Voiture autonome: le rôle essentiel de l'informatique adaptative
Avec l'avènement des véhicules électriques, plus innovants et de plus en plus basés sur l'intelligence artificielle, l'intelligence automobile, les systèmes de sécurité automobile et d'infodivertissement passe par une phase de transformation profonde. Les constructeurs automobiles intègrent de nouveaux composants technologiques et des solutions basées sur les données dans les voitures, mais devant gérer le confinement des coûts et des limites de l'espace et de l'efficacité énergétique.
Dans le même temps, la prolifération croissante de capteurs et de processeurs pousse la demande de technologies intégrées caractérisées par des architectures adaptatives et polyvalentes qui doivent être en mesure de nourrir des systèmes de haute fiabilité, de gérer et d'interconnecter de grands volumes de données automobiles à faible latence, de faire une consommation réduite, de prendre en charge les algorithmes de complexité croissants et de satisfaire les standards technologiques automobiles ainsi que les exigences de sécurité fonctionnant dans les évolutions constantes.
Les trois piliers de la voiture connectée
En analysant le plus grand contexte, les perspectives actuelles de la voiture connectée peuvent être distinguées dans trois catégories principales:
- Guide automatisé,
- Systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS)
- Expérience à bord du véhicule (IVX).
La classification de l'automatisation de la conduite comprend à son tour six niveaux distincts, allant du niveau 0 (L0), lié au contrôle manuel entièrement du véhicule, jusqu'au niveau L5, qui représente une automatisation complète. Le passage crucial se produit entre le niveau L2, où les caractéristiques automatisées sont présentes, mais le contrôle ultime reste pour le conducteur, et le niveau L3, dans lequel il s'agit du système automatisé responsable de tout dysfonctionnement s'il est activé.
Robotaxi et camions autonomes: l'avenir commercial
Les caractéristiques de conduite automatisées (L3 et Superior) sont généralement utilisées dans les applications commerciales, pas encore disponibles sur le marché de la consommation. Les robotaximes et les camions autonomes représentent des exemples concrets de véhicules L4-L5, qui nécessitent des systèmes informatiques caractérisés par une fiabilité extrême, des performances élevées et une efficacité énergétique optimale.
Alors que le Robotaxi catalyse l'attention des médias, le secteur autonome des camions offre des perspectives intéressantes, car elle répond à la demande croissante de transport de marchandises dans un contexte de manque de conducteurs professionnels.
Un cadre réglementaire est déjà en cours de développement qui permettra la circulation des véhicules L4 dans certaines sections de la «ceinture de soleil», le couloir qui relie les côtes orientales et occidentales des États-Unis.
ADAS: sécurité et assistance avancée
Il existe de nombreuses innovations qui se concentrent au niveau L2, avec des véhicules qui gèrent la direction, l'accélération et le freinage, sous la supervision constante du conducteur. Dans ce contexte, il existe des systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS), qui signalent certains scénarios à l'aide de capteurs avancés et peuvent intervenir temporairement en prenant le contrôle du véhicule.
Parmi les fonctions ADAS – de plus en plus répandues et visant à augmenter le niveau de sécurité – ils comprennent:
- La détection des angles morts (BSD),
- Le régulateur de vitesse adaptatif (ACC)
- L'assistance de maintien de la voie (LKA).
Ces technologies développent les données acquises par les capteurs sur les panneaux pour signaler les dangers potentiels pour le conducteur ou pour détecter les états de distraction ou de fatigue par le biais de systèmes de surveillance du conducteur et du compartiment de passagers. Ils fournissent également une assistance dans des scénarios tels que le stationnement et la circulation congestionnée, même pour remplacer le conducteur pour empêcher les collisions grâce à des caméras avancées, des radars et des capteurs Lidar (détection de lumière et allant).
