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Los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) se están integrando rápidamente en casi todos los automóviles nuevos. Estos sistemas a menudo presentan a los fabricantes de automóviles y a los de nivel 1 necesidades informáticas únicas para las que la CPU o GPU estándar pueden no ser adecuadas.

Ejemplo de aplicaciones ADAS. Imagen utilizada por cortesía de Microsemi (PDF)

Como es la tendencia en muchos otros campos de la ingeniería eléctrica, una solución bien aceptada para ADAS ha sido la aceleración de hardware, hardware único diseñado para una tarea específica. Sin embargo, a diferencia de otras industrias donde los ASIC son la solución de referencia, los diseñadores de sistemas ADAS tienden a optar por FPGA (PDF).

Un caso para FPGA sobre ASIC

Si bien los ASIC pueden parecer una solución adecuada para la aceleración de hardware, hay muchas razones por las que los FPGA son más adecuados para ADAS.
En primer lugar, los FPGA ofrecen una alta personalización y flexibilidad. Cada automóvil inteligente tiene una serie de funciones ADAS distintas: leer la entrada de sensores únicos, aplicar algoritmos patentados en los datos y realizar acciones específicas basadas en los datos.

Ejemplo de cómo una de las FPGA de Intel podría integrarse en una cámara mono-frontal ADAS. Imagen utilizada por cortesía de Intel

Como tal, cada desarrollador de vehículos integra diferentes sensores, prioriza diferentes aplicaciones e implementa algoritmos de diferentes maneras. Los casos de uso, los sistemas de adquisición de datos y los requisitos son simplemente demasiado amplios y dinámicos, y un FPGA permite a los diseñadores la capacidad de personalizar sus soluciones específicamente para sus necesidades mientras se diferencian de la competencia.

Comparación general de alto nivel de FPGA frente a ASIC. Imagen utilizada por cortesía de Hardware Bee

En la misma línea, los FPGA permiten la escalabilidad. A medida que se desarrollan nuevos modelos del mismo automóvil con tareas más complejas y restricciones de diseño, los ingenieros pueden construir fácilmente el diseño de FPGA de generaciones anteriores sin tener que pasar por la molestia de hacer girar un nuevo ASIC.
Por último, el rápido tiempo de comercialización hace que los FPGA sean una solución deseable para los fabricantes de automóviles y los de nivel 1 que con frecuencia lanzan lo mejor y más nuevo.

Restricciones exclusivas del diseño automotriz

Diseñar con FPGA en un diseño automotriz de misión crítica es diferente al diseño en otros entornos debido a sus complejas restricciones y entornos hostiles.
La confiabilidad es una preocupación primordial para los FPGA en ADAS. Históricamente, los FPGA son propensos a fallar debido a la tecnología de empaque, tecnología de ensamblaje, sobrecarga ambiental o ESD, todos los cuales son catalizados por altas temperaturas. Esta es una consideración de diseño importante cuando se utilizan FPGA en ADAS, ya que los automóviles tienden a experimentar temperaturas de funcionamiento extremas.
Como resultado, muchos proveedores han creado arquitecturas FPGA que pueden operar en condiciones extremas.

Capas de seguridad automotriz. Imagen utilizada por cortesía de NXP

Además, la seguridad es siempre una preocupación importante a medida que los automóviles se vuelven más inteligentes y están más conectados a través de IoT. Los automóviles contienen cientos de dispositivos integrados que se comunican a través del protocolo CAN, que no siempre están diseñados u optimizados para cuestiones de seguridad.
La comunicación entre dispositivos integrados en un automóvil a través del bus CAN puede hacer que el sistema sea vulnerable a amenazas de seguridad. Los FPGA se pueden aprovechar para la seguridad en los sistemas ADAS para emplear el cifrado para la comunicación dentro del vehículo o realizar la autenticación del sistema con una raíz de confianza de hardware.

Demanda FPGA en aumento

Como testimonio de la creciente demanda de FPGA y la subsiguiente necesidad de diseñadores de FPGA, Lattice Semiconductor ha abierto un centro de formación integral destinado a formar ingenieros en el arte del diseño de FPGA. Una de las fuerzas impulsoras de este programa es la electrificación del automóvil y la necesidad correlativa de más FPGA.

Xilinx, que se especializa en FPGA automotrices, ha aumentado la producción para los OEM a medida que ADAS se convierte en un elemento básico en los vehículos más nuevos. Imagen utilizada cortesía de Xilinx

Gowen Semiconductor recientemente aceptó el desafío de satisfacer esta demanda lanzando FPGAs de grado automotriz especialmente diseñados para telemática, infoentretenimiento y trenes de potencia en vehículos. Gowen señala que estos dispositivos cuentan con la certificación AEC-Q100, lo que los certifica como resistentes y capaces de soportar las duras condiciones del automóvil.

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¿Tiene experiencia trabajando con FPGA para aplicaciones ADAS? Si es así, ¿qué consejo daría a otros diseñadores con proyectos similares? Comparta sus pensamientos en los comentarios a continuación.