FPGA讓汽車更智能

在新冠疫情期間，我們見證了很多不同尋常的事，其中之一就是供應(yīng)鏈困局可能會(huì)給很多人帶來影響。尤其是汽車行業(yè)的供應(yīng)鏈?zhǔn)謴?fù)雜?，F(xiàn)在即便是普通消費(fèi)者也知道半導(dǎo)體芯片對(duì)當(dāng)今日益智能的汽車有多重要，如果芯片供不應(yīng)求，汽車就無法生產(chǎn)。

他們可能不太了解的是，FPGA在當(dāng)今最新的汽車設(shè)計(jì)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。事實(shí)上，對(duì)于技術(shù)先進(jìn)的汽車來說，采用多達(dá)10-12片F(xiàn)PGA的情況并不少見，它們通常是不同類型的，并執(zhí)行一系列重要功能。

例如，汽車上越來越多的攝像頭和其他視覺傳感器就是FPGA的一個(gè)很具代表性的應(yīng)用，它們可以控制來自車載攝像頭的信號(hào)并傳輸?shù)杰囕v的主要計(jì)算單元，通常是某種類型的SoC。FPGA的橋接功能允許多個(gè)高分辨率攝像頭在其所處位置附近（例如前或后保險(xiǎn)杠）將信號(hào)組合或多路復(fù)用在一起，然后在信號(hào)到達(dá)SoC時(shí)進(jìn)行分離或解復(fù)用。

許多現(xiàn)代汽車開始采用這些區(qū)域性架構(gòu)，其中傳感器、計(jì)算和互連元件被組合成不同的計(jì)算“區(qū)域”，然后將來自不同區(qū)域的結(jié)果發(fā)送到主SoC。這些連接面臨的挑戰(zhàn)之一是不同車輛之間它們各不相同。雖然許多攝像頭和一些傳感器（如雷達(dá)和LiDAR）使用MIPI標(biāo)準(zhǔn)，但其他車內(nèi)的互連通常使用高速SERDES（串行器/解串器）來實(shí)現(xiàn)更長距離的連接。最重要的是，有些系統(tǒng)還使用較舊的汽車標(biāo)準(zhǔn)，包括LIN（本地互連網(wǎng)絡(luò)）總線、CAN（控制器局域網(wǎng)）總線，甚至汽車以太網(wǎng)。設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)腇PGA可以在所有這些不同的連接類型中使用，甚至可以作為不同標(biāo)準(zhǔn)之間互通的橋梁。

除了互連功能外，F(xiàn)PGA的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它們每次都能以低延遲和確定的速率執(zhí)行信號(hào)處理和分析。在實(shí)時(shí)應(yīng)用中，例如輔助駕駛，或者僅僅是操控車輛，這種一致性對(duì)于汽車的性能和功能都至關(guān)重要。

例如，在電動(dòng)/混合動(dòng)力汽車中，由于FPGA支持高性能PWM（脈寬調(diào)制），它們可以用于微調(diào)電機(jī)控制、功率轉(zhuǎn)換和逆變器，所有這些都有助于最大限度地提高功率和效率，延長車輛的續(xù)航里程。

除了 FPGA功能方面的優(yōu)勢(shì)之外，某些 FPGA 還具有一些固有的特性，使其非常適合汽車應(yīng)用。首先，由于電動(dòng)汽車（EV）使用電池作為動(dòng)力，低功耗是需要考慮的重要因素，因此萊迪思半導(dǎo)體的低功耗FPGA非常適合這項(xiàng)任務(wù)。

除了專注于低功耗之外，萊迪思還提供廣泛的FPGA產(chǎn)品組合，支持行業(yè)領(lǐng)先的小型封裝和廣泛的處理能力，包括ECP™系列、MachXO™系列和基于萊迪思Nexus™平臺(tái)的FPGA產(chǎn)品。萊迪思還提供一些擁有最高密度I/O（輸入/輸出）的器件，實(shí)現(xiàn)更高的靈活性和適應(yīng)性，這也是汽車市場(chǎng)的另一個(gè)重要指標(biāo)。

安全性和可靠性對(duì)于任何汽車應(yīng)用都至關(guān)重要。事實(shí)上，汽車行業(yè)有幾個(gè)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來滿足車輛安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。例如，ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)要求組件不僅要符合汽車環(huán)境的物理要求，包括在極端溫度范圍內(nèi)可靠運(yùn)行——還要具有能夠連續(xù)安全運(yùn)行的軟件。萊迪思Diamond®軟件用于設(shè)計(jì)MachXO和ECP系列產(chǎn)品的功能，已通過ISO 26262認(rèn)證。

除了這些認(rèn)證外，萊迪思基于Nexus平臺(tái)的FPGA本身還提供保護(hù)功能，防止軟失效（由α粒子輻射等環(huán)境因素引起），這類失效可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算不準(zhǔn)確。基于Nexus的產(chǎn)品采用28納米FD-SOI工藝制造，與其他標(biāo)準(zhǔn)的FPGA相比，軟失效可降低100倍，可靠性極高。

數(shù)字安全也正成為汽車設(shè)計(jì)中越來越重要的一部分，特別是如今汽車已經(jīng)發(fā)展為“車輪上的計(jì)算機(jī)”，數(shù)字設(shè)備上出現(xiàn)的黑客攻擊同樣可能發(fā)生在汽車上。事實(shí)證明，F(xiàn)PGA已經(jīng)在服務(wù)器等應(yīng)用中執(zhí)行強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)功能，同樣的應(yīng)用也正在進(jìn)入汽車世界。

隨著汽車行業(yè)繼續(xù)向電動(dòng)汽車過渡，ADAS/自動(dòng)駕駛功能的升級(jí)以及區(qū)域性架構(gòu)的普及，F(xiàn)PGA提供了一個(gè)理想的平臺(tái)。作為汽車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵組件，F(xiàn)PGA固有的可編程性使它們能夠適應(yīng)各種不斷變化的需求，為現(xiàn)代車輛提供關(guān)鍵的（通常也是不可見的）功能。