IVX: L'expérience à bord de la voiture du futur
Le troisième aspect de la voiture connectée est représentée par Expérience dans les véhicules (IVX)qui, en plus de prévenir la fatigue et de promouvoir la concentration, partage en continu des informations sur la navigation, l'état de maintenance du véhicule et les mises à jour de la circulation, aidant à améliorer l'expérience et la sécurité du conducteur.
Les véhicules électriques représentent un tournant fondamental dans ce sens devant garantir la productivité ou le divertissement lors des arrêts pour charger le véhicule. L'IVX transcende cependant la simple expérience de conduite: son application s'étend à l'ensemble du compartiment de passagers et implique tous les occupants avec des systèmes de divertissement de plus en plus sophistiqués allant de la vidéo en streaming aux jeux en ligne, jusqu'aux systèmes audio personnalisés pour chaque siège, déterminant des exigences plus élevées en termes de capacité de traitement et de connectivité à bord.
Norme de sécurité et de fiabilité intégrée
L'élément crucial de la conduite autonome et des fonctions ADAS est de garantir une sécurité maximale du conducteur et des passagers. Toutes les parties intéressées – producteurs, fournisseurs, opérateurs et usagers de la route – nécessitent les normes de fiabilité les plus élevées. Cependant, le processus d'agrégation, de prétraitement et de distribution des données (DAPD), qui comprend la collecte, le transport et le traitement des informations des capteurs pour déterminer les actions appropriées du véhicule, présente des défis techniques complexes en termes de disponibilité de la bande passante, de l'efficacité énergétique, des performances et de la fiabilité sensorielle.
Un cas emblématique est représenté par le système de freinage d'urgence automatique, dans lequel les capteurs détectent un danger imminent et partagent ces informations avec l'ordinateur de panneau, qui communique au système la manœuvre la plus appropriée à effectuer, dans ce cas l'arrestation immédiate du véhicule.
Les tests et les certifications de sécurité doivent être rigoureux pour s'assurer que ces systèmes fonctionnent correctement, maintiennent une connectivité et une puissance adéquates et sont protégés contre les menaces informatiques potentielles. Cela implique que la technologie mise en œuvre doit se conformer aux tests de qualité (AEC-Q100) et aux spécifications de sécurité (ISO 26262).
Informatique adaptative et logique programmable
Le matériel du traitement adaptatif, basé sur Logique programmable (PL)peut être programmé et reprogrammé à plusieurs reprises après l'implémentation sur le terrain pour effectuer un large éventail de fonctions et évoluer avec l'environnement environnant. Grâce aux compétences de traitement parallèles, ces systèmes sont en mesure de traiter plus de tâches et de flux de données rapidement et efficacement.
Les dispositifs basés sur PL sont donc particulièrement adaptés aux véhicules avec des fonctionnalités automatisées qui ont besoin de silicium adaptatif caractérisé par une faible latence, une consommation réduite et une forte fiabilité pour les données agrégées, traitées et distribuer des données des capteurs.
De plus, le SOC adaptatif basé sur PL est qualifié selon les tests AEC-Q100 et répond aux exigences ASIL-D de la norme ISO 26262.
Automatisation, IA et architectures hétérogènes
Avec la transition vers la conduite hautement automatisée et complètement autonome, les véhicules s'appuieront en grandissant sur des capteurs et des contrôleurs avancés équipés de compétences d'apprentissage automatique. La performance du traitement de l'intelligence artificielle et des architectures de calcul hétérogène sera fondamentale pour le processus de prise de décision en temps réel dirigé par l'IA.
Les appareils PL, en particulier les FPGA, joueront un rôle décisif dans les compétences du traitement et de l'intelligence adaptatifs à bord des véhicules nécessaires pour soutenir les fonctionnalités automatisées, ADAS et IVX de prochaine génération qui, par conséquent, visent à enregistrer la croissance exponentielle dans les années à venir.
