车载嵌入式系统面临挑战

嵌入式系统在汽车当中一直扮演着非常重要的角色，在具备ADAS功能的智能汽车乃至更高阶的自动驾驶汽车当中则更为关键。

众所周知，“感知、决策、执行”是智能网联汽车或者说自动驾驶汽车的三大核心。嵌入式系统在其中主要负责收集和处理来自各种传感器（包括激光雷达、摄像头、毫米波雷达等）的数据，并进行决策和控制。这些传感器每一秒之中都会产生海量的数据，嵌入式系统需要实时处理这些数据，精确构建车辆周围环境的模型，以做出及时准确的驾驶决策。

“嵌入式系统面临非常严峻的挑战，首先最重要的是必须做到实时响应，同时实现信息安全、功能安全和可靠性，而且本身尺寸规格也非常小，对芯片的封装尺寸也有非常严格的要求，还要满足环境要求，有时温度高达125摄氏度，此外，还需具备非常长的产品生命周期，使用寿命要达到10～15年以上。” AMD自适应与嵌入式计算事业部（AECG）Versal产品营销总监Manuel Uhm先生谈到。

这些挑战对嵌入式系统的计算能力和算法当然也提出了极高的要求，为此，芯片厂商都在积极开发更先进的嵌入式芯片，目前最先进的芯片已经集成了AI加速器，能够加速机器学习算法的执行，从而支持丰富的ADAS功能以及更高阶的自动驾驶的实现。当今时代，AI已无处不在。

AI引擎上身，车规级自适应SoC更显神通

在2024年1月的CES上，业界领先的半导体公司AMD宣布，其推出的Versal AI Edge车规级自适应SoC引入了先进的AI引擎，能够针对多种传感器以及众多ADAS系统进行进一步优化，包括前视摄像头、激光雷达、4D雷达，智能座舱舱内监控、环绕视图、自动泊车以及L2+自动驾驶等。

搭载AI引擎的 Versal AI Edge 车规级自适应 SoC可为AI计算、视觉和信号处理提供诸多优势，能够对大量的数据执行AI推理，可用于激光雷达、雷达与摄像头这些边缘传感器，亦或是集中式域控制器。Versal AI Edge车规级自适应SoC也是 AMD 首款通过汽车认证的 7纳米器件，能够为安全至上的汽车应用带来硬化IP以及更高的安全性。

时隔三个月，第二代Versal AI Edge自适应SoC就来了，而且还带来了单芯片智能！

单芯片智能，意味着什么？

“AMD为嵌入式系统带来了全新的单芯片智能，具体有两个系列的产品：一是第二代的Versal AI Edge系列，面向AI驱动型的嵌入式系统；另一个是第二代Versal Prime系列，面向经典嵌入式系统。”Manuel Uhm先生在2024年4月9日正式向业界宣布了新产品的推出。当然，AMD推出第二代产品的目的是对第一代形成补充，而不是取代第一代。

据介绍，这两个系列的产品均采用全新的高性能集成CPU，能够实现高达3倍的每瓦TOPS、高达10倍的标量计算，另外，通过AMD可编程逻辑，可以实现世界领先的自适应计算。

在实时AI驱动型嵌入式系统工作的三个阶段，即预处理、AI推理、后处理，这三类算力都必须能够在嵌入式系统中进行加速，才能真正实现全系统的实时交互。“AMD的单芯片智能，正意味着在单个器件中可以提供端到端的加速，可以实现实时AI驱动型嵌入式系统在预处理、AI推理、后处理的全部三个阶段的加速。”AMD自适应与嵌入式计算事业部（AECG）Versal AI Edge系列高级产品经理Steph Gauthier先生介绍说。

这种单芯片智能性消除了构建多芯片处理解决方案的需求，进而带来了更小、更高效的嵌入式 AI 系统，并为缩短上市时间提供了潜能。

Steph Gauthier先生还以基于摄像头的3D感知视觉的实现流程为例，展示了单芯片智能的应用及其最大优势。在这个3D感知视觉系统当中，有很多摄像头，可以实现俯瞰的3D视觉效果——注意，这里是只使用摄像头，不使用激光雷达就可以实现。这里面还包含一个可编程的I/O，进行图像的处理和可编程逻辑的处理。在整个流程中，我们可以看到，数据经过预处理之后，会被传输到AI引擎，进行AI推理，然后在后处理阶段进行车辆行驶的规划或是其他的实时传感—决策—执行。

