风向球4:着眼于系统观，揪众出击
汽车生态系丕变，TI为资通信业者搭桥铺路
投入车用电子已逾三十年的半导体大厂，还有德州仪器 (TI)。TI 台湾业务总经理许至全表示，有别于消费电子，车厂会追溯供货商过去的历史记录，包括产品稳定度及后续整个生命周期的支持；早在 35 年前就与包括电子动力转向系统 (EPS) 在内的被动安全系统厂合作的 TI 在业界已树立一定的口碑，从核心的嵌入式处理器到周边模拟组件皆有产品提供 (内存除外)；迄今有多达 6,000 个装置用于汽车产业，在 2017 年所推出的车用产品足足是 2015 年的四倍之多，营收贡献也由 2012 年的 12%、增长到去年的 19%。
照片人物：TI 台湾业务总经理许至全
有鉴于开发者在组件的选用和配置须耗费相当多的心力——以毫米波为例，处理器固然重要，但电路板、模拟组件和天线的设计更是大工程；因此，TI 另备有 150 个参考设计的＂系统级方案＂，可协助用户减少产品开发时间及验证的麻烦。当然，这对 TI 也是好处多多——就像有些销售食材的供货商，会筹拍美食教学节目以增加下单率；参考设计的实施，既为用户提供直观的教战手册，也为自身微控制器 (MCU) 产品创造更多样貌，可用于超过 175 个车用系统 (更多车用参考设计可参照 http://compotechasia.com/microsite/TI/index.php?id=2&tid=179 )。
节能、乐趣、安全，力守黄金三角地带
许至全宣示，为提升质量，TI 不惜投入庞大研发资源，范围扩及组装、测试和晶圆，现阶段致力于三大策略面向：1.发展更节能的系统，混合动力车／电动车 (HEV / EV) 是重点开发项目；2.提升驾驶乐趣，以具有屏幕的信息娱乐系统 (Infotainment) 影音设备为主体；3.着重安全性，全力冲刺自动驾驶和毫米波 (mmWave) 技术。车用处理器总经理 Curt Moore 进一步介绍，TI 聚焦高级驾驶辅助系统 (ADAS)、车身电子和车灯、车载信息娱乐系统 (Infotainment) 与混合动力等四大汽车领域加速系统创新。
许至全宣示，为提升质量，TI 不惜投入庞大研发资源，范围扩及组装、测试和晶圆，现阶段致力于三大策略面向：1.发展更节能的系统，混合动力车／电动车 (HEV / EV) 是重点开发项目；2.提升驾驶乐趣，以具有屏幕的信息娱乐系统 (Infotainment) 影音设备为主体；3.着重安全性，全力冲刺自动驾驶和毫米波 (mmWave) 技术。车用处理器总经理 Curt Moore 进一步介绍，TI 聚焦高级驾驶辅助系统 (ADAS)、车身电子和车灯、车载信息娱乐系统 (Infotainment) 与混合动力等四大汽车领域加速系统创新。
照片人物：TI车用处理器总经理 Curt Moore
●高级驾驶辅助系统 (ADAS)
车辆检测与驾驶环境趋于复杂，需要能实时分配、处理大量感测数据的系统并确保可靠性，摄影机和雷达已成标配。TI ADAS 解决方案涵盖前置摄影机、后视、环景系统、智能后视镜和驾驶监测，以及盲点警告、防撞——设计套件可满足法规和功能性的安全要求，参考设计与嵌入式处理、模拟技术相互搭配，可实现＂跨多个平台＂并满足各种系统需求的 ADAS。例如，用于短距雷达 (SRR) 的参考设计 AWR1642 评估模块 (EVM)，可在时速 90 公里的高速下，判断并追踪长达 80 公尺视野内的物体位置及速度。
车辆检测与驾驶环境趋于复杂，需要能实时分配、处理大量感测数据的系统并确保可靠性，摄影机和雷达已成标配。TI ADAS 解决方案涵盖前置摄影机、后视、环景系统、智能后视镜和驾驶监测，以及盲点警告、防撞——设计套件可满足法规和功能性的安全要求，参考设计与嵌入式处理、模拟技术相互搭配，可实现＂跨多个平台＂并满足各种系统需求的 ADAS。例如，用于短距雷达 (SRR) 的参考设计 AWR1642 评估模块 (EVM)，可在时速 90 公里的高速下，判断并追踪长达 80 公尺视野内的物体位置及速度。
