新一代 Eyesight 系統采用了賽靈思車規級器件，既加快了對前方物體的測距速度，又能靈活地以最低成本融入最新的 AI 功能。

近些年，汽車不但主被動安全上有了質的飛躍，還出現了更先進的“預防性安全”的理念。

美國高速公路安全保險機構認為，汽車配備 ADAS（高級駕駛輔助系統）可以避免超過60%的交通事故。

ADAS 利用安裝在車身四周的傳感器，收集車內外環境信息，幫助駕駛員盡可能早地察覺到危險，并采取相對應的措施，甚至是系統主動干預車輛的控制，從而在源頭上降低事故的發生。

在當下的汽車市場中，越來越多的車企開始將 ADAS 作為“標配”裝備到量產車上，以往只有豪車車型才有的功能，已經逐漸下探至自主品牌的大多數車型上。

根據中國汽車工業協會預計，2020年，汽車駕駛輔助、部分自動駕駛、有條件自動駕駛，新車裝配率超過50%，網聯式駕駛輔助系統裝配率達到10%， ADAS 的總滲透率可達到50%。

ADAS 也被眾多廠商視為研發及宣傳重點，在預防性安全領域有長期研發歷史的斯巴魯也是如此。

8月20日，斯巴魯全新一代 LEVORG 在日本正式開啟預訂。

新車配有最新一代的 EyeSight 主動安全系統套裝，車身遍布的360°全景攝像機，配合賽靈思 SoC（System on Chip，片上系統）的強大運算能力，可讓車輛實現大范圍的碰撞預防能力，新系統與高清地圖配合，車輛還能夠在臨近彎道時協助駕駛者提前進行減速，特定條件下還可實現雙手脫離方向盤的輔助自動駕駛。

斯巴魯對行車安全的執著

斯巴魯對于汽車安全性能的提升一直非常重視，早在1989年它就成立了斯巴魯技術研究所，致力于研究汽車智能化和機器人技術。EyeSight 采用的立體攝像頭技術從那時就開始了研發。斯巴魯作為汽車制造商，也非常自然想到了把立體攝像頭應用到汽車之上。

在1991年的東京車展，斯巴魯向外界公布了立體攝像頭概念。1992年，在公司內部發布了安裝了立體攝像頭的汽車。

2008年5月，搭載第一代 EyeSight 系統的力獅正式上市，此時的預碰撞系統雖然能進行緊急制動，但是無法使車輛完全靜止。

2010年5月，第二代 EyeSight 系統搭載在了第五代力獅上，其預碰撞系統可在30公里/時速度下剎停。

第三代 EyeSight 系統在2013年10月發布，增加了車道保持功能，當前車緊急制動時，前后車相對速度小于50公里/時，預碰撞系統能避免事故發生。目前，該系統的裝車量已經超過了100萬輛。

新一代 EyeSight 系統的優勢

在斯巴魯的全新 LEVORG 上，利用前風擋內左右兩側各裝備一顆彩色高成像識別的攝像頭組成了雙目 ADAS，兼具單目攝像頭的物體識別能力和激光雷達的測距能力。

單目 ADAS 需要在測距前先識別障礙物，再進行測距，因此單目攝像頭方案需要大量樣本庫，在識別物體后，再從成像尺寸或者在圖像中的位置信息得到距離信息。

而雙目 ADAS 基于人眼視覺的雙目測距原理開發而來，不需要樣本庫，將攝像頭拍攝到的各類障礙物實時運算轉換為距離，通過計算與物體的相對速度和距離實現碰撞預警、車道偏離預警等智能駕駛輔助功能。

雙目 ADAS 技術要求更高，視覺計算量更大，因此目前將其商用化的企業寥寥無幾，而斯巴魯就是將雙目ADAS系統大規模用于量產車的少數車企之一。

在新車開啟預售前夕，汽車商業評論作為中國汽車專業媒體，聯線獨家采訪了斯巴魯自動駕駛及高級安全業務總經理柴田英司 （Eiji Shibata） 和賽靈思汽車業務負責人、高級總監 Willard Tu，對新一代 EyeSight 系統及其背后賽靈思 SoC 的作用進行了深入了解。

