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(dòng)化，這些電子設(shè)備也會(huì)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(gè)，其中一些豪華汽車上集成了超過100個(gè)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(dòng)駕駛汽車（AV）的出現(xiàn)，對(duì)于高質(zhì)量的人機(jī)交互界面（HMI）和自動(dòng)駕駛功能的需求也呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，這種對(duì)于功耗需求的增加亟待解決，汽車系統(tǒng)對(duì)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(huì)（SAE）制定的駕駛水平圖表的每一級(jí)與下一級(jí)之間的處理能力可能會(huì)增加10倍。零級(jí)表示不帶有輔助駕駛功能，五級(jí)表示汽車可以在任何環(huán)境下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。目前新款汽車都已經(jīng)具備了二級(jí)駕駛能力，當(dāng)然要實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛還有很長(zhǎng)的路要走。

圖：汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）制定的駕駛等級(jí)

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(lái)了越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。現(xiàn)在車輛中主要的子系統(tǒng)包括電動(dòng)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(lái)的應(yīng)用，比如自動(dòng)駕駛（AV），這些都會(huì)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(dòng)，但是沒有無(wú)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(huì)很快應(yīng)用到汽車的儀表盤系統(tǒng)中。

其中一個(gè)主要問題是溫度，面向全球市場(chǎng)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(huì)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(huì)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(dòng)化汽車，電子系統(tǒng)的功耗在100W以上，這對(duì)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(huì)影響汽車的可靠性而且增加成本。

解決未來(lái)的功耗需求

我們來(lái)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(gè)問題，并從最高層次來(lái)解決它——這也是PowerVR多年來(lái)為移動(dòng)市場(chǎng)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(shí)鐘門、功率門、保存和恢復(fù)特性、動(dòng)態(tài)電壓和頻率縮放（DVFS）。SoC器件內(nèi)部的每個(gè)部分都被分割成不同的電源孤島，可以在使用的時(shí)候打開，不使用的時(shí)候關(guān)閉。執(zhí)行指令時(shí)高級(jí)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(huì)以較慢的速度進(jìn)行計(jì)時(shí)，在沒有完全加載時(shí)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(lái)自不同廠商的多個(gè)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(jí)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(lái)存儲(chǔ)貼片內(nèi)容，這減少了外部?jī)?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(lái)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(duì)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(jí)和第5級(jí)自動(dòng)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(lái)解決。