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新能源汽车的发热和能耗

据中国国家应急管理部门统计，2022年第一季度，智能汽车自燃事故640起，平均每天有7辆电动汽车自燃。电动汽车火灾的主要原因如下：电池过热、电池老化、电池碰撞、高负荷运行等。其中，电池的高负荷运行是最严重的原因之一。

视觉算法算力功耗高，效率低

随着特斯拉通过视觉算法实现自动驾驶。Tier 一大厂纷纷进入计算能力军备竞赛，计算能力不断增加，计算能力较大需要消耗较高的功耗。

图2 多传感器集成技术策略

事件相机无法提供深度信息。目前，依靠相机的计算方法仍然是一种简单的蛮力计算。事件相机可以与激光雷达、毫米波雷达和超声波雷达相结合，实现完美的3D感知。同时，也可以避免海量数据和海量计算能力造成的资源浪费。

ADAS多传感器融合技术

多传感器同步问题

图像事件系统可以解决大多数算法的视觉识别问题，但它也有一些局限性。除了传统的图像算法外，激光雷达、毫米波雷达和超声波雷达也越来越多地用于ADAS。随着ADAS随着智能要求的不断提高，自动驾驶系统需要多种不同类型的传感器协同处理。

图3 多传感器集成面临着时间延迟的挑战

每个传感器收集数据，然后通过总线发送到域控制器，有一定程度的延迟，每个传感器的延迟时间不固定。为了提高自动驾驶传感器之间的深度集成、决策规划和集成定位，自动驾驶高级域控制器及其相关传感器需要时间同步。

常用时间同步主要包括：GPS同步、SyncE、NTP和PTP（IEEE 1588)时间同步。ADAS就时间敏感网络而言，TSN（Time Sensitive Network）技术。

图4 时间敏网络技术TSN原理

TSN起源于音视频领域Ethernet AVB解决音视频网络高带宽、高实时性、高传输质量的应用要求。TSN基于时间流量调度和管理的核心原理TSN整形器在网络中的时间感知TAS（Time Aware Shaper）实现了调度。

图5 采用锁相环技术实现时钟频率相位锁定

TSN传输线的延迟问题可以更准确地计算出来。但是，如果主设备采用自己独立的时钟，就会出现频率偏差问题，需要采用非常高精度的晶体振动来实现传输功能。基于成本等综合考虑，通常采用OCXO/VCXO PLL设备时钟的频率锁定与主时钟同步。

在ADAS在应用中，使用TSN结合OCXO 锁相环的方式可以实现每个传感单元和GPU/FPGA时间同步，消除累积误差，实现时钟源和多传感器的统一。

传感器高速数据交换问题

图像事件系统包含大量数据。为了满足多传感器的深度集成，这些数据必须在很短的时间内完成信息交换。受流线型处理器的启发，人们一直使用独立于处理器的32或64个局部总线。该总线的最高工作频率为33MHz/66MHz，峰值速度达533MB/s。这种总线被称为外设互联标准总线（PCI总线）。

图6 PCI总线框架构图

后来，在PCI在总线的基础上，衍生出来PCI-X总线协议的工作频率提高到133MHz，峰值带宽1064MB/s。后来又发展到了PCI-X 2.0。

PCI总线正在发展PCI-X 2.0之后，传输速率难以进一步提高。这是因为时钟与数据信号之间的传输线寄生电感串扰严重影响数据信号的波形，容易误判采样信号，影响通信效率。

图11 SRAM架构动态功耗

由于SRAM上下管工作处于深度饱和状态。CMOS当反相器从一个稳定的工作状态转变为另一个稳定的工作状态时，上下管同时导通。CMOS内阻很小，此时对应的电流会很大，所以动态功耗很大。

基于Flash工艺动态功耗

除了基于CMOS的SRAM除处理器外，Excelpoint世健工程师Wolfe Yu介绍了Microchip基于叠栅的推出MOS的Flash架构FPGA处理器。

图12 Flash架构FPGA与SRAM架构FPGA的差别

Flash架构的FPGA最大的特点是工作点是静态的，动态切换不会有大的电流波动，可以节省高达50%的功耗。Wolfe表示Microchip最新PolarFire与同类器件28nm与产品相比，其计算能力可以实现其他设备2.6 倍GOPS/W。

Microchip基于ADAS一揽子技术解决方案

在政策、互联网跨境竞争、消费者内部需求等因素的推动下，ADAS渗透率将迅速提高。还有一些低端车型开始搭载一些ADAS功能，提升卖点。

Microchip基于时间敏感网络解决方案

Microchip推出LAN937X系列TSN交换设备。作为符合行业要求的行业。IEEE 802.1AS交换解决方案的标准功能可以实现更低的延迟数据流量和更高的时钟精度。下一步，Microchip还将推出10000集成 BASE TI PHY的LAN969X系列产品。

TSN网络传输延迟可以实现，但由于时钟晶体的频率偏差，可能会导致不同节点之间的频率误差。为了解决频率偏差问题，人们通常在节点中使用它PLL锁相环和VCXO锁定时钟频率。同时，为了进一步同步GPS的1PPS时钟，还需要同步1PPS时钟。Microchip的ZL307XX系列集成5个PLL ，支持1PPS，SYNCE。满足大多数以太网时间同步要求。目前，MicrESMT代理ochip与部分车企合作，开始评估Microchip时钟解决方案。

图13 Microchip TSN解决方案

LAN93XX搭配1000BASE-T1 PHY LAN887X，配合同步数字锁相环ZL307XX精确计时IEEE 1588v2和IEEE 802.1AS-多传感器时间同步用于2020，符合IEEE P802.1Qci、IEEE P802.1Qav等，能满足ADAS需要实时联网。针对低端市场，Microchip的LAN937X配合100BASE-T1LAN也能满足客户的需求。

Microchip首款车用PCIe交换机介绍

2022年2月，Microchip宣布推出市场上首个汽车级认证PCIe交换机PM430XX/PM440XX。新发布的PFX、PSX和PAX交换机的解决方案是ADAS第四代提供了先进的计算互连能力PCIe交换机提供高速互连和支持ADAS实时安全关键数据处理的分布式架构。

图14 Microchip PCIe SWITCH解决方案

Microchip基于FLASH工艺低功耗FPGA介绍

因为Microchip所采用Flash工艺是一种独特的工艺工艺，其功耗最多只有相同的标准FPGA的50%。

在ADAS在机器视觉算法法Microchip的FPGA在摄像头前端采样、预处理、图像拼接等应用中表现良好。

Microchip功能安全PolarFire FPGA系列内置安全加密认证，可保护设计、数据、网络免受攻击，Flash自带SEU免疫性能的FPGA，是数据中心、工业、汽车和航空航天应用的理想选择。

图15Microchip基于Flash工艺FPGA比较朋友的功耗

除此之外，Microchip集成功能安全MCU、DCDC、USB HUB、AES加密芯片等CAN、LIN总线等，也是ADAS主流方案应用于汽车行业。针对Microchip基于ADAS一揽子技术解决方案，Excelpoint提供相应的技术支持和指导，降低视觉算法算力的功耗，提高效率，帮助自动驾驶技术的发展。