不久前,晶片供應商還專注於行動產業,而現在,他們的重心已移往汽車產業。

第4級和第5級自動駕駛車的開發者希望車子內部的連網速度能達到數千兆位元(multi-gigabit)速度,許多產業聯盟和制定標準的機構,像是自動駕駛汽車網路聯盟(NAV)、MIPI聯盟(MIPI Alliance)和HDBaseT聯盟都正摩拳擦掌,準備搶食這塊大餅。

當然,具備全自動駕駛功能的汽車尚未問世,而這種車子對於像是視覺、光達和雷達這類高解析度感測器的依賴程度相當高,所產生的資料量必定會大幅增加。那些曾為資料中心、企業基礎設施或專業工作室開發高速連接技術的產業組織,看到了汽車市場所帶來的巨大商機。

Robocar spec-1 Aquantia描繪的未來車載網路(來源:Aquantia)

上週,MIPI聯盟開始為行動產業開發新的介面規範,以因應汽車產業對於高速資料傳輸介面的需求。目前已制定了MIPI A-PHY標準規範,在15米長度的實體層,可達每秒12到24千兆位(Gbps)的傳輸速度,聯盟預計於2019年底提供MIPI A-PHY 1.0版給開發人員。

就在上個月,HDBaseT聯盟宣布Denso成為「貢獻會員」(contributor member)。HDBaseT原本是一種消費性電子與商業應用連接標準,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,稱做HDBaseT Automotive標準。

Robocar spec-2 (來源:Valens Semiconductor)

Valens Semiconductor資深副總裁兼汽車部門負責人Micha Risling在接受《EE Times》採訪時表示:「HDBaseT現在可以透過無包覆雙絞線(UTP)達到2Gbps頻寬,這是一種更便宜、更靈活且更易於安裝的線纜,而它未來的版本將可支援高達4/8/12/16Gbps的傳輸速度。」

此外,由晶片供應商Aquantia、Nvidia、Bosch,以及德國大陸集團(Continental)和福斯汽車(Volkswagen)組成的NAV聯盟擁有一大優勢,據說正與IEEE乙太網路聯盟同步開發IEEE Multi-Gig Automotive Ethernet PHY標準,背後的推動者是晶片商Aquantia。與其他公司不同的是,Aquantia率先開發出高速、multi-gigabit速度的乙太網路技術,目前應用於資料中心(傳輸速度達到10/25/100GbE)和企業基礎設施(傳輸速度達到2.5/5/10GbE)。

Aquantia汽車產品行銷副總裁Amir Bar-Niv在上週接受《EE Times》採訪時提到:「之前汽車產業沒有發展出Multi-Gig汽車乙太網路技術。」他解釋,其他公司可推出他們自有的解決方案,藉以得到進入市場的機會。但現在,IEEE Multi-Gig Automotive Ethernet PHY標準正順利地開發中,「現在汽車市場不再缺乏此類網路傳輸技術。」

在Aquantia看來,OEM代工廠和一線車廠採用Multi-Gig汽車乙太網路技術(Automotive Ethernet)幾乎已成定局。

根據Aquantia的說法,汽車產業界了解到若是採用最新的Automotive Multi-Gig Ethernet PHY標準,可以享受許多乙太網路既有的好處,像是眾多供應商和低成本,功能特性方面支援交換、同步、音視訊橋接(AVB)/時效性網路(TSN)標準、安全性和網路拓撲等。

這些技術能互補嗎?

然而,值得注意的是,並非所有長距離汽車通訊介面的特性都是相同的。市場研究機構Strategy Analytics車用電子市場研究總監Ian Riches舉例,MIPI的汽車介面與HDBaseT即有所不同,他表示:「MIPI A-PHY是一種點對點非同步連結技術,一邊的頻寬很大,另一邊則較小,它只是一個資料傳輸管道(data pipe),並不像HDBaseT那樣原生支援USB、乙太網路和電源。」

儘管如此,MIPI將與其他multi-gig連接技術競爭,像是汽車乙太網路(Automotive Ethernet)技術,Riches說:「此技術用來連接高頻寬設備(例如相機)到中央控制器。」

關於這些競爭技術的比較,Riches說:「如果你要選擇網路技術,乙太網路是很棒的選擇。HDBaseT支援電力傳輸、連結USB等功能。MIPI A-PHY的直接競爭對手為專有LVDS解決方案,如APIX、FPD-Link、GMSL等技術,它很適合在受限的訊號控制通道中,將資料從某處傳輸到另一處。

再次使用MIPI行動協定?

