Rivoluzione al volante

Uno degli aspetti più emozionanti del settore automotive è il ritmo crescente dell’espansione delle funzionalità e delle applicazioni per conducenti e passeggeri, rese possibili dalla sempre maggiore adozione della tecnologia informatica. Gli ingegneri automobilistici condividono tutti lo stesso semplice obiettivo: creare automobili più ecologiche, più sicure, più connesse e più divertenti.

Oltre alle principali tendenze di mercato, esistono anche dei cambiamenti fondamentali (vedi Figura 1). I cicli di sviluppo si stanno abbreviando. I veicoli stanno attraversando evoluzioni significative, con la rapida introduzione di tecnologie che permettono di realizzare soluzioni di intrattenimento e connettività avanzate, guida automatizzata e prestazioni di sicurezza, oltre a tecnologie che sfruttano le energie alternative. Le prestazioni rese possibili da elettronica e software avanzati stanno diventando sia elementi indispensabili sia fattori di differenziazione fondamentali. Il volume e la complessità dell’elaborazione dati nei veicoli sono aumentati di un ordine di grandezza in pochi anni.

Figura 1: tendenze del settore automotive.

Recenti ricerche di mercato confermano che le richieste dei consumatori si sono evolute sensibilmente negli ultimi anni, specialmente, per quanto riguarda le nuove tecnologie. Tra le nuove richieste c’è anche uno «stile di vita connesso» al posto di guida, la possibilità di personalizzare il cruscotto e un’esperienza di guida più sicura e più protetta (Figura 2).

Figura 2: come cambiano le motivazioni di acquisto di una vettura.

Queste tendenze di mercato sono riportate in Figura 2 e mostrano l’aumento del ritmo di implementazione delle tecnologie nei veicoli. La Figura 3 mostra le previsioni di crescita del numero e della complessità dei semiconduttori utilizzati per realizzare un’automobile.

Figura 3. Sempre più elettronica e semiconduttori nelle automobili.

Processori & Automotive

I processori automotive sono diventati un elemento fondamentale per realizzare veicoli più intelligenti, più sicuri e connessi. In pratica, esiste una correlazione diretta fra la capacità di un OEM (Original Equipment Manufacturer) di supportare le prestazioni richieste dai propri clienti nelle nuove automobili e le funzionalità dei processori automotive, come mostrato in Figura 4.

Le funzionalità dei processori automotive includono:

• L’integrazione di caratteristiche automotive con piattaforme software per ottimizzare la distinta base dei componenti necessari (EBOM, electronic bill of materials).
• La fornitura di un’architettura eterogenea per migliorare le convergenze, la sicurezza, la protezione, la potenza e le prestazioni, nonché la possibilità di supportare nuovi casi d’uso nel settore automotive.
• La differenziazione per quanto riguarda la capacità di elaborazione delle immagini, dei segnali e della visione.

L’industria automobilistica ha fatto grandi passi in avanti per raggiungere l’ambizioso obiettivo di integrare i sistemi connessi di infotainment sui veicoli (IVI, in-vehicle infotainment), i quadri strumenti digitali configurabili e un gran numero di tecnologie che rientrano nella categoria dei sistemi informativi avanzati di assistenza al conducente (InfoADAS, informational advanced driver assistance system) all’interno di una singola centralina elettronica (ECU, electronic control unit) per creare un’esperienza di guida più sicura ed esclusiva. Texas Instruments (TI) ha investito più di un decennio nei processori automotive «Jacinto» e nei numerosi chip «companion» analogici a sostegno di questa tendenza (Figura 5).

Figura 4. I processori per automotive devono implementare sempre nuove funzionalità.

Il percorso di TI a sostegno della rivoluzione al volante dell’automobile

Progettati per la sicurezza e l’affidabilità in ambito automotive, i processori automotive «Jacinto 6» di TI rappresentano un primo passo per aiutare a ridefinire la tradizionale architettura dei processori infotainment. I dispositivi «Jacinto 6» integrano un maggior numero di caratteristiche all’interno del processore senza compromettere le prestazioni, in modo da spianare la strada a un’esperienza sul veicolo senza eguali.

