Lorsqu'il s'agit de concevoir des unités de contrôle électronique (UCE) automobiles pour des applications basées sur la vision, telles que les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS), les caméras de vision surround ou les fonctions de conduite automatisée, le choix entre un processeur de signal d'image (ISP) discret et un ISP intégré dans le système sur puce (SoC) principal est plus qu'un simple détail technique. C'est une décision qui détermine la flexibilité, les performances, le coût du système et l'évolutivité.
Comprendre les avantages d'une PSI discrète
Personnalisation et flexibilité supérieures
Les ISP discrets offrent généralement des capacités de traitement d'image plus avancées que leurs homologues intégrés. Dans les applications nécessitant un réglage nuancé de l'image, une optimisation simultanée pour la vision humaine et la vision par ordinateur, ou des fonctions spécialisées telles que le traitement avancé de la plage dynamique élevée (HDR) ou la prise en charge de plusieurs types de capteurs (par exemple, IR, thermique, nouveaux modèles de réseaux de filtres de couleur (CFA)), un ISP discret est souvent préférable.
Figure 1. Exemple d'un ISP discret et d'un système sur puce (SoC)
Optimisation des performances et des ressources
Les SoC utilisés dans les systèmes automobiles à haute performance sont étroitement intégrés avec de nombreux composants différents (CPU, GPU, NPU, périphériques, etc.). Bien que ces composants fonctionnent indépendamment au sein du système, ils partagent tous le même sous-système de mémoire vive dynamique (DRAM) et, dans de nombreux systèmes, l'accès à la DRAM devient le principal goulot d'étranglement en matière de ressources. Le traitement des images est une tâche à forte intensité de DRAM, qui nécessite souvent de multiples lectures et écritures depuis et vers la DRAM. En déchargeant cette tâche sur un ISP dédié, le SoC peut réserver une plus grande part de la bande passante de la DRAM aux tâches de calcul critiques du système.
Les ISP discrets, telsque l'iND880, utilisent une architecture de traitement ISP basée sur les lignes, ce qui élimine le besoin de DRAM pour stocker les images. Le traitement de la vidéo ligne par ligne plutôt qu'image par image réduit la latence de l'ISP. La réduction de la latence permet de transmettre plus rapidement les données aux algorithmes ADAS, ce qui accélère la détection dans les fonctions critiques telles que le freinage automatique d'urgence (AEB) et l'aide au stationnement automatisé (APA). Cette reconnaissance précoce permet de réagir rapidement en cas d'urgence, notamment en freinant ou en évitant les collisions.
Évolutivité pour les configurations multi-caméras
À mesure que l'industrie progresse vers des niveaux d'autonomie plus élevés (niveau 2 → niveau 3 → niveau 4), les architectures ADAS intègrent davantage de caméras. Selon un rapport de Mordor Intelligence, le principal fournisseur de caméras automobiles, Sony, prévoit que chaque véhicule intégrera 12 caméras d'ici à l'exercice 2027, contre 8 aujourd'hui. La figure 2 présente une configuration de véhicule typique avec 11 caméras.
Figure 2 : Configuration typique d'un véhicule avec 11 caméras
Plus il y a de caméras ADAS dans une architecture, plus la couverture, la précision et la redondance sont grandes, ce qui permet d'obtenir des véhicules plus intelligents avec des capacités de sécurité accrues. Toutefois, la synchronisation et le traitement des flux vidéo représentent un défi de taille, qui peut dépasser les capacités d'un fournisseur de services Internet intégré. Les ISP discrets, en revanche, sont conçus pour ce type d'environnement multicanal et à large bande passante, et utilisent souvent un traitement basé sur la ligne plutôt que sur la trame afin de maintenir une synchronisation plus précise. Par exemple, l'ISP iND880, avec son débit de 1,4 Gpixel/sec, peut traiter quatre capteurs 3MP à 60fps ou deux capteurs 8MP à 60fps avec de la bande passante en réserve.
Indépendance par rapport aux feuilles de route du SoC
Avec un ISP discret, l'architecture d'un calculateur n'est pas limitée par les capacités ou les cycles de mise à jour d'un seul fournisseur de SoC. Cela peut constituer un avantage indéniable pour les longs cycles de conception automobile ou lorsqu'il est nécessaire de changer de SoC pour des raisons de performance/coût ou de chaîne d'approvisionnement. L'ISP discret peut être optimisé et déployé en standard sur toutes les plateformes et tous les modèles de véhicules, actuels et futurs, ce qui élimine la nécessité de réajuster l'ISP, raccourcit le cycle de conception et garantit le maintien d'une qualité d'image de pointe tout au long du processus. En outre, la normalisation d'un ISP discret associé à divers SoC sur différentes plateformes garantit un déploiement évolutif des modèles d'IA sur les différentes plateformes, préservant la fidélité de l'inférence et éliminant la nécessité d'un réentraînement gourmand en ressources.
Avantages d'une approche intégrée de la PSI
Réduction des coûts et de la puissance
Pour de nombreuses applications automobiles grand public, un ISP intégré dans le SoC est "suffisant", ce qui signifie que la plupart du temps, la qualité vidéo est acceptable ; les exceptions étant des cas particuliers spécifiques à l'automobile, c'est-à-dire des scénarios moins courants qui ne sont pas traités avec le même niveau de qualité. L'intégration de l'ISP élimine le besoin d'un ISP discret et des interconnexions associées, ce qui réduit le nombre de composants, la consommation d'énergie et le coût du système.
