LiDAR點云的實時處理有時甚至超過100萬個數(shù)據(jù)點/秒,因此需要高水平的計算來加速點云深度學(xué)習(xí)算法。LiDAR 3D點云數(shù)據(jù)的處理是通過刪除不需要的數(shù)據(jù)、過濾相關(guān)數(shù)據(jù)和將點云劃分為片段等步驟進行預(yù)處理的,最后對特征進行識別和分類。
LiDAR系統(tǒng)的開發(fā)必須在ASIC或FPGA之間進行權(quán)衡。目前,大多數(shù)采用的ASIC都集中在模擬光子學(xué)方面,而不是數(shù)字信號處理。
NRE:研究、設(shè)計、開發(fā)和測試一個新產(chǎn)品或產(chǎn)品改進的一次性成本性能和功耗:功耗預(yù)算與芯片性能的關(guān)系上市時間成本芯片封裝尺寸
在提到汽車ASIC和FPGA時,人們會有一個固有觀念,但這些需要重新審視。車廠最好在為LiDAR應(yīng)用選擇ASIC或FPGA之前詢問芯片供應(yīng)商,因為很多固有觀念其實是有誤區(qū)的。一般這些固有觀念認(rèn)為ASIC會優(yōu)化性能、能效高、開發(fā)時間長/上市時間慢、可定制性低;FPGA價格太貴、功耗高、沒有針對應(yīng)用進行優(yōu)化、開發(fā)資源有限、只適用于研究/測試車輛,而不適合量產(chǎn)。
基于FPGA的解決方案
FPGA和基于FPGA的MPSoC(Multi-processor Systems-on-Chip)得益于并行處理架構(gòu),與CPU和GPU的串行架構(gòu)不同。FPGA的靈活性使它適合于需要經(jīng)常修改和升級的應(yīng)用和設(shè)備,而ASIC則更適合于永久性應(yīng)用。
FPGA提供了靈活性和差異化,以及低延遲、高吞吐量,也可以滿足快速上市時間。靈活性和適應(yīng)性在LiDAR領(lǐng)域很重要,因為為ADAS和AV系統(tǒng)的性能、標(biāo)準(zhǔn)和算法在不斷變化。例如,F(xiàn)PGA可以被配置和重新配置,以平衡電源效率和性能要求。
FPGA既能提供AI應(yīng)用所需的額外性能和處理效率,包括LiDAR點云處理,又能實現(xiàn)可編程性,從而有利于系統(tǒng)的靈活性、硬件復(fù)用、降低開發(fā)成本。
FPGA是一個有吸引力的選擇,特別是當(dāng)感知算法仍在開發(fā)中時,因為芯片可以隨著算法的開發(fā)而定制,并避免了昂貴的重新設(shè)計ASIC解決方案的可能性。
FPGA早前是作為加速器來增強基于CPU的SoC的性能。然而,F(xiàn)PGA正逐漸成為MPSoC的主要處理設(shè)備。
FPGA已經(jīng)從基本的可編程邏輯發(fā)展到復(fù)雜的SoC器件,其中包含多個嵌入式處理器、計算引擎、內(nèi)存和接口,所有這些都具有高能效。
以Xilinx解決方案為例,不同類別的FPGA如下:
FPGA:Artix-7系列,Kintex-7系列
SoC:Zynq-7000系列
MPSoC - Zynq UltraScale+ MPSoC
RFSoC - Zynq UltraScale+ RFSoC
ASIC解決方案
許多開發(fā)者選擇了ASIC,是作為提高集成度、降低成本和功耗的一種手段。與GPU和FPGA相比,典型的ASIC解決方案往往具有更高的效率、更小尺寸以及更低的功耗。LiDAR開發(fā)者還必須權(quán)衡ASIC的漫長開發(fā)周期和缺乏靈活性的問題。
ASIC是一種芯片解決方案,為特定的目的而設(shè)計,不能被重新編程或修改以執(zhí)行其他功能或其他應(yīng)用。ASIC被設(shè)計為用于特定的功能,而且只是這個特定的功能。
隨著功能的成熟和規(guī)模的增加,就可以開發(fā)ASIC來降低成本和功耗。為某一特定功能設(shè)計和構(gòu)建專用的ASIC并非沒有潛在的隱患,因為它們不能被重新編程,并且需要持續(xù)的NRE投資。開發(fā)一款A(yù)SIC需要具有專業(yè)知識的設(shè)計團隊來設(shè)計、測試和驗證,這可能會增加整個項目的成本和幾個月的開發(fā)時間。
一個ASIC通常是適合大眾市場、大批量的設(shè)計,特別設(shè)計的需要。它比FPGA的能效更高,當(dāng)大批量應(yīng)用時更具成本效益,ASIC的單位成本通常低于FPGA。ASIC的封裝尺寸也比FPGA小得多。
由于其固有的設(shè)計靈活性,工程師可以改變FPGA內(nèi)的電路,以應(yīng)對汽車LiDAR系統(tǒng)的流體設(shè)計和性能要求。從下面的時間軸可以看出,與基于ASIC的設(shè)計相比,F(xiàn)PGA解決方案在汽車生產(chǎn)LiDAR處理應(yīng)用中占了大多數(shù)。
Innoviz是唯一一家在量產(chǎn)車型中采用ASIC的公司,該公司還在內(nèi)部設(shè)計了MEMS模塊、硅探測器和名為Maui的信號處理ASIC等關(guān)鍵系統(tǒng)部件。寶馬將采用Innoviz的LiDAR技術(shù),由Magna提供系統(tǒng)集成。Innoviz聲稱,內(nèi)部設(shè)計關(guān)鍵部件,而不是使用現(xiàn)成的商品部件,提供了可保護和可持續(xù)的技術(shù)差異化,可區(qū)別于競爭對手或替代技術(shù)。Innoviz認(rèn)為,汽車LiDAR進入市場的重要障礙之一是大批量制造緊湊而復(fù)雜的傳感產(chǎn)品的工藝和技術(shù)。
Innoviz的16納米Maui信號處理ASIC如下:
控制激光脈沖的發(fā)射,使其從場景中的物體上反射并返回被探測器收集。
接收和處理來自探測器的模擬信號,并創(chuàng)建從LiDAR輸出的點云。
控制MEMS鏡的邏輯,以保持正確的掃描模式,這是可以通過軟件配置的,并保持各個反射鏡之間的同步,這對LiDAR的性能非常重要。
Maui包括過濾噪聲(如環(huán)境光)和提取信號的技術(shù),這對LiDAR的性能至關(guān)重要。
Maui還包括硬件和CPU內(nèi)核,以滿足功能安全和ISO26262需求。