柴田英司告訴汽車商業評論：“我們最首先的目的，是通過高級輔助駕駛系統，逐漸消除死亡事故，再進一步將事故率降低。為此，必須增加各種技術和各種零件，系統價格也會變高。

但這樣事故并沒辦法消除，因為買得起的人越來越少，這就與我們希望降低事故的目的相背離。因此，我們認為怎樣能在一般用戶買得起的車上，搭載更先進的避免沖撞的安全系統，將成為現實意義上的關鍵點。

我們的 Eyesight 系統不用安裝激光雷達、單目攝像頭，只需安裝立體攝像頭就能全方位地進行觀測，所以能夠以更高精度、更低的價格完成系統的構建，這樣我們就能將該系統搭載在所有車輛上，從而為所有的用戶提供安全特性。”

他表示，新一代 EyeSight 系統對雙目立體攝像頭進行了改進，利用賽靈思（Xilinx）基于 FPGA（Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列）的異構可擴展多處理芯片 Zynq UltraScale+? MPSoC 系列，將立體圖像處理成 3D 點云，助力斯巴魯在超低時延下加速所有數據的處理，實現對前方物體進行更快速、更準確的識別。

同時，還可以借助可編程芯片特有的靈活性通過軟件反復編程硬件，不斷地適應、改進、更新系統的設計，以最快速度、最低成本融入最新的 AI 功能，并滿足不斷變化的場景需求。

新的 EyeSight 系統通過升級立體攝像頭拓寬了整個前方的視角，在提升數據處理能力的同時，通過追加四角雷達來達到全方位感應，進行協同控制。

除了自動緊急制動、自適應巡航控制和車道保持輔助等功能，新系統還可識別相鄰車道是否有車存在、是否從相鄰車道有車在靠近，增強了在十字路口避免發生事故的能力。當駕駛員分神時，新的 EyeSight 可以提醒駕駛員，避免出現事故。

在高速公路上面，車輛搭載新的 EyeSight 系統之后，基于彎道預測、自動減速的主動變道輔助功能，通過高精度地檢測臨近車輛，隨時對路面的情況進行檢測反饋，并且輔助糾正駕駛員的駕駛行為。

為何斯巴魯會選擇賽靈思

柴田英司在接受采訪時稱：“我們的目標是只憑借一定質量的圖像數據就能進行處理，以更大視野捕捉到遠處的物體，因此賽靈思這種高效能器件的構思是實現我們目標的最佳選擇。

在前一版本上我們使用了 ASIC（Application Specific Integrated Circuit 特定用途集成電路），但是用 ASIC 時，我們始終無法做到像現在采用賽靈思車規級器件這樣，可以隨時使用最新程序對功能進行擴展，而且賽靈思器件在耗能方面也非常領先，是一款非常高效的車規級器件。”

賽靈思汽車業務負責人、高級總監 Willard Tu 向汽車商業評論介紹了 EyeSight 系統上所用賽靈思車規級 Zynq UltraScale+? MPSoC 的性能。

基于賽靈思16納米技術，Zynq UltraScale+? MPSoC 同時擁有強大的流水線并行和數據并行運算能力，既可以用于 AI 邊緣計算，也可以用于域控制器，無論是在車的擋風玻璃還是在汽車其他部件上，都可以滿足 ADAS 的要求。

它不僅能提供適合的性能功耗比，還可提供至關重要的功能安全性和保密性功能，因而非常適用于各種汽車客戶的平臺。另外，除了器件本身的先進性、可擴展性，賽靈思產品的高質量和可靠性也是有口皆碑的。

賽靈思于 1984 年發明了世界首款 FPGA，也是目前 FPGA 市場的 No.1，年收入超過 30 億美元。其產品廣泛應用于通信、航空航天、汽車、醫療、工業控制等領域。

賽靈思進入汽車行業已經有超過15年的歷史。迄今為止，賽靈思在汽車領域的全球合作伙伴超過200家，涵蓋了全球所有主流的 Tier 1、整車制造商以及各種初創型企業。

