汽車上的電子設(shè)施非常多，隨著汽車變得更加智能并且逐步實(shí)現(xiàn)完全自動化，這些電子設(shè)備也會不斷的增加。

現(xiàn)在汽車上電子控制單元(ECU)的數(shù)量平均超過了40個，其中一些豪華汽車上集成了超過100個獨(dú)立的計(jì)算單元。隨著數(shù)字駕駛、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動駕駛汽車(AV)的出現(xiàn)，對于高質(zhì)量的人機(jī)交互界面(HMI)和自動駕駛功能的需求也呈現(xiàn)指數(shù)級增長，這種對于功耗需求的增加亟待解決，汽車系統(tǒng)對于電子設(shè)施功耗有著嚴(yán)格的預(yù)算范圍。

功耗需求的增加

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，汽車工程師協(xié)會(SAE)制定的駕駛水平圖表的每一級與下一級之間的處理能力可能會增加10倍。零級表示不帶有輔助駕駛功能，五級表示汽車可以在任何環(huán)境下實(shí)現(xiàn)自動駕駛。目前新款汽車都已經(jīng)具備了二級駕駛能力，當(dāng)然要實(shí)現(xiàn)完全自動駕駛還有很長的路要走。

圖：汽車工程師協(xié)會(SAE)制定的駕駛等級

汽車系統(tǒng)中許多傳統(tǒng)上不使用電子組件的部分都將采用電子設(shè)備，這就給汽車的功耗設(shè)計(jì)帶來了越來越大的挑戰(zhàn)。現(xiàn)在車輛中主要的子系統(tǒng)包括電動機(jī)管理單元、多媒體、加熱系統(tǒng)、通風(fēng)及空調(diào)(HVAC)設(shè)施、底盤電氣化、照明(外部和內(nèi)部)以及面向未來的應(yīng)用，比如自動駕駛(AV)，這些都會導(dǎo)致汽車功耗的增加。

看看汽車儀表盤本身，它采用12V電池驅(qū)動，但是沒有無限的發(fā)電能力。我們最近也看到一些大型SoC芯片的功耗范圍在100-300W，這也意味著這些芯片不會很快應(yīng)用到汽車的儀表盤系統(tǒng)中。

其中一個主要問題是溫度，面向全球市場而生產(chǎn)的汽車必須能夠在-40℃至150℃范圍內(nèi)正常工作，從寒冷的南北兩極到撒哈拉沙漠的酷暑。汽車內(nèi)部以及儀表盤的溫度可能遠(yuǎn)高于外部環(huán)境溫度，而且器件工作過程中也會不斷的發(fā)熱，如果功耗過大，超過了器件的溫度承受極限就會造成器件的不可靠性，甚至發(fā)生故障。

許多汽車廠商都在開發(fā)半自動化汽車，電子系統(tǒng)的功耗在100W以上，這對于系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)還好，但是將其投入到量產(chǎn)車中可能不得不增加昂貴的水冷系統(tǒng)，這會影響汽車的可靠性而且增加成本。

解決未來的功耗需求

我們來審視下SoC，尤其是GPU，有多種方法可以降低功耗。在過去十年中，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電源管理的復(fù)雜性急劇增加，因此電源不得不應(yīng)用到更大的SoC項(xiàng)目中，最大的影響是在架構(gòu)上看待這個問題，并從最高層次來解決它——這也是PowerVR多年來為移動市場所做的事情。

目前有多種技術(shù)可以應(yīng)用到SoC以及芯片核心中，比如時鐘門、功率門、保存和恢復(fù)特性、動態(tài)電壓和頻率縮放(DVFS)。SoC器件內(nèi)部的每個部分都被分割成不同的電源孤島，可以在使用的時候打開，不使用的時候關(guān)閉。執(zhí)行指令時高級器件可以打開SoC的相關(guān)部分，電源孤島還可以設(shè)置在不同的電壓軌道上，根據(jù)性能和功率要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。它們還會以較慢的速度進(jìn)行計(jì)時，在沒有完全加載時降低功耗。

電源架構(gòu)師面臨的問題之一是沒有關(guān)于如何處理電源管理的特定標(biāo)準(zhǔn)，因此SoC由來自不同廠商的多個核心組成，這意味著它可以具有一系列不同的電源管理方法，這些方法必須在體系結(jié)構(gòu)級別上進(jìn)行處理。

在GPU中除了前面提到的設(shè)計(jì)技術(shù)之外，還有很多方法可以降低功耗，其中一種是分塊延遲渲染技術(shù)(TBDR)，設(shè)備的本地內(nèi)存來存儲貼片內(nèi)容，這減少了外部內(nèi)存的帶寬，從而降低了功耗。

我們還有一系列壓縮技術(shù)來減少內(nèi)存帶寬，例如，在PowerVR中有三種壓縮技術(shù)：紋理、圖像和參數(shù)。這些有助于降低內(nèi)存使用帶寬和功耗。

隨著真彩色紋理在基態(tài)下占用大量的內(nèi)存，對其進(jìn)行紋理壓縮變得十分的必要。PowerVR有自己的紋理壓縮算法，我們稱為PVRTC，該技術(shù)可以大幅度降低紋理大小，從而減少內(nèi)存帶寬。

總結(jié)

隨著第4級和第5級自動駕駛所需的計(jì)算能力大幅提高，以及ECU在汽車內(nèi)的擴(kuò)展和功率預(yù)算的限制，功耗正成為SoC設(shè)計(jì)師面臨的關(guān)鍵問題。有了先進(jìn)的技術(shù)和分析工具的支持，這些復(fù)雜的電源管理問題可以很高效的來解決。

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