●车身电子和车灯
车身亦导入交互式人机接口 (HMI)、手势／语音识别、自动调光镜和天窗的光学感测，以及背光 LED 按钮和旋钮等智能控制技术。开发者关注的是：如何尽量不影响其他成员、就能快速改进系统，以满足不断变化的新要求并缩短设计周期？TI 主张，＂组件模块＂形式能让开发者在现有系统上进行改良或设计，轻松扩展功能、提高系统灵活性，或在原尺寸上持续优化舒适性、便利性和应用，不必担心系统板面积有限的问题，可满足更广泛的车辆功能和车型需求；既能减少车身电子系统空间、功能和重量，亦无须为了升级改造而劳师动众。
车身亦导入交互式人机接口 (HMI)、手势／语音识别、自动调光镜和天窗的光学感测，以及背光 LED 按钮和旋钮等智能控制技术。开发者关注的是：如何尽量不影响其他成员、就能快速改进系统，以满足不断变化的新要求并缩短设计周期？TI 主张，＂组件模块＂形式能让开发者在现有系统上进行改良或设计，轻松扩展功能、提高系统灵活性，或在原尺寸上持续优化舒适性、便利性和应用，不必担心系统板面积有限的问题，可满足更广泛的车辆功能和车型需求；既能减少车身电子系统空间、功能和重量，亦无须为了升级改造而劳师动众。
图1：TI 用于车身控制模块的多开关侦测接口 (MSDI)
资料来源：TI提供
多开关侦测接口 (MSDI) 集结许多高压、电池连接的开关输入，并通过数字接口将开关状态传送给 MCU。TI 参考设计具有两个全新的 MSDI 设备，可省去 MCU 针脚过多的配置困扰；而在简化 98% 的系统功能之余，依然保持运作、检测信号活动，在本机监控多达 54 个信号。与此同时，汽车照明从静态白炽灯和氙气灯 (HID) 转向动态 LED 照明，开发者必须重新评估传统汽车头、尾灯的功能和设计。TI 可为单个 LED 灯或多个 LED 灯串设计头灯和警示尾灯子系统，兼顾可靠性、防止过热并延长 LED 使用寿命。
TI 在今年初美国 CES 展出的高分辨率、高亮度 DLP 技术，每个车头灯含有超过百万可寻址的画素，高于目前主动调整头灯系统 (Adaptive Driving Beam, ADB) 的一万倍！以增强驾驶的通信和能见度，更重要的是，它允许开发者按需编程、客制光束模式，以淡化部分或整体车头灯画素，更精确控制光束分布；在提高头灯亮度之际，能避免对迎面来车发射过度刺眼强光并减少交通号志反光。此外，可扩展的＂数字驾驶舱解决方案＂能协助用户为驾驶舱及车载信息娱乐系统建置通用平台，并藉此获取丰富的软件生态系统。
●车载信息娱乐系统
＂汽车手机化＂趋势明显，Infotainment 整合娱乐、多媒体和信息功能，在车辆中实现交互式和连网体验。欲在车上传输大量数据，并在更广的范围内安全传输数据，不仅需要能驱动整合功能的高效处理器，还需能实现长距离安全性的高级功能连接。再者，不让驾驶分心的互动设计，软、硬件兼容性与加速上市时间，皆是开发的必要考虑。TI 只要一颗处理器就可管理四个屏幕，且运算放大器 (OP Amplifier) 能提供高质量的音效。
＂汽车手机化＂趋势明显，Infotainment 整合娱乐、多媒体和信息功能，在车辆中实现交互式和连网体验。欲在车上传输大量数据，并在更广的范围内安全传输数据，不仅需要能驱动整合功能的高效处理器，还需能实现长距离安全性的高级功能连接。再者，不让驾驶分心的互动设计，软、硬件兼容性与加速上市时间，皆是开发的必要考虑。TI 只要一颗处理器就可管理四个屏幕，且运算放大器 (OP Amplifier) 能提供高质量的音效。
图2：TI 汽车调谐器终端设备之参考设计
资料来源：TI提供
●混合动力
＂汽车电气化＂已是不可逆的风向，马达控制、电源管理和感测技术的革新，将使汽车到电网的电气系统更精确、高效。传统动力传动系统既要减少重量、提高效率，还要用更少的线缆和机械组件来管理并协助诊断系统故障。在工业和汽车设计方面的系统专业知识，为 HEV / EV 提供可扩展的解决方案，并创造更智慧的车载充电器和电动汽车充电站。随着车载功能越多、电力需求也须相对应增加；TI 的参考设计可用于轻型 HEV 之 12V / 48V 四相双向直流—直流转换器 (DC-DC Converter) 模块，提供更高效的功率转换并兼具灵活性，方便更换组件。
