汽车座舱里的电子模块部分从分散走向统一,全液晶仪表、Infotainment、TCU(Telematics Control Units)、信息显示现在正在被统一为座舱电子。Infotainment成为其核心,不仅将座舱电子一网打尽,还将HUD、倒车影像或360度全景等部分ADAS功能也囊括进来。
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下图是三菱的FLEXConnect,它的中控部分采用一块分辨率为1280*800的12.1英寸屏幕,仪表采用一块1920*720的12.3英寸屏幕,还有一块分辨率为480*240的HUD,采用德州仪器的Jacinto 6处理器。它的屏幕显示非常灵活,可以显示全屏、半屏、1/3屏,也可以只显示导航,显示导航与媒体播放器,还可以显示导航、媒体播放器和空调。它也可以与后座娱乐系统连接。它采用安卓系统,将在2017年的卡迪拉克上亮相。
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座舱电子处理器主要有4种,分别是瑞萨的R-CAR,德州仪器的Jacinto,NXP(高通)的i.MX,和英特尔的Atom。瑞萨的R-CAR主要供应日系客户,这里的日系客户不仅包括日本整车厂家,还有日本的Infotainment厂家,诸如爱信(奥迪是其大客户)、阿尔派(宝马是其大客户)、松下(通用是其大客户)、歌乐(福特是其大客户)、先锋、JK。R-CAR虽然在中国比较少见,但在全球范围内与NXP平分秋色。
德州仪器的Jacinto,主要客户是奥迪和福特,尤其是拿下了福特Sync3。NXP(高通)的i.MX性价比最高,技术支持力度最大,仅次于瑞萨,客户分布最广泛,大小车厂和Infotainment厂家都是其客户,在中国有碾压性优势。英特尔的Atom,主要客户有4家,分别是雷克萨斯、宝马、现代和日产旗下的英菲尼迪。
近年来,FPGA使用比例也在大幅度增加。同时中控的操作系统主要也有4个,QNX、安卓、Linux(包括AGL、Tizen、Genivi)和WinCE。
瑞萨R-CAR的路线图
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瑞萨的R-CAR系列分三个档次,E级为低端产品,M为中档产品,H为高档产品。目前最新产品为2015年12月推出的R-Car H3。 R-Car H3是业界首款采用16纳米工艺的汽车SoC,具有卓越的处理能力,符合ISO26262 (ASIL-B)汽车功能安全标准,R-Car H3基于ARM Cortex-A57/A53核构建,采用ARM的最新64位CPU核架构,实现了40000 DMIPS(Dhrystone百万指令/每秒的处理性能,这个整数运算能力远超过NXP的i.MX8系列和德州仪器的Jacinto 6,当然价格很可能也是最高的。此外,R-Car H3采用PowerVR GX6650作为3D图形引擎。除了CPU和GPU以外,片上并行可编程引擎IMP-X5也提供了先进的图像识别技术。系统制造商可在此基础上运行更为复杂的应用,例如障碍物检测、驾驶员状态识别、危险预测和防范。预定2018年3月实现量产,2019年3月月产量预计将达到10万件。
R-Car H3框架图
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瑞萨在中国的产品支持力度不太够,同时瑞萨的价格也不低,加上最近日元疯狂贬值,价格更高,瑞萨面临的挑战不少,好在日系企业抱团,短期无忧。
德州仪器的Jacinto6系列从高到低分别是DRA75x、DRA74x、DRA72x、DRA71x。DRA75x自2014年初推出,采用28纳米工艺,符合AEC Q-100标准,有一定的ADAS支持能力,包括毫米波雷达信号处理(有两个C66x的DSP核)、障碍物检测、简单视觉算法、语音识别、360度全景、有源噪音抑制。当然,主要还是针对Infotainment设计的。
DRA75x框架图
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德州仪器Jacinto6系列在国内也属于高冷大美女,用的不多。
NXP(高通)则是国内主流,人见人爱。NXP的i.MX系列最早源自1995年摩托罗拉的龙珠Dragonball,2001年i.MX1问世,2012年推出i.MX6,采用40纳米LP工艺制造,也是目前NXP的Infotainment领域主打产品。虽然i.MX系列有些老了,但胜在生态系统非常完备,且性价比较高,因此应用广泛,主打中低端产品。2015年推出的i.MX7主打电量敏感低成本的可穿戴产品市场,个人认为这个市场很小,没有成长空间。2015年底推出了i.MX8则是i.MX6的延续,i.MX8分三大类,i.MX8 S主打高性能图形处理,i.MX8 M主打高性能影音处理,i.MX8 X主打低成本电量敏感的便携产品市场。
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NXP被收购后,NXP与高通的Infotainment产品线估计会合并,高通目前有602A和820A两款芯片,基本上大家都放弃了602A,成熟度不高,有些老旧,820A则有不少人感兴趣。820A集中了高通手机CPU的顶尖技术,尤其是4G Baseband,成本优势非常明显,但是它没有通过ISO26262标准,A级都未达到,毕竟不是做车规级芯片的厂家。NXP加盟后,如果能帮助高通通过ISO26262标准,至少要达到B级,否则整车厂不大可能采用高通的芯片。一款SoC需要3-5年的设计周期才能量产,也就说3-5年内,高通还无法进入主流整车厂的平台。不过高通绝对是令人敬畏的对手,在2016年的谷歌I/O大会上,谷歌就展出了采用820A的概念车,高通的平台对安卓的支持力度非常足,也是谷歌愿意用820A的原因,但是整车厂会谨慎的多。
英特尔定位高端,主打产品目前是E3800系列。下图为E3800内部框架图。