截至目前，全球汽車系統中應用了超過1.9億片賽靈思車規級器件，其中超過7500萬片專門用于量產型 ADAS。

賽靈思汽車業務穩步增長

賽靈思在 ADAS 領域參與了很多行業標準的制定，其產品也是完全符合車規極的嚴酷要求，比如用在斯巴魯 EyeSight 上的 Zynq UltraScale+? MPSoC 系列就已通過 Exida 認證，符合 ISO 26262 ASIL-C 級的安全規范。產品可靠的質量，也是斯巴魯選擇賽靈思車規級器件的一大理由。

FPGA 在汽車行業的應用

之所以新一代 EyeSight 系統具備如此強大的功能，很大程度上要歸功于賽靈思具備適應技術與靈活應變的 FPGA 器件。

作為異構計算器界非常復雜的 SoC，FPGA 的門電路與存儲器之間的連線，可以由用戶通過燒入的配置文件來定義，而且這種燒入不是一次性的 。因此，它既解決了定制電路靈活性的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

目前汽車芯片分為主控芯片（Master control chip）和功能芯片（（Micro Control Unit），而主控芯片主要包括 GPU、FPGA 和 ASIC 。

GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理器）是通用型芯片，提供了多核并行計算的基礎結構，且核心數非常多，可以支撐大量數據的并行計算，擁有更高的浮點運算能力，更適合自動駕駛深度學習的運算。

但 GPU 硬件結構固定，不具備可編程性，運行深度學習算法能效低于 FPGA，而且管理控制能力弱，功耗高。

ASIC 根據產品的需求進行特定設計和制造的集成電路，能夠在特定功能上進行強化，具有更高的處理速度和更低的能耗。

但目前研發成本（開模成本）高昂，開發周期和驗證周期長，對于安全性能要求不斷變化的汽車市場，固化的 ASIC 并不能滿足這些要求，并且如果產品規模不夠大，單品成本也下不來。

FPGA 本質上是無指令、無需共享內存的體系結構，同時實現流水線并行和數據并行，可以達到比 GPU 更高的并發處理速度。作為半定制的硬件，它支持通過編程可定義單元配置和鏈接架構，具有較強的靈活性，可以適應相對更多種的算法。

不過，FPGA 行業技術壁壘相當高，一個 FPGA 公司相當于半個 IC 設計公司+半個軟件公司，硬件版圖及布線復雜，設計難度較大，軟硬協同再提研發難度，在生態上開發者人數較少，有能力進入 FPGA 領域的企業并不多。

也正因為該領域企業不多，相對 GPU、ASIC 等產品，FPGA 芯片利潤率相當高。中低密度百萬門級、千萬門級 FPGA 芯片研發企業利潤率接近50%，高密度億門級 FPGA 芯片研發企業利潤率近70%。

根據 《恒州博智信息咨詢 |半導體集成電路芯片市場分析報告》的數據，2019 年全球集成電路市場規模達到4376億美元；根據 Gartner 的數據，2019 年全球 FPGA 市場規模為69億美元。

雖然FPGA市場規模目前不算大，但隨著 FPGA 器件被廣泛用作5G 基站、汽車終端設備、邊緣計算設備的核心器件，下游市場確定性增量需求增加，市場規模將持續擴大，前景看好。

全球 FPGA 市場早期由美國兩大巨頭（賽靈思、Altera）高度壟斷，最近經市場一系列并購行為及初創團隊影響，國際市場第一梯隊陣營擴容，包括賽靈思、英特爾、Lattice、Microsemi、Achronix、Flexlogic、Quicklogic 等。

中國較知名的 FPGA 研發企業有紫光同創、高云半導體、安路科技、遨格芯微、復旦微電子、智多晶、京微齊力、聯捷科技、深維科技和傲睿智存等，目前技術與國際先進水平差距較遠。

在全球市場，賽靈思和英特爾（收購了第二大 FPGA 公司 Altera）合計占市場份額近 90%，其中賽靈思的市場份額56%，英特爾31%。中國 FPGA 市場中，賽靈思份額超過50%，英特爾份額接近30%。由于技術、資金、人才上的壁壘及 FPGA 量產帶來的規模效益，行業領導者地位較為穩定。