＂汽车电气化＂已是不可逆的风向，马达控制、电源管理和感测技术的革新，将使汽车到电网的电气系统更精确、高效。传统动力传动系统既要减少重量、提高效率，还要用更少的线缆和机械组件来管理并协助诊断系统故障。在工业和汽车设计方面的系统专业知识，为 HEV / EV 提供可扩展的解决方案，并创造更智慧的车载充电器和电动汽车充电站。随着车载功能越多、电力需求也须相对应增加；TI 的参考设计可用于轻型 HEV 之 12V / 48V 四相双向直流—直流转换器 (DC-DC Converter) 模块，提供更高效的功率转换并兼具灵活性，方便更换组件。
图3：用于 12 V /48 V 汽车系统的双向 DC-DC 转换器之参考设计
资料来源：TI提供
科技创新要务在于＂异质＋虚实整合＂
前面文章提过，电动车与自驾车的兴起，打破了原有汽车生态的平衡与秩序，也为资通信 (ICT) 厂商另辟一片新天地。然而，拓展陌生领域总是辛苦的，于是，筹组产业联盟以壮声势，不失为一条快捷方式——入伙成员可相互为用、合力出击，共同把饼做大；身为＂带头大哥＂的盟主，亦可获得登高一呼、号令天下的拥戴。由 TI 领军的＂次世代驾驶信息平台研发联盟＂已四岁了！甫履新联盟会长的佐臻公司董事长暨总经理梁文隆表示，身为元老会员的中华汽车，为联盟提供良好的应用场域；今年台湾科技大学的加入，更补足产学连结能量。
前面文章提过，电动车与自驾车的兴起，打破了原有汽车生态的平衡与秩序，也为资通信 (ICT) 厂商另辟一片新天地。然而，拓展陌生领域总是辛苦的，于是，筹组产业联盟以壮声势，不失为一条快捷方式——入伙成员可相互为用、合力出击，共同把饼做大；身为＂带头大哥＂的盟主，亦可获得登高一呼、号令天下的拥戴。由 TI 领军的＂次世代驾驶信息平台研发联盟＂已四岁了！甫履新联盟会长的佐臻公司董事长暨总经理梁文隆表示，身为元老会员的中华汽车，为联盟提供良好的应用场域；今年台湾科技大学的加入，更补足产学连结能量。
梁文隆指出，自从五年前电动车大力发展以来，已在汽车界引发革命，就连传统龙头车厂也开始投入。未来科技创新要务在于＂异质＋虚实整合＂，在电子商务推波助澜下，更有利于资源共享，让过去各自独立的碎片化信息串接；具备连网功能的车辆，也不再是封闭的交通载具，而是人、车和环境的友善链接媒介，更易于取得实时信息。他透露，联盟正积极力邀 5G 相关单位及政府公部门参与。虽然陆续有自驾车意外传出，但梁文隆认定科技的演进不会因个别事件而停止，更预言与人工智能 (AI) 的结合将于 3～5 年内看到变化。
图4：TI通过＂系统级方案＂引领汽车创新
资料来源：TI提供
不过，TI 营销与应用嵌入式系统总监詹勋琪强调，＂安全＂始终是车用产品的根本，包括功能安全 (Safety) 与信息安全 (Security) 两方面。TI 硬件已针对功能性预先定义 ASIL 安全等级，另考虑到须为＂实时性＂保留冗余备援机制 (redundant)，TI 的大型处理器内核已从 ARM Cortex-M 走到 Cortex-R；在资安防护方面，TI 有进阶型 (high security) 和通用型两种，工作原理是将密钥多层加密。最常见的方式是双方各持一组密钥进行配对，亦可通过电脑产生一组大家都不知道的新密钥、并将它刻录到 IC 中，以提高保密性。
除非双方同时交出手中密钥、重新拆解，否则将＂不得其门而入＂，AWR1642 就有上述两个版本；至于代码被复制 (Clone) 的隐忧，则须以不断投资因应。近来业界有人提出＂模块化产品有助于降低成本＂的论调，詹勋琪解释，就影音娱乐系统而言，即便有高／中／低端的区别、但其实只是底板不同，核心芯片是一样的，做成模块的确可藉由提升产量来降低成本、增加与一级 (Tier 1) 车厂谈判的优势；但他认为，与其谈成本，不如转念于它的＂零缺陷＂。安全凌驾于一切！如果模块产品的良率能达到 0 ppm，整个系统出错的机率将大幅降低。