«Jacinto 6» aggiunge ulteriori funzionalità di elaborazione dati in tempo reale alle tradizionali caratteristiche IVI, migliorando l’esperienza del conducente nei seguenti modi:

• Miglioramento del processore di segnale digitale (DSP) e dei motori di elaborazione della visione.
• Introduzione del kit di sviluppo software (SDK) InfoADAS, che offre una struttura già pronta per il settore automotive per l’abilitazione dell’integrazione di algoritmi ADAS all’interno dell’SDK di infotainment.

Per portare la propria idea di ADAS e di digital cockpit integrato alla fase successiva, TI ha messo in mostra numerose dimostrazioni di sistemi reali in esecuzione su singoli processori «Jacinto 6» al Consumer Electronics Show (CES) nel 2015, nel 2016 e nel 2017, dimostrando come l’esclusiva architettura eterogenea di «Jacinto 6» sia in grado di offrire scalabilità e supporto per più applicazioni al posto di guida, comprese quelle che richiedono sicurezza, come i quadri strumenti digitali configurabili, in modo da fornire le prestazioni richieste: avvio rapido, sistema operativo di alto livello (HLOS, high-level operating system), separazione di sicurezza del SO e integrazione con la console del veicolo a un costo di sistema ottimale (Figura 6).

Figura 5. Applicazioni di digital cockpit supportate da processori «Jacinto» di TI.

Figura 6. Architettura eterogenea: non esiste una soluzione unica a tutto.

Dispositivi «Jacinto 6 Plus»: creati pensando al digital cockpit

Il software è fra i maggiori investimenti per i costruttori/gli OEM Tier 1 ed è anche il pilastro alla base della differenziazione. Sulla base di questi concetti, il dispositivo «Jacinto 6 Plus» di TI estende l’affidabile e la collaudata architettura di «Jacinto 6», utilizzando sia core con prestazioni superiori che funzionalità supplementari. Questa combinazione contribuisce agli obiettivi di TI di proteggere gli attuali investimenti software e di rendere praticabili le tendenze del settore verso una maggiore integrazione senza che ciò comprometta le prestazioni e il time to market.

La scalabilità dei dispositivi «Jacinto 6 Plus» offre i seguenti vantaggi:

• Facilita il riutilizzo dell’hardware e del software già esistenti, senza altre modifiche che non siano gli upgrade del sistema per instradare le telecamere esterne e connettere display aggiuntivi ai processori.
• Consente di realizzare funzionalità di tipo head-unit e l’innovativa manipolazione dei dati analitici/dell’immagine, oltre a funzionalità per domini/sistemi operativi multipli.
• Offre la possibilità di integrare più funzionalità su un singolo SoC (system-on-chip) su ciascuno dei domini infotainment, veicolo e conducente, con una solida implementazione dell’hypervisor a supporto di più macchine virtuali e della condivisione dell’unità di elaborazione grafica (GPU).
• Permette di ridurre il time to market sfruttando la stessa solida e collaudata architettura di «Jacinto 6», compresi DSP e acceleratori EVE (embedded vision engine).
• Supporta innovazioni a costo ridotto integrando diversi protocolli Internet (IP), compresi ISP (Image Signal Processor) per telecamere «raw», porte CSI-2 (Camera Serial Interface) e CAN-FD (Controller Area Network-Flexible Data Rate), che rendono possibile una minore EBOM del sistema e supportano la futura generazione di interfacce.

I SoC «Jacinto 6 Plus» presentano una strategia a doppio package. Gli attuali clienti di «Jacinto 6» possono effettuare facilmente l’upgrade del proprio hardware attuale e ottimizzare la BOM del sistema integrando al tempo stesso telecamere e caratteristiche di visualizzazione dell’area circostante con un impatto minimo sull’hardware oppure sfruttare al massimo i vantaggi delle funzionalità di «Jacinto 6 Plus» e le relative prestazioni per caratteristiche avanzate, come il display heads-up (HUD) a realtà aumentata (AR), Figura 7.

