汽車行業正經歷一場前所未有的革命。汽車中攝像頭、激光雷達和雷達等傳感器的普及，催生了先進的駕駛輔助系統（ADAS），這些系統為現代車輛在自動駕駛、安全和性能方面提供了前所未有的功能。

然而，隨著傳感器活動的增加，行業也在硬件、計算和設計方面面臨重大挑戰。具體來說，這些傳感器產生的大量數據在數據管理、控制和處理方面帶來了問題。同時，實現性能和安全需要對這些數據進行實時、低延遲的處理。

所有這些因素都導致人們意識到通用計算硬件已無法勝任這一任務。為了實現最高水平的車輛自動駕駛，行業已轉向硬件加速和定制電子設備，取代現成組件。雖然ASIC提供最高性能和最低功耗，但設計需求變化時不允許靈活。此外，ASIC相比FPGA解決方案開發周期較長。

在當今快速且動態的世界中，行業需要不僅能支持加速，還足夠靈活以跟上不斷變化的算法和傳感器技術的硬件。這種所需的靈活性可以通過ASIC/SoC與嵌入式FPGA（eFPGA）技術的結合實現——這一解決方案獨特地為ADAS的未來奠定基礎。

Achronix 解決方案

在設計ADAS硬件時，挑戰在于支持大量應用和接口。從高層面看，ADAS計算引擎首先將高度依賴其傳感器接口。現代車輛配備多個高通量傳感器，需要能夠快速可靠地解釋、管理和控制數據流的計算硬件，這些過程稱為傳感器融合。從硬件角度看，傳感器融合需要具有超高帶寬連接能力的計算塊，既能連接外部高速接口，也能實現設備內的數據路由。

其次是傳感器融合，通信整體是ADAS的關鍵方面。車輛網絡接口（如CAN和以太網）協議，以及支持5G等無線通信標準，對系統提出了獨特的計算需求。

除了通信之外，所需的具體應用任務也非常多樣化。從駕駛性能的角度來看，單個ADAS解決方案通常依賴于多個獨特任務，如像素預處理、數據格式化和AI/ML處理。從安全角度看，密碼引擎對ADAS同樣不可或缺，因為敏感用戶數據可能通過車輛對全（V2X）連接被泄露。最后，用戶體驗（UX）是ADAS的關鍵環節，顯示接口和格式轉換是提供信息娛樂顯示、通過ADAS實現自然直觀用戶體驗的必要過程。

這些任務對ADAS實現的整體性能同樣重要，但每個任務都有獨特的計算需求，這些需求并不總是相互重疊。為支持這些多樣化需求，系統架構師通常開發專有SoC，允許針對每個應用優化多個專用硬件模塊，確保整體高性能。

eFPGA優勢

ADAS的一個顯著特點是需要快速處理，實現近實時決策——這些決策可能決定車內乘員的生死。因此，ADAS實現中的底層計算需要極其強大的處理能力，同時實現盡可能低的延遲。與此同時，在考慮電動汽車（EV）時，設計師們也面臨對低功耗處理的嚴格要求，以盡可能延長車輛電池壽命。這種低延遲、低功耗處理的獨特組合使ADAS成為一個特別具有挑戰性的領域。

幸運的是，FPGA非常適合滿足這些需求，使其成為理想的硬件加速器，減輕了ADAS依賴的計算密集型機器學習算法。因此，處理速度和功耗都相較于基于CPU和GPU的系統有所提升。后者是FPGA真正閃耀的地方，FPGA每瓦性能優于其他替代品。

FPGA在汽車設計中的價值早已確立，過去15年中該技術已被應用于超過2億輛汽車。然而，超越FPGA的話題，顯然，對于當今ADAS的需求來說，eFPGA占據了主導地位。

與獨立FPGA相比，eFPGA IP在ADAS應用中的真正價值在于其集成在SoC中，并根據團隊的具體資源需求進行定制。eFPGA 實例通過消除獨立 FPGA 在進入大規模生產時不需要的額外功能，增加了靈活性，同時降低系統成本、功耗和板塊空間。此外，集成eFPGA IP使設計者能夠實現FPGA結構與其他SoC資源（如嵌入式CPU或專用接口）的緊密耦合。正是這種緊密耦合和消除耗電的輸入輸出，使eFPGA能夠提供前所未有的性能和節能，而非將獨立FPGA作為SoC的副車。

在SoC中嵌入eFPGA實例還有其他重要優勢，比如通過OTA軟件更新在現場更新算法。此外，eFPGA有助于降低物料清單（BOM），與獨立FPGA解決方案相比，eFPGA有望為ADAS設計師提供80%-90%的整體系統成本。

Achronix 用于 ADAS 的產品

Achronix Speedcore eFPGA IP 提供了一種獨特的架構，集成了許多能夠提升性能、降低功耗和減少芯片面積的功能。在指定 Speedcore eFPGA 實例時，設計師可以選擇最佳的架構元素組合，包括：

• 邏輯——6輸入查找表（LUT）加上集成的寬MUX功能和快速加法器

• 邏輯內存——LRAM2k每個內存塊2 kb，LRAM4k每個內存塊4 kb

• 塊內存——BRAM72k每個內存塊72 kb，BRAM20k每個內存塊20 kb

• DSP64 – 每個塊18×27倍乘器、64位累加器和27位預加器

• 機器學習處理器（MLP）——每個塊支持32個乘法/累加器（MAC），支持整數和浮點格式

在大多數情況下，汽車設計師需要大規模生產SoC，以支持每年大量銷售的車輛。Speedcore eFPGA 是目前市場上為數不多且經過大量生產驗證的嵌入式織物之一——迄今為止，我們的客戶已成功出貨超過1500萬臺集成我們 Speedcore 技術的設備。

除了支持大規模生產能力外，我們的Speedcore知識產權還得益于我們提供的全面工具和產品。對于設計師，我們利用了發布獨立FPGA的經驗，開發了Achronix工具套件。該套件本身配備了 Achronix 專有的 ACE 設計工具以及 Synopsys 的 Synplify-Pro 合成工具。其他工具包括Snapshot Debugger，一款實時設計調試工具，以及多個Achronix專用的仿真庫。總體而言，Achronix 工具套件是 15 年來工具開發和改進的結晶。

結合硅基驗證的工具與生產驗證的eFPGA IP為ADAS設計師打造了高效的解決方案。