據 Willard Tu 介紹，FPGA 通過并行計算和同步處理，不但可以降低延遲，還可以使時鐘頻率更慢。更低的延遲對于需要實時進行做出反應的 ADAS 和自動駕駛至關重要；而降低時鐘頻率能帶來顯著的功耗下降，低功耗也意味著更少的熱負荷，對于安裝在擋風玻璃、車頂內襯和其它高環境溫度區域的器件更為有利。

因為 ADAS 和自動駕駛需要很多的創新和非常復雜的編程，而且也需要很多的時間做檢測和驗證，所以芯片的適應性非常重要。

賽靈思的FPGA器件大多采用引腳兼容的封裝，開發人員可以根據不同需求設計硬件，以承載低、中、高版本的 ADAS 功能包，并根據需要通過選擇所需的最小密度器件來縮放成本。

FPGA 器件還可以用相同的器件來服務多代的產品。而如果用 ASIC，換代產品需要開發全新的芯片，對于客戶來說是一個很大的隱性成本。

賽靈思 FPGA 還具備獨特的動態功能交換（DFX，Dynamic Function eXchange）功能，允許開發人員創建獨特的差異化處理解決方案，用一個 SoC 來提供兩個完全相互排斥的功能。

比如在斯巴魯汽車上，當處于高速公路駕駛模式時，賽靈思的車規級器件可以作為前置攝像頭設計，但是當處于低速模式時，斯巴魯可以將相同的器件重新編程，實現自動泊車/360°環視影像功能。

Willard Tu 認為，大部分對于 FPGA 劣勢的描述來自對成本的歷史成見，有些客戶可能會認為 FPGA 非常貴，不適用于量產。其實從90 nm 節點開始，賽靈思器件在汽車行業就已經極具成本效益，否則就不會有超過1.9億片賽靈思車規級器件在汽車行業獲得應用。

他表示：“如果賽靈思提供的這些功能沒有很好的性價比的話，斯巴魯肯定也不會選擇我們的器件來開發他們的 EyeSight 系統。”

在 ADAS 和自動駕駛領域，賽靈思的車規級器件目前不僅用于前置攝像頭，還用于電子后視鏡、激光雷達、長距離雷達、全景環視后視攝像頭、車艙內監控攝像頭及域控制器中。

對于未來的展望

對于在 ADAS 領域的未來，Willard Tu 充滿了信心：

賽靈思在前置攝像頭上面目前市場排名是第二位，預計前置攝像頭的功能在2020-2023年會成為一個標準的配置。而駕駛員監測系統和自動緊急制動，也是賽靈思關注的兩個熱門配置。

對于自動駕駛，他認為賽靈思在激光雷達方面做得非常好，幾乎占到了100%的市場份額。另外，他也十分看好使用無線電波的4D 成像雷達，其性能與激光雷達非常相似，分辨率低一些，也能提供點云，提供高度、速度、距離、角度等數據。

對于未來的研發，Willard Tu 表示，賽靈思已經開始意識到，從16納米到7納米再到5納米，制程的改進不一定是優化性能的最佳路徑。因此，賽靈思在7納米的節點上，開發了一個全新的 AI 引擎，通過深度神經網絡提升處理能力。

賽靈思的另一個技術方向是改進封裝技術，希望能夠提高散熱能力，以便將很多的處理器聚集在一起。不過，這種新技術不需要很多主動熱處理能力，因為這有可能會提高成本。

而對于斯巴魯 EyeSight 系統未來的發展，柴田英司表示：

2020年，斯巴魯將導入新一代 EyeSight 高級輔助駕駛系統；我們正在調查各種各樣的技術在各個城市的成本將是多少、性能將到達什么程度、對降低事故的效果有多少等。

到2025年，我們搭載的將是性價比最高的技術、傳感器。

不管怎樣，如何能實現駕駛員、行人等所有交通參與者的安全，是我們最重要的事。再將來，或許可能實現自動駕駛，但我認為首先實現駕駛員輔助技術的演進是最優先級的。
責任編輯：tzh