面向自動(dòng)駕駛的硅基光電子車載光網(wǎng)絡(luò)(SiPhON)系統(tǒng)

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

引言
在快速發(fā)展的自動(dòng)駕駛車輛領(lǐng)域，一個(gè)主要挑戰(zhàn)是開(kāi)發(fā)能夠處理各種傳感器和攝像頭產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，來(lái)自慶應(yīng)義塾大學(xué)、東京大學(xué)、大阪大學(xué)和古河電氣工業(yè)株式會(huì)社的合作團(tuán)隊(duì)提出了突破性解決方案。硅基光電子車載光網(wǎng)絡(luò)（SiPhON）有望徹底改變自動(dòng)駕駛車輛內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸方式[1]。
7 f8 P; p& G! W' S4 _
* w; E; f1 b( t8 o# M
3 N0 {% u9 L# i( }高速車載通信的需求
隨著車輛自動(dòng)化程度提高，越來(lái)越多的電子設(shè)備如攝像頭、激光雷達(dá)和雷達(dá)系統(tǒng)被使用。這些傳感器產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，需要實(shí)時(shí)處理以確保安全高效運(yùn)行。傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)難以滿足這些需求，成為全自動(dòng)駕駛車輛開(kāi)發(fā)的瓶頸。

SiPhON應(yīng)運(yùn)而生，這是一個(gè)專為汽車行業(yè)設(shè)計(jì)的尖端光通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在提供高速、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸，滿足先進(jìn)自動(dòng)駕駛的需求，同時(shí)符合汽車環(huán)境的嚴(yán)格要求。
! v* T! f8 w1 v
SiPhON：改變游戲規(guī)則的技術(shù)
SiPhON利用硅基光電子技術(shù)創(chuàng)建高可靠性和高容量的車載網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括一個(gè)中央電子控制單元（ECU），內(nèi)置半導(dǎo)體激光器，而基于硅基光電子集成技術(shù)的調(diào)制器和接收器則分布在車輛各處的Gateway設(shè)備中。

圖1：該圖展示了SiPhON系統(tǒng)的配置，顯示了中央ECU、Gateway設(shè)備以及之間的通信路徑。
/ z. F0 U/ D7 d
SiPhON架構(gòu)由兩個(gè)主要組件組成：

數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（D-plane）：這個(gè)高速網(wǎng)絡(luò)傳輸容量超過(guò)50 Gb/s，潛在可超過(guò)100 Gb/s。

控制信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)（C-plane）：該網(wǎng)絡(luò)處理控制信號(hào)和協(xié)議，用于錯(cuò)誤糾正和鏈路建立。
5 F4 ~$ M; E1 b$ P[/ol]
SiPhON的主要優(yōu)勢(shì)是高可靠性。系統(tǒng)通過(guò)復(fù)制傳輸路徑和光源實(shí)現(xiàn)冗余，在100 Gb/s容量下平均故障時(shí)間（MTTF）超過(guò)50年。

& u% }( S4 }) h& P概念驗(yàn)證演示
為展示SiPhON的能力，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)模擬車載網(wǎng)絡(luò)的概念驗(yàn)證系統(tǒng)。該系統(tǒng)成功演示了來(lái)自多個(gè)源的高帶寬數(shù)據(jù)的低延遲、無(wú)錯(cuò)誤傳輸。
2 V8 A  h7 L' q/ ?2 S
- U: A( y1 @3 D! t0 ^& a. r圖2：該圖顯示了概念驗(yàn)證系統(tǒng)的布局，包括主設(shè)備、Gateway設(shè)備以及各種傳感器和攝像頭。
- N6 Z  E& d+ h6 A
; p- A4 t* U1 C. C演示包括：

同時(shí)傳輸兩個(gè)4K攝像頭的視頻信號(hào)，每個(gè)10 Gb/s

來(lái)自周邊監(jiān)控雷達(dá)和激光雷達(dá)的低速數(shù)據(jù)傳輸

使用傳輸?shù)臄z像頭數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)物體和交通標(biāo)志識(shí)別

