1年就改朝換代的設計模式大相逕庭，因此，近期才跨足車用市場的晶片商很難在短時間內取得車廠信賴。NVIDIA早在2006年就投入開發車用處理器，累積至今已有四百五十萬顆晶片出貨，同時也針對車廠對系統安全和穩定性的特殊要求，率先將處理器、多核心GPU及多顆音訊、視訊和影像處理器整合成車用視覺運算模組(VCM)，以提高晶片可靠度，可望在市場上取得競爭優勢。

無庸置疑，繼行動裝置之後，智慧聯網汽車亦已成為電子科技產業的關注焦點，包括Google、蘋果等重量級ICT業者皆投入發展下世代具備更多功能的智慧聯網汽車(圖7)，可望為半導體廠商挹注龐大的營收成長動能，因而吸引眾多處理器老將新秀積極搶進，未來幾年業者間的規格競賽勢必愈演愈烈。

圖7　Google已提出新世代智慧汽車設計概念