L’approccio allo sviluppo di nuovi modelli di veicoli elettrici sta diventando sempre più simile allo sviluppo dei nuovi smartphone: estremamente rapido e con l’innovazione nelle tecnologie per i display, le fotocamera e video in primo piano. Ciò richiede prodotti FPGA in grado di soddisfare i requisiti per una gamma crescente di funzioni di bridging video e di elaborazione delle immagini. Approfondiamo l’argomento riprendendo un articolo di Danny Fisher, Direttore marketing internazionale di GOWIN Semiconductor.
Se l’auto è come uno smartphone
Nel settore automotive, con la transizione ormai avanzata dai motori a combustione interna (ICE) alle trasmissioni elettriche, le basi concorrenziali stanno attraversando profondi cambiamenti. Nel vecchio mondo automobilistico, la trasmissione era il fattore principale che distingueva un segmento da un altro: i consumatori conoscevano le differenze in termini di costo e appeal tra, ad esempio, un’auto compatta con un motore a benzina da 1 litro, una berlina familiare con un motore diesel da 2 litri, e un modello ad alte prestazioni con motore a benzina turbocompresso da 4 litri. Al contrario, non esiste una tale gerarchia tra le trasmissioni elettriche e, in questo comparto, il focus della concorrenza è incentrato su altri fattori: stile, autonomia e, soprattutto, la cosiddetta esperienza “in-cabin”.
Potendo scegliere, sembra che gli acquirenti di automobili desiderino che le funzionalità di informazione, intrattenimento, interfaccia utente, audio e display dell’auto rispecchino quelle dei dispositivi informatici che utilizzano all’esterno dell’auto e assomiglino soprattutto a uno smartphone.
Questo passaggio a una filosofia di design in cui l’auto viene considerata uno smartphone su ruote è fortemente simboleggiato dal lancio nel 2024 della prima auto di Xiaomi, produttore di smartphone e dispositivi di consumo di fama mondiale, la SU7. In uno smartphone, tuttavia, la resa dei contenuti video e dell’interfaccia utente è limitata all’area disponibile in un unico, piccolo schermo; in un’auto è possibile visualizzare informazioni e contenuti di intrattenimento su più schermi di diverse dimensioni, formati e risoluzioni.
Nuovi requisiti di progettazione e programmazione
Nel nuovo mercato dei veicoli elettrici, le funzioni che l’auto è chiamata a svolgere (al di là della funzione basilare della mobilità) sono quindi sempre più simili a quelle di uno smartphone: comunicazione con persone e cose, intrattenimento audio e video, navigazione, ricerca su Internet, abilitazione all’uso di app come fogli di calcolo e documenti ecc. I produttori di automobili sono ormai consapevoli che i design più efficaci per supportare questa gamma di funzioni simili agli smartphone sono basati su un hardware simile agli smartphone: i sistemi di infotainment automotive utilizzano sempre più piattaforme di elaborazione applicative prese in prestito dal mondo degli smartphone, come i prodotti Qualcomm® Snapdragon® o la serie di SoC Dimensity 8000 di MediaTek. Questi SoC supportano facilmente l’implementazione di prodotti di emulazione di smartphone come i software companion Apple® AirPlay® o Android Auto™.
L’architettura di questi SoC per smartphone non è però interamente compatibile con la configurazione hardware del nuovo design degli abitacoli. L’output per display dei SoC è ottimizzato per un singolo schermo di piccole dimensioni: questa uscita è generalmente un segnale HD integrato in un’interfaccia MIPI DSI® o DisplayPort (eDP) embedded.
Con la forte concorrenza nel mercato dei veicoli elettrici che spinge l’innovazione del design degli abitacoli, i produttori stanno integrando display sempre più grandi nelle vetture: la console centrale, il quadro strumenti virtuale con rendering digitale, il display head-up olografico di fronte al conducente, display 4K sul retro dei poggiatesta dei sedili anteriori, un display 4K centrale sospeso dal tetto per i passeggeri. Questi display presentano una varietà di specifiche per la risoluzione e la frequenza di aggiornamento e sono di varie dimensioni e proporzioni. Un SoC per smartphone con un solo DSI e un’interfaccia eDP non può soddisfare i requisiti dei quattro o più diversi display nell’abitacolo degli ultimi modelli di veicoli elettrici. Ciò richiede nuove soluzioni per collegare l’output del SoC agli input di più display.
La sfida ingegneristica è ulteriormente complicata dal desiderio dei consumatori di utilizzare all’interno dell’auto contenuti e app presenti sugli altri dispositivi. Per questo motivo, assistiamo ora alla tendenza di aggiornare le porte USB presenti nella parte anteriore e posteriore dell’auto dalle specifiche USB 2 a quelle USB 3, integrando il nuovo formato di connettore USB Type-C®. In particolare, ciò consente ai passeggeri dei sedili posteriori di trasmettere contenuti 4K da un tablet, un computer portatile o uno smartphone al grande display centrale posteriore sospeso dal tetto tramite un’interfaccia DisplayPort-over-USB Type-C. Può anche consentire l’estensione del display di un computer portatile per aumentare il valore dell’abitacolo come spazio di lavoro per un passeggero posteriore. Allo stesso tempo, il display centrale posteriore deve ancora fornire un’interfaccia al SoC di infotainment dell’auto come sorgente di contenuto predefinita quando non è collegato alcun dispositivo USB Type-C.
