通吃智慧車視覺/安全應用　車載處理器邁向多核設計

智慧汽車開啟晶片新戰局。智慧汽車接連在年初國際消費性電子展(CES)、全球行動通訊大會(MWC)中大放異采，包括賓士(Mercedes-Benz)、奧迪(Audi)、富豪(Volvo)和福特(Ford)等一線車廠皆展出相關的車載資訊娛樂(IVI)、車載資通訊(Telematics)、先進駕駛輔助系統(ADAS)和數位儀表板(Digital Cluster)方案，可望帶動龐大的車載處理器、無線聯網模組、微控制器(MCU)，以及電源和資料轉換器等類比混合訊號元件導入需求，將形成半導體廠新的迦南美地，並引發新一輪晶片技術戰火。

其中，車載處理器技術競賽正火速升溫，包括德州儀器(TI)、瑞薩電子(Renesas Electronics)和飛思卡爾(Freescale)等晶片商，皆不約而同強打異質多核心系統單晶片(SoC)，期以高效能中央處理器(CPU)、繪圖處理器(GPU)或專屬視覺處理器核心，滿足IVI系統視覺及通訊需求；同時以高即時性MCU達成安全至上的ADAS功能。

值得注意的是，今年3月恩智浦(NXP)大手筆斥資118億美元購併飛思卡爾，雙方正積極整合車載處理器、MCU、電源管理和無線射頻(RF)技術戰力，準備在智慧汽車設計領域大展身手；隨著此一近年半導體業最大合併案上演，相關晶片商的市占排名可望進一步洗牌，牽動市場戰況新變化。

車載視覺/安全應用一次搞定　SoC廠掀異質多核設計戰

圖1　德州儀器半導體行銷應用協理暨資深科技委員會委員鄭曜庭認為，智慧汽車將逐漸打破傳統封閉式系統設計，邁向開放式軟硬體平台。

德州儀器半導體行銷應用協理暨資深科技委員會委員鄭曜庭(圖1)表示，汽車智慧化的元素不外乎車載資通訊、ADAS和IVI三大環節，分別扮演聯網、安全輔助和影音娛樂的功能角色；然而，各個系統對處理器和作業系統的規格要求不盡相同，將導致整車設計成本攀高並延宕上市時程，因此車廠遂開始追求可融合三大系統功能的整合型方案，以推動智慧汽車商用腳步。

因應市場新興設計趨勢，車用處理器開發商正競相轉攻異質多核心SoC，運用多顆CPU、GPU、數位訊號處理器(DSP)、MCU、視覺處理器和視訊編解碼引擎等核心資源，分頭執行最合適的車載安全或多媒體處理任務；同時搭配軟體合作夥伴提供的虛擬化監管程式(Hypervisor)，進行即時作業系統(RTOS)或行動多媒體作業平台的切換，從而兼顧高速聯網、影音娛樂系統和高可靠度ADAS開發要求。

鄭曜庭強調，德州儀器在今年CES率先發表新一代異質多核心SoC，除內建雙核心Cortex-A15 CPU外，亦具備雙核心GPU、四核心Cortex-M4 MCU、嵌入式視覺引擎(EVE)和DSP核心，可一次達成行動通訊、車內無線聯網、3D導航、環景影像、高解析度影音播放等功能支援，全方位滿足智慧汽車整合型系統設計。

鄭曜庭進一步指出，除硬體平台轉向異質多核設計外，車用處理器也須同步支援多種作業系統，以因應須即時反應的主動式ADAS控制，以及軟體及應用程式架構較複雜的多媒體影音處理需求；因此，該公司亦投入大量資源與作業系統合作夥伴發展Hypervisor解決方案，讓CPU核心操作不同作業系統，目前已能支援QNX、Android Auto和CarPlay等平台，將有助車廠加速產品開發時程。

