一個正在推動名為HDBaseT之連接接口標準的跨產業組織日前宣布,日本Tier One汽車零組件供貨商Denso以「貢獻成員」(contributor member)的身份加盟該組織;HDBaseT原本是為消費性電子裝置應用所開發,用以透過CAT 5纜線傳輸未壓縮HD音/視訊、電源、以太網絡、USB以及一些控制訊號,而現在HDBaseT有最新的車用版本HDBaseT Automotive。
該車用連接接口標準號稱可支持先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的零延遲高吞吐量傳輸,HDBaseT標準組織表示,新標準能實現「最高每秒6Gb速率的視訊與數據傳輸,具備超過15公尺(m)/50英呎(ft)以上單條無屏蔽雙絞線原生連網功能。」
而因為HDBaseT Automotive仍在初期發展階段,Denso的加盟特別引人矚目。目前該鎖定先進車用資通訊娛樂系統、ADAS的車內連接接口標準,只有Daimler一家車廠公開表態支持,還有一家來自以色列的無晶圓廠IC設計業者則是迄今唯一承諾將供應符合HDBaseT Automotive規格芯片的半導體廠商。
HDBaseT的支持者相信,新的車用HDBaseT規格會是未來連網/自動駕駛車輛不可或缺的元素;有鑒于在汽車內傳輸的數據量越來越大,這似乎很合理…但問題來了:所以這是在說,當紅的車用以太網絡(Automotive Ethernet)無法以最低延遲支持數Gb帶寬?
車廠的連接接口選擇困難癥…
現在市面上有眾多車內連接接口技術可供各家車廠選擇,例如以太網絡是一個已經被認為可取代舊有車用總線如多媒體接口MOST、支持安全關鍵功能之通用高速傳輸接口FlexRay等的潛力技術;藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy)以及高速802.11ac Wi-Fi,可用以連結車輛與智能型手機/可穿戴裝置。
此外,有線寬帶MHL被應用于后座信息娛樂系統;同時舊有車用總線標準如CAN與LIN仍在扮演車輛控制網絡接口的角色。還有一些原本不是為車用開發的連結技術也搶著上車,如可利用廉價雙絞銅線支持低電壓、高速傳輸的低電壓差動訊號傳輸(LVDS),以及也在高速傳輸應用中常見的串行/解串器(SerDes)接口。
各種車內傳輸接口解決方案(來源:Renesas)
既然已經有這么多技術選項,車廠們對HDBaseT Automotive會有興趣嗎?對此市場研究機構Strategy Analytics車用電子市場研究總監Ian Riches表示,他有感覺到汽車產業對這個新標準是一種「怎么又來個標準」的神經質與排斥心態,「很多車廠才剛剛開始關注車用以太網絡。」
不過HDBaseT還是有其獨特之處。自動駕駛技術顧問機構VSI Labs合伙人繼顧問服務總監Danny Kim指出,該標準能同時支持點對點(p2p)與菊鏈(daisy-chain)連結,后者能「實現較低數量的總連結(以達到低成本與更佳使用者體驗),」此外「它是雙向的,因此一旦有某個連結或纜線故障,所有與纜線連結的設備仍能維持運作與聯機(備援功能)。」
HDBaseT Automotive可取代各種車內傳輸接口?(來源:Valens Semiconductor)
因為自動駕駛車輛有大量的傳感器會產生大量數據,當然會需要更大帶寬的傳輸接口;HDBaseT Automotive在這方面與車用以太網絡相比能寬多少?還有,為何新標準要支持長達15公尺/50英呎的傳輸距離?
針對以上問題,Valens Semiconductor副總裁暨車用業務部門主管Micha Risling表示,有三件事很重要:
1. 隨著越來越多電子裝置進駐車輛(各種攝影機、雷達、光達、智能天線…),產生的數據也越來越多,更重要的是這些數據必須在很短的時間內進行傳輸與處理,因為ADAS資料的延遲可能攸關人命。
2. 自動駕駛車輛的視訊性能非常重要,包括影像分辨率以及延遲性,因為影像傳輸若發生問題會產生致命結果;更高的視訊分辨率與接近零延遲,都需要更高帶寬。
3. 雖然在車內15公尺的傳輸距離感覺很長,但纜線并不一定是直直地從A點到B點,還會繞過座椅、車門甚至車輪,更別說車子的引擎以及各種零組件。
HDBaseT vs.車用以太網絡
所以這代表HDBaseT的性能會超越車用以太網絡?或者說取代所有的車內連接接口?Risling的回答是,前者聚焦于多Gb的不同類型數據傳輸,車用以太網絡如BroadR-Reach技術,對稱傳輸速率則為100Mbps;「HDBaseT現在可以達到以無屏蔽雙絞線──更廉價、更柔軟而且容易安裝的一種纜線──達到2Gbps的帶寬(未來將有4/8/12/16Gbps等版本)。」
他補充指出,HDBaseT勝過車用以太網絡的另一個優點,是同時支持對稱與非對稱鏈路,能針對攝影機/傳感器連結優化(對稱鏈路并非針對視訊傳輸優化,因為視訊傳輸通常只有單向需要更高速度);換句話說,「HDBaseT會被導入需要更高速度與更多數據聚合的應用。」
Risling解釋,有一些現在采用CAN或MOST技術的基本控制功能,因為不需要高速傳輸,不一定要HDBaseT來取代,但是能全部匯整以HDBaseT傳輸至電子控制單元(ECU),以減少纜線數量與長度;當汽車內的連接裝置更多,就會需要像是HDBaseT這樣的技術來支持裝置之間、以及裝置與車用計算機、或是運算單元本身之間的連接。
哪些車內連結會率先采用HDBaseT?