MIPI聯盟董事會成員兼高通資深技術總監Rick Wietfeldt認為乙太網路、MIPI和HDBaseT技術在汽車生態系統中為互補技術,各佔有一席之地。

他解釋,MIPI為汽車產業提供關於「效能、再次使用和生態體系」三方面的好處。

更具體地說,MIPI的A-PHY與其他技術的不同點在於,為相機、感測器和顯示器提供量身定制的非對稱連接性。Wietfeldt認為:「雖然乙太網路是一種廣泛採用的成熟解決方案,然而,對於汽車市場來說,仍算是較新的標準,必須導入新的纜線、連接器、Ethernet PHY介面和交換機產品。」

另一個關鍵(好處)是A-PHY為高速串流相關的應用提供服務,例如需要在點對點架構中進行嚴格延遲控制的相機和顯示器應用。

Robocar spec-3 MIPI聯盟的規劃(來源:MIPI)

另一方面,Wietfeldt觀察到:「許多人將乙太網路視為高速控制應用中主要的「網路(通常指「多對多」)」架構介面(儘管不是唯一的)。」他補充:「此外,目前的汽車乙太網路速度是1Gbps,未來將加快到10Gbps,其預計達成的時間大約與MIPI A-PHY設定的時程相當。」

事實上,雖然Aquantia先推出暫行標準Multi-Gig Automotive Ethernet PHY(2.5G、5G、10G),但IEEE Multi-Gig Automotive Ethernet PHY規格尚被未批准,仍需要經過正常的IEEE標準制定程序。

當提到再次採用MIPI技術時,高通的Wietfeldt解釋,使用MIPI A-PHY實體層介面,可以「直接有效地執行MIPI行動協定的相機介面(CSI)/顯示器介面(DSI),相容於目前數十億智慧型手機中使用的晶片,並且在汽車電子中也被普遍採用。」

乙太網路會是最終的選擇?

Aquantia不認同MIPI聯盟對汽車乙太網路的論點。Bar-Niv聲稱:「整體而言,只有乙太網路的所有功能幾乎都已獲得OEM廠商的認可,足以真正符合未來4/5級自動駕駛汽車所需的車載網路需求。」

他指出:「MIPI似乎專注於點對點連接的特定應用或網路拓撲。乙太網路不僅能符合需求(支援星狀、網狀、環狀,菊花鍊拓墣等),而且還滿足了4/5級自動駕駛對於IEEE標準的要求(可靠性、安全性等)。關於開發部分,MIPI、LVDS和HDBaseT等聯盟卻必須從頭開始。」

Bar-Niv還補充說到:「未來汽車連網需要更快的資料傳輸速度,乙太網路的媒體存取控制層(MAC)傳輸速率已經高達100G,可滿足未來的汽車應用需求。」

連接感測器

Strategy Analytics的Riches說:「雖然做為車載網絡骨幹的MIPI A-PHY並未將乙太網路視為競爭技術,但MIPI和乙太網路將會在『感測器和顯示器連接』方面產生競爭。」

乙太網路並非只能做到點對點連接。但NAV聯盟希望能傳輸高解析度攝影機、光達和雷達所產生的巨大資料。

Aquantia解釋說,車輛配備的高解析度相機,其解析度由720P提升到1080P,之後會提高到4K。該公司指出,這代表網路傳輸速度應該提升到10 Gbps,。

Robocar spec-4 感測器融合和大量資料傳輸需求推動頻寬拉升到Multi-Gig (來源:Aquantia)

更重要的是,現在推動Multi-Gigabit連接技術的是音/視訊開發人員,他們希望運用未壓縮的原始感測器資料進行感測器融合。

Aquantia的Bar-Niv告訴我們,今天的感測器模組搭載了預處理裝置。「新趨勢是不採用這些預處理晶片,以降低感測器模組的成本並降低功耗。」他解釋說,這些感測器通常位於汽車最熱的地方,效能會隨著熱度上升而顯著下降。如果業界不使用這些預處理晶片,纜線就必須以2Gbps到8Gbps的速率傳輸原始資料。

MIPI聯盟的Wietfeldt充分意識到這些需求,他強調:「MIPI A-PHY是一種應用於感測器、攝影機和顯示器的高速非對稱串流介面,可作為乙太網路的替代技術。」

Robocar spec-5 (來源:MIPI)

MIPI聯盟有信心確保MIPI A-PHY標準能在具有複雜和挑戰性的車載環境中,運用低成本且輕量的實體通道傳輸資料,達到「資料完整性」(Data Integrity)。目前12Gbps到24Gbps速度的MIPI A-PHY標準正在開發中,MIPI聯盟也開始研發更高速的規格,像是超過48Gbps的傳輸速度,用於顯示器與其他應用。

誰將供應這些晶片?

Riches說:「我們將很容易看到高度自動駕駛的相關應用,但未來五年內並不會大量出現。」

他指出,原始資料感測器融合也許仍是一個值得期待的目標,他說:「對於高速連接技術的需求,許多汽車製造商在每個感測器上加入大量處理資料的功能。」當談到晶片供應商中有哪些人正在開發車用Multi-Gigabit連接技術時,Valens半導體是其中一間公司,目前正在推動HDBaseT技術,而Aquatia則為Automotive Multi-Gig Ethernet PHY技術的領導者。

除了Aquatia,博通、Marvell與恩智浦也是IEEE Multi-Gig Automotive Ethernet PHY標準的主要推動者。

在HDBaseT聯盟中,恩智浦為「貢獻會員」,意法半導體為「參與會員」(adopter member)。雖然目前尚不清楚哪些公司致力於發展MIPI A-PHY標準,但MIPI聯盟已將高通、意法半導體、恩智浦、英特爾/Mobileye和Valens等晶片供應商列為會員。在標準確立的初期,大多數汽車晶片公司可能必須多方參與各種標準聯盟。

(參考原文:Robocar Data Glut Unsettles I/F Specs,by Junko Yoshida)