一個正在推動名為HDBaseT之連結介面標準的跨產業組織日前宣佈,日本Tier One汽車零組件供應商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、乙太網路、USB以及一些控制訊號,而現在HDBaseT有最新的車用版本HDBaseT Automotive。

該車用連結介面標準號稱可支援先進駕駛輔助系統(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速率的視訊與資料傳輸,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的車內連結介面標準,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規格晶片的半導體廠商。

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;有鑑於在汽車內傳輸的資料量越來越大,這似乎很合理…但問題來了:所以這是在說,當紅的車用乙太網路(Automotive Ethernet)無法以最低延遲支援數Gb頻寬?

車廠的連結介面選擇困難症…

現在市面上有眾多車內連結介面技術可供各家車廠選擇,例如乙太網路是一個已經被認為可取代舊有車用匯流排如多媒體介面MOST、支援安全關鍵功能之通用高速傳輸介面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慧型手機/可穿戴裝置。

此外,有線寬頻MHL被應用於後座資訊娛樂系統;同時舊有車用匯流排標準如CAN與LIN仍在扮演車輛控制網路介面的角色。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援低電壓、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列/解串器(SerDes)介面。

20180724_HDBaseT_NT01P1

各種車內傳輸介面解決方案
(來源:Renesas)

既然已經有這麼多技術選項,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「怎麼又來個標準」的神經質與排斥心態,「很多車廠才剛剛開始關注車用乙太網路。」

不過HDBaseT還是有其獨特之處。自動駕駛技術顧問機構VSI Labs合夥人繼顧問服務總監Danny Kim指出,該標準能同時支援點對點(p2p)與菊鏈(daisy-chain)連結,後者能「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連線(備援功能)。」

20180724_HDBaseT_NT01P2

HDBaseT Automotive可取代各種車內傳輸介面?
(來源:Valens Semiconductor)

因為自動駕駛車輛有大量的感測器會產生大量資料,當然會需要更大頻寬的傳輸介面;HDBaseT Automotive在這方面與車用乙太網路相比能寬多少?還有,為何新標準要支援長達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、智慧天線…),產生的資料也越來越多,更重要的是這些資料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,包括影像解析度以及延遲性,因為影像傳輸若發生問題會產生致命結果;更高的視訊解析度與接近零延遲,都需要更高頻寬。

  3. 雖然在車內15公尺的傳輸距離感覺很長,但纜線並不一定是直直地從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.車用乙太網路

所以這代表HDBaseT的性能會超越車用乙太網路?或者說取代所有的車內連結介面?Risling的回答是,前者聚焦於多Gb的不同類型資料傳輸,車用乙太網路如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的頻寬(未來將有4/8/12/16Gbps等版本)。」

他補充指出,HDBaseT勝過車用乙太網路的另一個優點,是同時支援對稱與非對稱鏈路,能針對攝影機/感測器連結最佳化(對稱鏈路並非針對視訊傳輸最佳化,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資料聚合的應用。」

Risling解釋,有一些現在採用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,但是能全部彙整以HDBaseT傳輸至電子控制單元(ECU),以減少纜線數量與長度;當汽車內的連結裝置更多,就會需要像是HDBaseT這樣的技術來支援裝置之間、以及裝置與車用電腦、或是運算單元本身之間的連結。

哪些車內連結會率先採用HDBaseT?

Risling透露,Valens已經與車廠還有Tier One供應商合作開發採用HDBaseT Automotive介面的特定應用;但合作對象不能公開。他指出,最先採用該技術的會是車用資通訊娛樂系統的USB連結,還有車門應用的連結,「HDBaseT能為車門減少20條以上的纜線,來自後照鏡、感測器與音訊系統等,只要一條線就能搞定。」

20180724_HDBaseT_NT01P3

HDBaseT能聚合視訊與其他資料,利用菊鏈與多串流提供最大的彈性
(來源:Valens Semiconductor)

另一個是智慧天線的應用。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),也就是說數據機能留在車頂,而閘道器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。

20180724_HDBaseT_NT01P4

HDBaseT能讓ADAS網路以零延遲即時傳輸來自各個攝影機的資訊,以支援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)、高速且具未來性的實體層(PHY)、晶片組世代之間的互通性、支援各種「快」(上網快、更新車用軟體快、與USB及智慧型手機的連結也快),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:「因為對原生乙太網路的支援,HDBaseT網路也能實現乙太網路交換;」此外還有(透過USB或1GbE)實現高速韌體更新。至於成本,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,但車用乙太網路或Serdes等同樣支援高頻寬傳輸的介面則無法使用無屏蔽纜線。其次,支援菊鏈連結使得HDBaseT可減少車內纜線所需數量與長度,實現較低的整車重量並因此能降低油耗;菊鏈連結也能簡化連結架構,減少系統需要的晶片組。

此外他指出,HDBaseT能用相同電纜與連接器扮演不同原生介面的傳輸通道,包括音/視訊、乙太網路、控制介面、資料介面(如USB與PCIe)還有電源,因此免除每一種介面對不同電纜與連接器的需求;其他替代技術如果要成為彙整其他不同介面的傳輸通道,通常會需要額外的晶片組。

但Strategy Analytics的Riches認為,單價仍會是HDBaseT的一大障礙,「整體系統佈署成本很重要,晶片成本也一樣;」他認為,想要用「晶片雖然貴很多,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(如感測器、車用顯示器…)會需要支援HDBaseT規格的零組件(如乙太網路實體層),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元件價格,「每一種應用案例都不一樣,而且取決於各種因素,例如需要支援的介面與頻寬,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週期很短,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。」此外現在要以高頻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湧現。」

Riches表示,很多車廠在實際設計上仍會考量到對高速鏈路的需求,好讓各個感測器能處理更多資料,不過HDBaseT若要取得動力還需要增加晶片供應來源,「車廠不喜歡只有單一供應商;」而現在除了Valens,並沒有其他廠商確定會開發車用HDBaseT晶片。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最佳化,更重要的是那些車內連結彙整的最佳化,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,市場上對於連網汽車仍存在許多不確定性,車廠與Tier One供應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越來越意識到夥伴關係與聯盟的重要性,除了重視汽車產業夥伴的價值,還有與不同產業標準組織、晶片製造商的合作,如目前Valens也與MIPI Alliance旗下的車用工作小組有合作關係。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Will Robocars Need More than Ethernet?,by Junko Yoshida)