墊高車載處理器競爭門檻　飛思卡爾/瑞薩先攻64位元架構

不讓德州儀器專美於前，飛思卡爾亦在2015年MWC祭出異質多核心SoC(圖2)，且進一步推向64位元設計，搭載四核心Cortex-A53 CPU、單核Cortex-M4 MCU和雙核心影像辨識處理單元，將藉由更強大的影像和資訊分析能力，提升車載資訊系統、主動式影像/雷達ADAS的效能和可靠度。

圖2　異質多核心車載處理器架構圖

與此同時，瑞薩電子也精銳盡出，陸續發表多款異質多核心SoC，並預計在2015年底前發表新系列64位元Cortex-A57加Cortex-A53八核心車載處理器，同時將增添Cortex-M系列MCU核心、影像處理/辨識單元，以及符合歐盟EVITA(E-Safety Vehicle Intrusion Protected Applications)規範的硬體安全模組(HSM)，全力卡位智慧汽車應用商機。

圖3　飛思卡爾汽車電子微控制器市場經理黃熙強調，車載處理器改搭多核心架構可提升效能、功能配置彈性。

在飛思卡爾和瑞薩電子隔空較勁下，64位元處理器前哨戰也正式開跑，將進一步墊高車載SoC技術和投資規模門檻。

飛思卡爾汽車電子微控制器市場經理黃熙(圖3)表示，近年車載IVI、ADAS系統複雜度呈現指數型上升趨勢，汽車後裝及前裝市場開始出現三維(3D)導航、3G/LTE無線接入設備、高畫質(HD)觸控螢幕、語音辨識，以及通用序列匯流排(USB)和藍牙(Bluetooth)資料連線等新興設計，且這些系統經常須與汽車、外部設備和雲端連結，將大幅加重處理器運算負擔；為滿足不斷演進的車載系統設計需求，處理器業者必須採用多核心設計架構，進一步增強晶片時脈、圖形運算能力，並支援更多元的連接介面。

另一方面，ADAS正逐漸由被動式(由駕駛人下決策)邁向主動式控制(由車載系統主動判斷，並下達控制指令)，例如Volvo已在新系列商用車種搭載行人偵測暨主動煞車系統；此外，許多車廠也馬不停蹄投入研發智慧型車燈轉向系統、自動停車等主動式ADAS系統。

圖4　瑞薩電子第五營業行銷部營業行銷事業部副理何吉哲提到，車載處理器供應商亦須支援Android Auto、CarPlay或Linux等作業系統，以滿足不同車廠設計需求。

因應ADAS設計新趨勢，黃熙強調，飛思卡爾新一代車載SoC結合64位元核心、專屬視覺處理器和功能安全微控制器，可捕捉並處理更高解析度的視訊及雷達、LiDAR和超音波資訊，大幅提高ADAS辨識精準度和可靠度，將有助車廠脫離以「輔助」為主的ADAS設計模式，進階到讓汽車可處理資料，並在危急情況下與駕駛員聯合控制的主動式方案，朝無人駕駛汽車邁進一大步。

瑞薩電子行銷暨車用事業部副理何吉哲(圖4)則強調，手機、平板等行動裝置正快速轉向64位元軟硬體開發環境，而智慧汽車做為物聯網的一環，亦須加快腳步引進64位元解決方案，方能與各種聯網裝置有效串連，同時提升軟硬體開發一致性。事實上，歐美品牌車廠已湧現相關方案導入需求，因而激勵瑞薩電子加緊布局64位元車載處理器，以搶占設計先機。

何吉哲透露，今年底該公司將先一步提供新系列64位元車載處理器--RCar H3/M3/E3的工程樣品，並將於2016下半年全面導入量產；就目前與車廠、Tier 1和多家後裝市場原始設備製造商(OEM)的合作進度來看，搭載64位元處理器的車載資通訊或ADAS解決方案最快可望在2017年問世，屆時將能引進最新潮的行動應用程式，大幅提升車載娛樂/安全功能體驗。