Une conception simplifiée et une mise sur le marché plus rapide
Avec l'approche ISP intégrée, l'élimination de l'ISP discret de la conception réduit la complexité de la carte, ce qui permet une conception plus compacte et plus légère du circuit imprimé et une chaîne d'approvisionnement plus rationalisée. Avec moins de composants, il y a une réduction naturelle des points de défaillance, ce qui améliore la fiabilité et la gestion de la sécurité fonctionnelle. Pour les applications où les exigences en matière de traitement de l'image sont standard, l'intégration réduit la complexité globale du produit et peut accélérer le développement et le déploiement. Dans certains cas, lorsque le flux vidéo de la caméra n'est utilisé que par des algorithmes d'inférence IA qui fonctionnent sur des flux vidéo RAW, le traitement ISP n'est pas du tout nécessaire. Cela permet d'interconnecter directement la caméra au SoC. Toutefois, il convient de noter que l'exécution d'algorithmes d'IA (formation et inférence) sur des données traitées ISP plus propres offre des avantages en termes de performances.
Intégration étroite et réactivité du système
Les ISP intégrés peuvent fonctionner de manière transparente avec d'autres modules SoC (par exemple, CPU, GPU, NNE, sécurité) grâce à des interconnexions directes sur la puce et à une plate-forme matérielle/logicielle commune. Les flux de données simplifiés qui en résultent peuvent améliorer la réactivité globale du système. En outre, un SoC doté d'un ISP intégré permet d'effectuer le traitement dans des architectures de calcul centralisées, dont le Yole Group prévoit qu'elles connaîtront une croissance annuelle de 36 % jusqu'en 2029.
Dans le tableau ci-dessous, nous examinons de plus près la comparaison entre l'approche discrète et l'approche intégrée des fournisseurs de services Internet.
Figure 3 : ISP discret vs ISP intégré au SoC
Autres considérations
Il convient de noter que certains des avantages présentés dans le tableau ci-dessus peuvent varier en fonction de l'architecture spécifique. Par exemple, les FAI à caméras multiples qui traitent la vidéo en périphérie (également appelés architecture distribuée) peuvent traiter la vidéo de 3 à 4 caméras par zone et produire un seul flux de données, sur un seul câble acheminé vers le processeur de calcul central, ce qui réduit le coût et le poids du câblage.
La tendance est également à l'ajout d'une plus grande puissance de traitement et de NNE légers (IA) aux ISP discrets, ce qui les transforme en une forme de SoC. Ces dispositifs de traitement en périphérie peuvent traiter la vidéo et exécuter des algorithmes, puis envoyer uniquement les métadonnées extraites (par exemple, les coordonnées du périmètre du piéton détecté) au SoC de traitement central, ce qui réduit considérablement la bande passante de transmission.
Quel est le meilleur choix ?
Avec le ralentissement de l'évolution exponentielle des semi-conducteurs purs (communément appelée loi de Moore), le rythme d'intégration de fonctionnalités et de portes logiques toujours plus nombreuses dans un seul et puissant SoC ralentit également. Le simple fait d'ajouter des ISP plus nombreux ou plus rapides à un SoC central pourrait ne pas être la solution à l'avenir. Les ISP intégrés dans un SoC et les ISP discrets continueront à jouer un rôle important, car chacun d'eux offre des avantages distincts adaptés à des applications différentes. Les concepteurs sont susceptibles d'adopter des approches architecturales innovantes qui exploitent les atouts uniques de chaque solution pour répondre au mieux aux exigences de cas d'utilisation spécifiques.
Pour les systèmes ADAS ou de conduite automatisée de nouvelle génération, riches en fonctionnalités et multi-caméras, où la qualité de l'image et la flexibilité sont primordiales, un ISP discret est un outil puissant. Il permet de repousser les limites de ce que les caméras peuvent voir et de la rapidité avec laquelle le système peut réagir (c.-à-d. réponse à latence ultra-faible), sans être contraint par les limites des ISP intégrés dans un SoC. L'indie iND880 est un exemple d'ISP discret adapté à ce type de conception.
D'autre part, pour les applications qui privilégient la rentabilité, la réduction de la consommation d'énergie et les conceptions rationalisées adaptées aux applications automobiles de masse, l'ISP intégré dans les SoC modernes est difficile à battre. Des fournisseurs comme Qualcomm et Nvidia rendent ces solutions de plus en plus performantes.
Une troisième solution se situe entre les ISP discrets et les ISP intégrés dans un SoC : les SoC à la périphérie. Ces derniers s'appuient sur les avantages des ISP discrets en incorporant le traitement, mais sans atteindre l'échelle et la complexité d'un SoC de traitement centralisé . Par exemple, les SoC de périphérie peuvent avoir des moteurs de réseaux neuronaux fournissant 2 à 8 TOPS contre près de 2 000 TOPS dans les SoC de calcul central. Cette approche permet aux nouveaux systèmes d'atteindre une architecture plus optimale.
En fin de compte, le choix de la bonne architecture ISP dépend des ambitions du système. S'il est essentiel de maximiser les performances pour améliorer la sécurité des systèmes d'aide à la conduite, il convient de trouver un juste équilibre entre ces performances et les considérations économiques. Les progrès de la technologie des caméras dotées d'IA élargissent les options de conception, ce qui permet d'obtenir des performances élevées de manière rentable. Le concepteur doit faire un choix judicieux, car la vision de l'ECU en dépend (littéralement).
Produits apparentés
| Produit | Description | |
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Caméra Processeur vidéo |
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