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2016年10月英特尔推出了3900系列,Atom A3900 与 Atom E3900 也就是先前代号 Apollo Lake 的产品线,是采用新一代 Goldmont CPU 设计的 14nm 制程产品,以最多四核心搭配 Intel 第九代 GPU 构成。相比之前所用的 22nm Airmont 架构,Apollo Lake 不仅升级到 14nm 工艺,架构也会升级到 Goldmont,所以新一代 Intel 的 Atom 处理器性能更强、功耗更低。号称 CPU 性能提升 70%,GPU 性能提升 190%,其中 Atom A3900 特别针对高温环境设计,可在 110 摄氏度高温下使用 15 年。A3900也会附加不少ADAS应用,还有软件定义座舱、全液晶仪表、HUD等。
Atom A3900 预计在 2017 年第一季出货给合作伙伴, Intel 表示将有达 49 家整车厂与Tier One导入,其中包括 德尔福与中国一汽,预期将有 30 款以上的车辆导入此平台,操作系统包括 QNX 、 Android 等。
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此外需要指出,英特尔曾经收购了英飞凌的无线Baseband业务,在非TDSCDMA iPhone 7上也使用了英特尔的Baseband,也就是XMM7360。所以英特尔和高通一样有能力在CPU中集成LTE Modem。目前英特尔有一款型号为Atom X3-M7272就是这样,它集成了Atom的X3平台和英特尔的XMM726X Modem,支持LTE Cat6,还有WiFi、蓝牙和GPS(包括北斗),通过了AEC- Q100认证,目前只支持Linux操作系统。
英伟达也值得一提,大众、奥迪和宝马的全液晶仪表盘基本上都是英伟达Tegra的功劳,不过在英伟达一向走大客户路线,对小客户几乎没有什么支持,国内较少使用英伟达做全液晶仪表,同时早年退出移动领域曾经坑苦了一批人,很多人还心有余悸。在Infotainment领域,英伟达主要是以协处理器的身份露面。豪华车对其钟爱有加。
最后来说一下FPGA,汽车智能互联发展迅速,而4G LTE版本众多(目前常见有Cat4、6、7、9、10、12、13,Cat4下行只有150Mbps,而Cat12是600Mbps),变化还挺快。通讯这一块是Infotianment设计最头疼的地方,因为通讯标准变化快,且通讯标准越来越多,马上DSRC或LTE V2X也要进入汽车,虽然最初是以OBU盒子的形式独立存在,未来很有可能与Infotainment融合在一起,还有TCU,日本和欧洲的设计是将TCU用TBOX独立存在,而中国与美国的设计是将TCU集成在Infotianment里。为了灵活应对各种通讯标准,以及频繁的升级换代,FPGA进入Infotainment领域。同时还有一个推动因素,这就是比较新颖的车内总线,特别是MOST和EAVB。MOST是早期汽车视觉系统最常用的总线,但一般只有德系厂家使用,为此单独开发ASIC得不偿失,用FPGA是比较好的选择,还可以避免昂贵而复杂的有线连接。
最早使用FPGA的是大众的途锐,使用Xilinx的Spartan-3E,33192 Logic Cells, 1600K System Gates, 879Kb RAM, 36 Multipliers, 8 DCMs, 376 User I/Os, 156 Differential I/O Pairs, 90nm, AEC-Q101。
第一代的Xilinx Infotainment用FPGA是与英特尔的Atom配套使用的,Xilinx推荐用Intel Atom 的Z530和HUB US15W。
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这里的IVI就是In Vehicles Infotainment。这东西显然很老了,90纳米工艺。现在Xilinx推广的是第二代产品,也就是spartan-6,已经进步到45纳米。宝马最新一代的Infotainment大量使用,一般配备英特尔的E3800或E660t,还有部分机型加了英伟达的GPU。
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在特斯拉的17寸大屏上则使用了Altera的Clcyone iv 39600型FPGA,很可能也是主要针对通讯和接口部分应用的。但Altera近来对FPGA在Infotainment中的应用有新的看法,Altera是主打低逻辑门的高性价比FPGA,ALTERA将FPGA定位于视频处理器的前后端协处理器的位置,主要处理输入输出部分。
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最后说几句操作系统,操作系统领域目前三大两小,三大分别是QNX、WinCE和Linux,两小分别是安卓、VxWorks。VxWorks只是嵌入式,还未达到平台级,但是据说英特尔将把Windriver的资源与VxWorks整合,未来相当看好。QNX在福特Sync3上击败WinCE后就如日中天,风头一时无两,WinCE则黯然失色。QNX在通用和福特斩获颇丰,它们对QNX依赖程度越来越高。不过低端产品多的厂家依旧坚持WinCE,毕竟投入了那么多钱,这当中以雷诺日产最典型,对WinCE依然痴心不改。话说回来,WinCE的可靠性有目共睹,工控机几乎全是WinCE,WinCE最近也支持多核处理器。Linux则比较分散,但整体来说已经可以确定在2018年取代WinCE稳坐第二的位置。为了平衡供应商,大多数厂家都脚踩三条船,对Linux比较青睐的厂家则有奔驰、现代、宝马I系列、上汽和PSA。谷歌也在推汽车级安卓,不过目前还很少见。在后装市场,安卓已经蓬勃发展。 阿里的云OS是基于HTML 5的Web OS,又附带了安卓虚拟机,未来恐怕只能小范围推广。
下一节我们将来说说ADAS处理器,也会对FPGA的应用做进一步分析。