Risling透露,Valens已經與車廠還有Tier One供貨商合作開發采用HDBaseT Automotive接口的特定應用;但合作對象不能公開。他指出,最先采用該技術的會是車用資通訊娛樂系統的USB連接,還有車門應用的連結,「HDBaseT能為車門減少20條以上的纜線,來自后照鏡、傳感器與音頻系統等,只要一條線就能搞定。」
HDBaseT能聚合視訊與其他數據,利用菊鏈與多串流提供最大的彈性(來源:Valens Semiconductor)
另一個是智能天線的應用。Risling表示因為HDBaseT能將PCIe連結延展到15公尺,可實現分離的車用資通訊控制單元(TCU),也就是說調制解調器能留在車頂,而網關則能放在車內靠近資通訊娛樂系統與ADAS ECU的地方,如此就不必處理車頂會有的高溫與空間狹小問題;這可減少必要的零組件、纜線與連接器數量。
HDBaseT能讓ADAS網絡以零延遲實時傳輸來自各個攝影機的信息,以支持更高安全性與更好的駕駛體驗(來源:Valens Semiconductor)
VSI Labs的Kim總結HDBaseT的眾多優點,包括不需要緊密的接地(close grounding)、高速且具未來性的物理層(PHY)、芯片組世代之間的互操作性、支持各種「快」(上網快、更新車用軟件快、與USB及智能型手機的連結也快),可實現更佳ADAS性能(高精確度、集中化的視訊分析)、更低的纜線數量重量、可實現更低油耗…等等。
他指出:「因為對原生以太網絡的支持,HDBaseT網絡也能實現以太網絡交換;」此外還有(透過USB或1GbE)實現高速韌體更新。至于成本,Valens堅稱HDBaseT能帶來一系列成本優勢,但是Strategy Analytics的Riches對此抱持不確定態度。
HDBaseT能省多少成本?
Valens的Risling指出,首先無屏蔽雙絞線比屏蔽式纜線或同軸電纜便宜,但車用以太網絡或Serdes等同樣支持高帶寬傳輸的接口則無法使用無屏蔽纜線。其次,支持菊鏈連結使得HDBaseT可減少車內纜線所需數量與長度,實現較低的整車重量并因此能降低油耗;菊鏈連接也能簡化連接架構,減少系統需要的芯片組。
此外他指出,HDBaseT能用相同電纜與連接器扮演不同原生接口的傳輸信道,包括音/視訊、以太網絡、控制接口、數據接口(如USB與PCIe)還有電源,因此免除每一種接口對不同電纜與連接器的需求;其他替代技術如果要成為匯整其他不同接口的傳輸信道,通常會需要額外的芯片組。
但Strategy Analytics的Riches認為,單價仍會是HDBaseT的一大障礙,「整體系統布署成本很重要,芯片成本也一樣;」他認為,想要用「芯片雖然貴很多,但用長期眼光看來可以節省成本」這種說法來說服客戶不容易。
VSI Labs的Kim也同意以上說法,因為HDBaseT交換器本身就可能很貴,而各種裝置節點(如傳感器、車用顯示器…)會需要支持HDBaseT規格的零組件(如以太網絡物理層),這都會為車廠帶來額外成本。
Valens的Risling也無法以實際數字舉例HDBaseT組件價格,「每一種應用案例都不一樣,而且取決于各種因素,例如需要支持的接口與帶寬,還有數量等等。」
HDBaseT面臨的其他市場挑戰
除了成本以及汽車產業對太多標準的疲乏等問題,HDBaseT還面臨其他挑戰,例如技術成熟性與技術壽命。Strategy Analytics的Riches指出,HDBaseT是一開始鎖定消費性電子產業的、相對較新的技術,消費性標準可能生命周期很短,但汽車需要壽命更長的技術。
他舉例指出,IEEE 1394 Firewire被越來越多消費性電子產品使用時,也曾想進軍汽車市場,而「我猜汽車產業現在很慶幸他們沒走那條路。」此外現在要以高帶寬連結應用情境來說服車廠不容易,「未來高速自動化駕駛的場景可以預見,但在未來五年不可能大量涌現。」
Riches表示,很多車廠在實際設計上仍會考慮到對高速鏈路的需求,好讓各個傳感器能處理更多數據,不過HDBaseT若要取得動力還需要增加芯片供應來源,「車廠不喜歡只有單一供貨商;」而現在除了Valens,并沒有其他廠商確定會開發車用HDBaseT芯片。但他也指出,恩智浦半導體(NXP)與意法半導體(ST),都是HDBaseT聯盟的成員。
Valens的Risling則指出,車廠中開發不同車用裝置的各部門之間壁壘分明,是他們在推廣HDBaseT技術時遇到的一大挑戰,因為該技術不只是能針對不同連結進行優化,更重要的是那些車內連結匯整的優化,從而讓車內ECU與儲存得以共享資源;但若是各部門之間是分頭開發,要傳達這樣的訊息非常困難。
此外Risling也指出,市場上對于連網汽車仍存在許多不確定性,車廠與Tier One供貨商還在定義最優先的功能需求,他們也正在與汽車產業緊密合作;因此Valens越來越意識到伙伴關系與聯盟的重要性,除了重視汽車產業伙伴的價值,還有與不同產業標準組織、芯片制造商的合作,如目前Valens也與MIPI Alliance旗下的車用工作小組有合作關系。
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原文標題:自動駕駛車需要更高階的車內連接接口?
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