Figura 7. Caratteristiche SoC e miglioramenti prestazionali di «Jacinto 6 Plus».

Il SoC di «Jacinto 6 Plus» è inoltre la soluzione ottimale per quanti non conoscono la piattaforma «Jacinto 6» e che desiderano una tecnologia affidabile, solida e collaudata per progettare sistemi di digital cockpit senza compromettere il time to market, grazie alla maturità dell’ambiente hardware e software e al ricco ecosistema «Jacinto».

Il digital cockpit integrato

Presto gli automobilisti non si affideranno soltanto ai tradizionali quadri strumenti e alla console centrale per ottenere informazioni affidabili sul veicolo e sulla sicurezza e per accedere a mappe e dispositivi multimediali, ma si aspetteranno anche contenuti più complessi, tra cui una scelta di opzioni multimediali da qualsiasi fonte, navigazione in 3D, ADAS e visualizzazioni in AR con la possibilità di modificare dimensioni, forma e colore a seconda dell’attività da svolgere, il tutto riunito senza soluzione di continuità in display multipli ad alta definizione.

Caratteristiche ergonomiche in grado di migliorare ulteriormente la loro attenzione e concentrazione sulla strada, inclusa la realtà aumentata con HUD, che consentano di mostrare informazioni di guida rilevanti direttamente nel loro campo visivo.

Informazioni rilevanti e contenuti per la sicurezza in base alle attuali situazioni di guida, visualizzate nel campo visivo centrale per spianare la strada alla guida autonoma.

Qualsiasi nuova tecnologia che gli OEM intendano utilizzare deve essere conforme alle norme di qualità e affidabilità nel settore automotive (ad esempio, AECQ100, ISO 26262, ASIL-B ecc.), rispettando al tempo stesso un budget rigoroso. Analogamente, gli automobilisti continueranno a spingere per ottenere di più spendendo meno: una migliore percezione delle condizioni della strada e il monitoraggio di ogni angolo del veicolo diventeranno standard, così come una più ricca esperienza utente sfruttando approcci sempre più connessi nel posto di guida.

Queste esigenze rafforzeranno la necessità di integrazione con la ECU che, a un certo punto, risulterà indispensabile per offrire queste caratteristiche a un costo ragionevole. Un SoC su misura che soddisfi le qualifiche e i requisiti di sicurezza del settore automotive rende possibile la scalabilità del software e una maggiore efficienza di ricerca e sviluppo e fornisce le prestazioni necessarie, mentre la differenziazione diventerà ancora più fondamentale per sostenere le tendenze del mercato nel settore automotive (Figura 8).

Figura 8. L’integrazione della ECU sta diventando indispensabile.

La vera sfida non sarà semplicemente fornire ulteriori DMIPS (Dhrystone million instructions per second) su una generica unità a microprocessore (MPU), GFLOPS (Giga floating-point operations per second) su una GPU o funzionalità multimediali migliorate, ma ottenere anche il giusto equilibrio fra queste misure e

• il supporto per casi d’uso più complessi che coinvolgano funzionalità multi-OS/multi-domain/multi-display.
• il necessario isolamento dei diversi domini per supportare vari livelli di integrità di sicurezza automotive (ASIL, Automotive Safety Integrity Level) e requisiti di sicurezza.
• le funzionalità analitiche di visualizzazione dei SoC, che dovranno offrire la scalabilità dal livello base al livello premium su una singola piattaforma software.

Realizzare questa combinazione richiederà non soltanto un’ulteriore spinta alle prestazioni dei dispositivi, ma anche architetture ridefinite e adattate per supportare i sempre più esigenti casi d’uso dei digital cockpit integrati. Questi requisiti si intersecano con la visione e la strategia di TI di guidare il futuro dei SoC per digital cockpit nell’automotive.
A cura di Cyril Clocher, Asia Marketing Manager Automotive processors, Texas Instruments.