Les projections indiquent, pour la seule zone d'infodivertissement, un doublement des performances tous les deux ou trois ans, en considérant le processeur, le GPU et l'affichage graphique. Pour répondre à ces exigences de performance croissantes, il sera nécessaire d'élargir l'espace de traitement disponible pour s'adapter aux charges de travail supplémentaires distribuées sur le véhicule pendant tout le cycle de vie.
Aux voitures définies par le logiciel
Les contraintes relatives à la taille, aux coûts et à la consommation d'énergie, combinées à l'aspiration à mettre en œuvre des véhicules définis par le logiciel, dirigent la conception automobile vers l'adoption d'architectures informatiques plus centralisées, visant à consolider les fonctions de conduite automatiques, ADAS et IVX et réduisant la complexité. Les fabricants favorisent les configurations dans lesquelles l'intelligence est stratégiquement divisée entre le bord du contrôleur et celles du secteur / zonal, abandonnant le modèle basé sur de nombreux sous-systèmes intelligents.
Par exemple, au lieu d'équiper chaque capteur de sa propre unité de microcontrôle (MCU), la centralisation du traitement dans un domaine ou un contrôleur zonal peut optimiser le traitement des données sensorielles. Cette approche vous permet de réduire la complexité des capteurs et du câblage, le coût du système et la consommation d'énergie. Avec le temps, les technologies de qualification deviendront plus accessibles et les fonctions de sécurité avancées et l'IA, telles que l'assistance au stationnement et le guide automatisé de l'autoroute, atteindront le marché de masse.
Un avenir d'efficacité et d'évolutivité
Avec l'avènement de cette évolution, les fabricants se retrouveront confrontés à un défi en termes de calcul et de compétences en gestion de l'énergie, devant mettre en œuvre des appareils qui combinent des performances élevées, une latence minimale et une consommation contenue, conformément aux normes de sécurité opérationnelles avancées.
Au lieu de mettre en œuvre plusieurs solutions de calcul, qui accentueraient les problèmes de consommation d'espace et d'énergie, les architectures hétérogènes offrent une solution à puce unique pour toutes les phases d'un système de conduite automatisé: détection, planification et action.
C'est là que les appareils SOC adaptatifs entrent en jeu. Les signaux de capteurs tels que les caméras, le radar et le lidar sont acquis via les blocs d'E / S programmables et envoyés directement au Logique programmable pour un traitement à faible latence spécifique pour chaque capteur. Cette approche offre une plate-forme flexible pour mettre en œuvre des algorithmes innovants de Fusion du capteur Avant l'élaboration de la perception et de l'inférence dans les moteurs IA, garantissant l'évolutivité nécessaire pour soutenir les exigences du système L2 / L2 +, L3 et L4, où la redondance est fondamentale.
Convergence entre le matériel et les logiciels
En plus du rôle de l'informatique d'adaptation, l'avenir des technologies intégrées pour l'automobile semble particulièrement rose, avec un rythme d'innovation qui continue de rester soutenu. Que c'est CPU, GPU, FPGA, SOC adaptatif ou APU Les concepteurs intégrés, les concepteurs et les voitures nécessitent une architecture qui intègre des sous-systèmes d'intelligence scalaire, graphique, artificiel et programmable pour permettre la mise à jour des projets système flexibles et adaptables pendant tout le cycle de vie du véhicule.
Afin de garantir que la sécurité des conducteurs et des passagers reste la priorité absolue lors de la mise en œuvre de fonctionnalités de plus en plus automatisées et autonomes, les constructeurs automobiles doivent collaborer avec les fournisseurs technologiques en possession des certifications de sécurité opérationnelles nécessaires, des accréditations et des compétences spécifiques.
L'informatique hétérogène, y compris l'intelligence artificielle, jouera un rôle fondamental dans l'avenir de l'automobile, permettant aux fabricants de répondre aux exigences de fiabilité, de latence et de la consommation d'énergie nécessaire dans une solution compacte sur une seule puce.
