可编程元件加速创新，必将掀起汽车技术革命？ 汽车技术, 创新

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我们正处于汽车技术巨变的起点，其驱动力来自于避免碰撞技术和先进驾驶辅助系统(ADAS)。汽车变得越来越智慧化，连网能力也越来越强，各种相关的技术将不断为高速公路上奔驰的自动驾驶车以及可能的分心驾驶降低固有风险。在以软体为导向的变革中，诸如FPGA和SoC等可编程元件正扮演核心角色。
三种汽车，一场革命
如今，在加州南湾，你每天都可以看到象征汽车产业世界性变化趋势的三种汽车：时髦的特斯拉(Tesla) Model S悄然无声息的驶过；在后窗贴着‘U’的Uber新型汽车接送乘客；以及在车顶安装旋转光达(LiDAR)的新款Lexus SUV正沿着街道自行驾驶，而身处世界任何位置的远端驾驶人则忙着收集资料。这些日常所见代表着三种同时出现的技术趋势，正显着地突破汽车现状：电动化、连网化和自动化。每一种趋势均以不同的速度在发展，但这三种趋势都有一个共同点：软体！

软体：改善今日，革新未来
自从2004年以来，普通汽车中的电子元件成本比重已经从20%倍增到40%了。今天的豪华汽车中通常包含100个微处理器，执行1亿行软体程式码，并控制着从引擎时序到车载资讯娱乐系统中的一切。

我们正处于这样一个时间点：软体、感测器和处理器带来全新的汽车功能，而不只是简单地将传统功能从机械控制转换为电子控制。今天的ADAS系统和明日的自动驾驶系统将完全依赖于软体，以理解来自感测器、摄影机、网际网路、基础设施以及其它车辆的资料。

汽车的复杂性提升，改变了汽车价值链。电动化、连网化与自动化的趋势，只是加速其价值朝向提供元件和软体的公司转移，并远离疏于创新的OEM厂商。

这种转移将带来两种影响。首先，软体将成为关键的市场差异化因素，迫使OEM缩短生产周期，并为传统系统提供支援和升级。其次，朝向软体转移有助于后来者在产业中创新，并提高进入门槛。

在配备ADAS的典型汽车中，许多感测器可以为电子控制单元(ECU)提供有关外部驾驶环境的资料，从而实现诸如避免正面碰撞(FCA)等应用。


图1：基本的ADAS架构配备许多感测器，为ECU提供有关驾驶情况的资料

电子控制单元随即使用软体判断是否存在威胁，并启用煞车致动器(或可能其它措施)以减轻这种威胁。

用于驾驶辅助应用的现有感测器是自动驾驶车的硬体基础。未来的感测器将会越来越小、越来越快和越来越便宜。但在目前的ADAS系统和未来的完全自动驾驶系统之间，真正的差距在于软体。无论输入资料能以多快的速度处理，可让汽车在复杂驾驶环境中比人类驾驶更高效、更安全驾驶的软体演算法仍然是最大的挑战。

可编程元件加速创新
作为沟通专用硬体和创新软体之间的桥梁，诸如赛灵思(Xilinx)的Zynq-7000 All Programmable SoC等可编程元件已经成为当今最复杂的ADAS系统核心，并快速取代较欠缺通用性的ASSP。在同一元件上整合Zynq SoC的ARM处理器和FPGA逻辑元件，可以协助OEM搭建出高整合度、完全可编程的ADAS平台，这种平台能够根据汽车产品线进行调整，还能加入新的增强功能，以因适严苛且不断演进的用户要求。

汽车OEM可以在许多平台配置中发挥Zynq SoC的作用。该元件可用为多感测器、多功能的驾驶辅助平台、高解析的视讯和绘图平台、汽车连网和连网平台，以及影像处理与辨识平台。

在这些应用中，使用者可以在SoC的逻辑部份实现设计中最复杂和运算最密集的功能演算法，并在板载ARM处理系统中建置连续处理功能。


图2：ADAS软体演算法必须能够处理道路类型、速度和威胁的复杂度

他们利用高速I/O连接至感测器，并创建连接至汽车网路的高可靠性连接。用户还可以利用SoC供应商提供的IP以及其设计工具和开发环境，快速地开发出ADAS平台。

新产品的推出，如Zynq SoC的Zynq UltraScale+ MPSoC版本，可以藉由其它任何晶片架构无法匹敌的可编程设计平台，协助OEM实现更加复杂的融合系统。

消费者的采纳与扩散
虽然OEM选择不同的市场策略推出ADAS和汽车自动驾驶功能，但从2010年开始几乎每年都持续推出功能越来越强大的ADAS汽车。


图3：诸如“避免交通拥塞辅助”等较简单的系统将率先推出，紧接着是能够操控汽车的系统

既然已经能取得这种技术的早期版本，那么消费者采纳的速度有多快呢？

这种相对较高成本的汽车意味着具有ADAS功能的汽车和自动驾驶车的普及率可能比起其它现代技术稍慢一些，但仍然较传统汽车的普及率更快得多。

正如其它新技术的采纳一样，先驱者和早期采纳者将有助于配置ADAS的汽车早期推广，一旦安全优势得到证明、成本也进一步降低，就会逐渐被大多数的消费者接受。这意味着普及率来自其所具有的优势，而不是受制于成本。

为了证明这个结论，市场谘询公司Marconi Pacific针对ADAS和自动驾驶进行了消费者调查。结果显示，最初吸引消费者的是这种技术的安全性和便利性。安全性将是家庭采纳的主要动机，因为他们将会瞭解配备ADAS的汽车如何避免导致乘客伤害甚至致死的碰撞。

另外一个重要的动力来自时间的重复利用。能够在高速公路上定速巡航、同时不需要把太多注意力放在道路上，将是加速这一需求的重要推动力。

Marconi Pacific已经建立了一个新技术扩散模型，更能有效地理解导入这种技术进展的步伐以及消费者的接受度。这种模型是基于情境的，且具有许多输入。关键因素包括汽车年销售量、ADAS技术的导入日期以及车辆汰旧换新预测等。

结果相当惊人。根据该模型发现，到2035年，所有细分市场中将有超过50%的汽车和85%的新车销售都将是配备ADAS的汽车或自动驾驶车。


图4：当消费者体认识到安全与便利等优点时，ADAS和自动驾驶车(AV)技术将创造另一波销售高峰

当然，不同层级的ADAS和自动驾驶将对社会产生不同的影响，包括每年发生碰撞的次数减少程度、对于交通拥塞的影响以及对于共乘或Uber等服务的影响等都不相同。


图5：根据该模型预测，ADAS/AV技术的累积销售量将在2035年达到汽车总销售量的85%

汽车生态系统意义
汽车领域及其相关产业形成了一个很大的生态系统，并渗透至全球经济。从表1可以看出ADAS和自动驾驶不仅对汽车也对许多周边产业带来重大影响。

随着电动化、连接能力和自动化方面的创新不断突破现状，不仅OEM感受到这一波效应，其它许多领域和以往围绕着传统个人汽车构建的商业也感受到了。能够迅速抓住机会的公 司即将取得成功，而延迟导入技术者将注定失败。


表1：ADAS和自动驾驶车将在汽车与许多产业带来创新
                                                                                                                                                                                              
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