“自适应意味着灵活性，因为它能够与任何类型的传感器进行连接、与任何接口进行连接。”Steph Gauthier先生补充道。

第二代产品更适合域控制器的应用

需要强调的是，对于汽车感知传感器的边缘计算，其实第一代的Versal产品仍是最合适的方案，因为这样的应用，无论是功耗还是成本，相对都是比较低的，而第二代Versal产品主要针对的应用领域其实是域控制器，因为域控制器对算力和算法的要求变得更高，基于AI引擎的第二代Versal产品才能胜任此类超大算力。

显然，AMD已经很好地迎合了汽车电子电气架构变革的趋势。

相应的行业背景是：随着智能网联汽车功能的日趋丰富，电子控制单元的数量随之巨增，面对错综复杂的控制逻辑和持续激增的海量计算，传统的汽车电子电气架构已无法满足需求，分布式架构—跨域集中式架构—中央式架构，是汽车电子电气架构的发展和变革方向。目前，大部分车企正处在由分布式架构逐步向跨域集中式架构发展的初级阶段，“中央集成+域控制器”的布局，将会是当前乃至今后很长一段时间内汽车电子领域的研发热点，直到未来形成汽车最强大脑——也就是足够强大、足够可靠的车载中央计算机。

对于域控制器而言，硬件大体可分为三部分：承担环境感知和深度学习等超大算力需求的拥有AI引擎的处理器、负责控制决策和逻辑运算的CPU，以及负责功能安全和车辆控制的MCU。AI芯片是其中算力要求最高的核心部分。

业界其他芯片公司也有类似的AI芯片产品，所以，谈及AMD的优势，Manuel Uhm先生表示：“在‘’预处理—AI推理—后处理’的阶段中，他们有的有自己的推理引擎，有的有高性能的CPU后处理，但他们在预处理方面，可能还需要在外部增加一个FPGA才能实现。对于AMD来说，我们是世界上少数几家有预处理的可编程逻辑，我们在推理阶段也有矢量计算，在后处理阶段有高性能的CPU，所以我们最大的优势就是把可编程逻辑的优势融合到一个芯片当中，能够提供单芯片智能的解决方案。”

AMD的第二代Versal Prime系列将面向传感器处理的可编程逻辑与高性能嵌入式 Arm CPU 相结合，能够为传统的非AI嵌入式系统提供端到端加速。这些器件旨在提供较之初代至高 10 倍的标量算力，可以高效地执行传感器处理和复杂的标量工作负载。

第二代 Versal AI Edge 系列与第二代 Versal Prime 系列产品组合为 AI 驱动型系统提供了从边缘传感器到中央计算的可扩展性。其以一系列具备不断增加的 AI 和自适应算力的器件为特色，支持客户选择性能、功耗以及占板面积，以高效实现应用性能与安全目标。

另据悉，AMD预计将于2025年上半年提供第二代 Versal 系列芯片样片，随后于2025年年中提供评估套件及系统模块（SOM）样品，并预计于2025年末提供量产芯片。

帮助客户实现下一代产品开发

在宣布了两个系列新产品的同时，Manuel Uhm先生还同时公布了一个来自客户的好消息：斯巴鲁将会使用AMD的第二代Versal AI Edge系列产品，去开发其下一代EyeSight视觉系统，以支持防碰撞紧急制动、车道偏离预警、自适应巡航控制、车道保持辅助以及更高级的自动驾驶功能。

斯巴鲁之所以采用AMD的第二代Versal AI Edge系列，原因大概有五个方面：

首先是因为他们希望下一代EyeSight视觉系统能在AI方面拥有领先的优势，所以必须要确保它的低时延。

第二是第二代Versal AI Edge系列有非常先进的数据类型支持，可以保持数据的高吞吐量以及高精度。

第三是关于车规级的功能安全，这对于汽车来说当然非常重要，AMD的实时处理器，可以帮助客户实现更高级别的ISO26262功能安全要求。

第四是可编程逻辑的灵活性，对斯巴鲁来说非常有价值。可编程逻辑对客户来说最关键的就是可以实时地对硬件进行编程，实现更多定制开发。比如，利用在可编程逻辑中实现的反馈IP，斯巴鲁的下一代EyeSight系统可以实时修改摄像头的传感器参数。

第五，斯巴鲁的愿景是在2030年实现“零死亡“的道路事故这一安全目标，AMD的技术优势当然可以很好地支持ADAD功能以及更高级的自动驾驶功能的事项，可以帮助斯巴鲁实现其目标。

每一项都非常关键，而且其实这些都是汽车行业客户所必须关注的要点。基于此，我们相信，AMD的第二代Versal AI Edge系列和第二代Versal Prime系列，一定能够助力更多的汽车厂商、ADAS系统供应商以及自动驾驶系统厂商，完成更加领先的、面向未来的产品开发。