I produttori di automobili devono quindi individuare un modo per colmare il gap tra le uscite per display limitate del SoC di uno smartphone e i requisiti di input di display multipli dell’auto, fornendo allo stesso tempo alte velocità di segnale USB 3, LVDS e MIPI D-PHY o C-PHY. Devono inoltre essere in grado di rispondere rapidamente ai cambiamenti nella domanda dei consumatori e di riprodurre i design dell’hardware con il minimo sforzo possibile in termini di sviluppo.
Gli FPGA nei nuovi design di interfaccia utente nelle auto
In questi casi, gli FPGA rappresentano la soluzione ideale: come ben sanno i produttori di apparecchiature e server per le telecomunicazioni, gli FPGA sono in grado di implementare interfacce ad altissima velocità che operano a velocità di segnale elevate. Nelle apparecchiature di rete, gli FPGA sono ampiamente utilizzati per fornire interfacce conformi alle più recenti specifiche di standard come PCIe o Ethernet.
Essendo un dispositivo programmabile, un FPGA offre la flessibilità di modificare rapidamente i design in risposta ai cambiamenti nelle specifiche di progettazione senza richiedere una modifica al design della scheda. Si tratta di un importante vantaggio nel mercato dei veicoli elettrici odierno, in cui i cicli di sviluppo del prodotto sono notevolmente più brevi rispetto a quando l’integrazione e l’assemblaggio di complesse e difficili trasmissioni alimentate a benzina o diesel rallentavano l’intero processo di sviluppo del nuovo prodotto.
La proposta di GOWIN Semiconductor
Nelle vesti di più grande produttore di FPGA con attività di progettazione e ingegneria basate in Cina, GOWIN Semiconductor offre un approccio diverso riguardo a questa crescente domanda del mercato. I produttori di veicoli elettrici in Cina sono sempre ormai considerati leader del settore a livello globale: si prevede che le innovazioni progettuali e le soluzioni tecnologiche sviluppate per i veicoli elettrici in Cina saranno adottate nei nuovi design di auto in fase di sviluppo altrove nell’Asia orientale, così come in Europa e negli Stati Uniti. I rapporti di GOWIN con i principali produttori di veicoli elettrici in Cina hanno plasmato il suo approccio allo sviluppo del prodotto. Questo approccio sta portando allo sviluppo di nuove soluzioni per collegare gli output del SoC, che attualmente sono disponibili in formati idonei solo per i display degli smartphone, a input idonei anche per i display automobilistici.
Ciò ha portato all’introduzione di una nuova famiglia di prodotti FPGA di livello automobilistico per soddisfare i requisiti applicativi, tra cui:
Uscite display multischermo con trasmissione del segnale su cavi più lunghi. Un singolo SoC di infotainment derivato da una piattaforma smartphone offre in genere uscite video limitate. Nei nuovi abitacoli delle auto, con molti display, questa uscita deve essere collegata ai display sia nella parte anteriore sia posteriore del veicolo, convertendo potenzialmente il segnale in formato MIPI o LVDS (vedere Figura 2).
Estensione dello schermo: gli output dell’interfaccia USB Type-C di un tablet o di un computer portatile devono essere convertiti in un formato MIPI o LVDS che un display automobilistico di grandi dimensioni può gestire (vedere Figura 1). Quando non è collegata alcuna sorgente video esterna, a questi schermi viene automaticamente fornita la sorgente video del SoC predefinito. Ciò richiede una combinazione di funzioni logiche (per la selezione della sorgente), bridging (ad esempio da MIPI D-PHY a LVDS) ed elaborazione video (ad esempio per lo scaling dell’immagine visualizzata).
Prodotti FPGA dedicati per le nuove applicazioni di bridging
La categoria di prodotti FPGA è in generale idonea per questi tipi di applicazioni di elaborazione delle immagini. Ma in risposta alla domanda dei produttori di veicoli elettrici con sede in Cina, GOWIN Semiconductor ha sviluppato nuovi prodotti per il settore automobilistico, tutti dedicati a queste applicazioni, in un modo o nell’altro. Questi includono:
- GW5AT-15 e GW5AT-60: FPGA transceiver-rich che includono interfacce MIPI C-PHY e D-PHY cablate che offrono throughput fino a 5,7 Gbps, un’interfaccia USB Type-C e funzionalità SerDes fino a 12,5 Gbps
- GW2A-LV18 con (nelle sue versioni per il settore automobilistico) MIPI D-PHY e funzionalità LVDS fino a 1,0 Gbps
Tutti i prodotti FPGA automobilistici di GOWIN Semiconductor sono supportati dall’ambiente di progettazione FPGA GOWIN EDA® completo, certificato per la conformità allo standard di sicurezza funzionale ISO 26262.
Potrebbe interessarti anche:
Veicoli elettrici e come progettarli: un ebook da Mouser e NXP