图5：AWR1642 是独立的 FMCW 雷达传感器器件，可支持 76～81 GHz 频段
资料来源：TI提供
＂功能模块化＂不单为了省成本，更看重安全
梁文隆补充，汽车产业相对封闭，每家车厂可能又有自己的独家规格，不像 3C 产品拥有一致的标准，所以针对标准做模块化不见得那么重要，倒是对于＂功能＂层次的模块化有迫切需求。日前，联盟在台北国际汽车零配件展 (AMPA) 也端出近期研发成果，几个亮点值得一提：
1. 短距毫米波雷达已能做到十分微型化，可放在车门旁边侦测碰撞，或是水泥墙、三角锥等障碍物；
2. 中、长距测速／测距雷达不受雾霾天气影响，可弥补摄影机会被遮蔽的空缺，且每秒高达二、三十次的更新可供后端 AI 算法做决策，以决定是否要煞车、减速等；
3. 帷享科技基于四个摄影机的 ADAS＋明泰科技雷达，可做 3D 高分辨率的 360∘环景的盲区侦测，遇有障碍物时会将画面切换过去，可改善远红外线摄影机成本较高、且只能看到热影像而非具体形象的缺点，是＂传感器融合＂(Sensors Fusion) 的用例之一；
4. 明泰科技所开发的 2T4R 77GHz 长距雷达可多点侦测三个车道的行车路径，正率先向前装 (OEM) 市场送样中，另用于后方盲区侦测的 24GHz 雷达已出货；
5. 佐臻公司通过雷达的固定场形、辅以四个阵列麦克风＂听声辨位＂，若有异常可令马达驱动雷达转向侦测；
6. 雷达亦可应用于车队管理的＂非接触式的呼吸心跳侦测＂，以预防公共交通意外——安装在驾驶座椅的靠背上，与驾驶人员相距 50～100 公分即可利用反射原理侦测生理状况是否有异，并经由算法确认是活体或静物，然后通知后台予以警示。
梁文隆补充，汽车产业相对封闭，每家车厂可能又有自己的独家规格，不像 3C 产品拥有一致的标准，所以针对标准做模块化不见得那么重要，倒是对于＂功能＂层次的模块化有迫切需求。日前，联盟在台北国际汽车零配件展 (AMPA) 也端出近期研发成果，几个亮点值得一提：
1. 短距毫米波雷达已能做到十分微型化，可放在车门旁边侦测碰撞，或是水泥墙、三角锥等障碍物；
2. 中、长距测速／测距雷达不受雾霾天气影响，可弥补摄影机会被遮蔽的空缺，且每秒高达二、三十次的更新可供后端 AI 算法做决策，以决定是否要煞车、减速等；
3. 帷享科技基于四个摄影机的 ADAS＋明泰科技雷达，可做 3D 高分辨率的 360∘环景的盲区侦测，遇有障碍物时会将画面切换过去，可改善远红外线摄影机成本较高、且只能看到热影像而非具体形象的缺点，是＂传感器融合＂(Sensors Fusion) 的用例之一；
4. 明泰科技所开发的 2T4R 77GHz 长距雷达可多点侦测三个车道的行车路径，正率先向前装 (OEM) 市场送样中，另用于后方盲区侦测的 24GHz 雷达已出货；
5. 佐臻公司通过雷达的固定场形、辅以四个阵列麦克风＂听声辨位＂，若有异常可令马达驱动雷达转向侦测；
6. 雷达亦可应用于车队管理的＂非接触式的呼吸心跳侦测＂，以预防公共交通意外——安装在驾驶座椅的靠背上，与驾驶人员相距 50～100 公分即可利用反射原理侦测生理状况是否有异，并经由算法确认是活体或静物，然后通知后台予以警示。
联盟的新成员爱唯秀 (ulsee)，即是擅长 AI 视觉算法的能手，已与中国大陆的大巴业者洽谈合作；借助侦测打呵欠等极细微的呼吸变化，可大幅增加驾驶安全性，因为，＂等到真的打瞌睡就太迟了＂！展场人员说明，传感器融合的正确率约在 98% (下雨天或夜间会稍差)、误判率约在 0.5% 以下，但有时基于安全起见，会宁可将误判率设高一点。TI 本身亦对 AI 有所布局，可在平台上执行深度学习 (Deep Learning)；由于是做嵌入式系统起家，可将系统功耗优化，以数字信号处理器 (DSP) 作为加速器，只需不到 2.5W 的功耗便足以供 Level 3 使用，而类似表现的绘图芯片功耗约在 200W 以上，相差 80 倍之多！