構築高速車內網路　Ethernet AVB氣勢如虹

除掀起異質多核心、64位元技術發展需求外，車載處理器亦已引爆高速聯網技術大戰，相關晶片商正積極導入乙太網路音訊/視訊橋接(Ethernet AVB)實體層(PHY)解決方案，期協助車廠打造傳輸速率飆破100Mbit/s的車內資料傳輸網路，進一步達成高解析度的多螢、多鏡頭車載娛樂/安全系統設計。

黃熙強調，Ethernet AVB可建構低延遲、高速車載影音資料傳輸網路，並相容傳統乙太網路的纜線和接口設計，可連接既有交換器、集線器和終端設備，進而減輕車廠和Tier 1供應商的開發時間和成本壓力，因此可望成為下世代車內網路主流解決方案。

現階段，德州儀器、飛思卡爾、瑞薩電子、意法半導體(ST)和博通(Broadcom)皆已推出Ethernet AVB實體層收發器晶片，或在車載處理器中內建此一方案，足見Ethernet AVB已成為打造高速車內資訊網路的重要武器。

其中，博通更率先採用符合汽車標準的40奈米製程，開發新一代功耗縮減30%、電路板空間精簡25%的BroadR-Reach車用乙太網路晶片，搶占汽車IVI、ADAS和數位儀表板設計商機。

博通車載業務資深總監Ali Abaye表示，隨著車用乙太網路的發展，原本由各領域負責的分散式通訊將逐漸轉向集中化的骨幹網路架構，讓汽車獲得更高的靈活度、擴充性與創新力；而BroadR-Reach車用乙太網路裝置即是汽車網路骨幹的理想選項，將使一般汽車就能獲得豪華車款專屬的先進安全與資訊娛樂功能，並達成更豐富的移動上網體驗。

鄭曜庭則指出，目前大多車載處理器廠商僅提供Ethernet AVB實體層連接功能，車廠或Tier 1供應商必須自行投注媒體存取控制層(MAC)、應用層相關設計資源；為進一步減輕用戶開發負擔，德州儀器已與軟體夥伴展開合作，將提供更完整的Ethernet AVB參考設計，吸引更多客戶採納。

顯而易見，汽車電子發展已逐漸擴散至更廣泛的領域，引發全面性的技術革新，因而也刺激半導體業者競相加碼投資；其中，恩智浦(NXP)更於近期宣布購併飛思卡爾，力圖擴張其在車用元件的市占地位，更計畫全力朝「智慧連結」的方向邁進，掌握安全、連結和處理三大商機。

搶攻下世代車載技術浪頭　NXP/飛思卡爾合體出擊

恩智浦執行長Richard Clemmer表示，此次交易對於恩智浦在混合訊號解決方案市場上實為重大的革命性進展，雙方的結合將會著重在未來智慧世界所衍生出的需求，持續擴張整體的市場滲透率。

據了解，此次合併案為恩智浦的策略性擴張計畫，為的是加速發展該公司的智慧連結安全性計畫，持續在該市場獲得穩定成長；以及躋身成為車用半導體領導供應商，並結合飛思卡爾廣泛的MCU產品以發揮綜效。恩智浦亦希望藉由雙方在車用電子市場各擅勝場的類比混合訊號處理、數位控制和無線射頻技術實力，進一步主導日後車用安全和先進駕駛輔助系統(ADAS)解決方案發展動向。

恩智浦與飛思卡爾聯合陣線後，將大幅提高車用電子市占率，進逼德州儀器、瑞薩電子等大廠，同時將具備更大的投資規模，得以發展更先進的主動式ADAS、汽車對汽車(V2V)和汽車對基礎建設(V2I)等車載技術，甚至加速朝無人駕駛車的方向邁進；此舉可望牽動其他晶片商更加積極調整投資和技術研發策略，促進智慧汽車市場日益活絡。