0 n6 y; G1 Y$ h6 m: ?這次成功的演示證明SiPhON能夠處理先進(jìn)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)所需的各種數(shù)據(jù)流。

SiPhON的關(guān)鍵組件
SiPhON系統(tǒng)依賴幾個(gè)創(chuàng)新組件實(shí)現(xiàn)其出色性能：
3 w+ c8 t* F3 ]1. 硅基光電子器件
, {* A/ P3 A$ k2 _
" Q; U6 _+ [7 k$ q圖3：該復(fù)合圖展示了SiPhON使用的硅基光電子器件的各種組件，包括光線路、模塊和波形。
" _8 X% X5 U! C9 I. J
硅基光電子器件是SiPhON高速能力的核心。這些組件包括：

MZI（馬赫-曾德干涉儀）調(diào)制器用于高速數(shù)據(jù)編碼

鍺PIN光電探測(cè)器用于光信號(hào)接收

用于信號(hào)放大和處理的集成線路
# a9 x" S: q9 {" p
2. 光纖和電力線復(fù)合線束

" R9 C% T9 s# p2 A/ p" A9 r圖4：該圖顯示了FASPULS（靈活汽車信號(hào)和電力統(tǒng)一線系統(tǒng)）復(fù)合線束，結(jié)合了光纖和電力線。

- l$ N9 M. C# r1 Q! t6 pFASPULS線束是關(guān)鍵創(chuàng)新，簡(jiǎn)化了車內(nèi)布線同時(shí)支持高速通信。
% E. }# G/ E9 ^6 l6 M主要特點(diǎn)包括：
1 u' v" [9 o( a7 z

集成單模光纖和電力線

低連接損耗（1550 nm波長(zhǎng)下最大0.4 dB）

高電流容量（每根線50A）

寬工作溫度范圍（-40°C至105°C）
. T9 ?. u1 X4 G  u/ H$ \
6 b* I6 H! t- ?1 H8 H7 E& bSiPhON的優(yōu)勢(shì)
5 t5 H! ~9 H/ U- a5 RSiPhON系統(tǒng)為自動(dòng)駕駛車輛開(kāi)發(fā)提供了幾個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)：

高速數(shù)據(jù)傳輸：容量超過(guò)50 Gb/s（潛在可達(dá)100 Gb/s），SiPhON可處理先進(jìn)自動(dòng)駕駛所需的海量數(shù)據(jù)流。

低延遲：光網(wǎng)絡(luò)確�？焖贁�(shù)據(jù)傳輸，這對(duì)自動(dòng)駕駛車輛的實(shí)時(shí)決策至關(guān)重要。

高可靠性：冗余設(shè)計(jì)和硅基光電子技術(shù)的使用使系統(tǒng)異�？煽浚琈TTF超過(guò)50年。

可擴(kuò)展性：以太網(wǎng)兼容接口允許靈活的流量控制和ECU間傳輸容量的簡(jiǎn)單擴(kuò)展。

簡(jiǎn)化布線：FASPULS復(fù)合線束減少了車輛布線復(fù)雜性，同時(shí)支持高速通信。
[/ol]
! Z4 }/ S! ?* |5 ]: v未來(lái)展望
SiPhON的演示標(biāo)志著自動(dòng)駕駛車輛技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要里程碑。隨著研究繼續(xù)，我們期待看到更快、更可靠、高度可擴(kuò)展的系統(tǒng)出現(xiàn)。
3 C7 f: h" D$ _% `* |
SiPhON背后的技術(shù)有潛力加速自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和互聯(lián)服務(wù)的發(fā)展。通過(guò)提供強(qiáng)大的高速通信骨干，SiPhON可能實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的駕駛輔助功能，提高車輛安全性，為全自動(dòng)駕駛車輛奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)
+ Q% o& z% _5 P, c; S3 ~3 O4 Q[1] H. Tsuda et al., "Demonstration of a Highly Reliable Si-Photonics-Based In-Vehicle Optical Network (SiPhON) for Autonomous Driving," in 50th European Conference on Optical Communications (ECOC2024), Frankfurt, Germany, Sept. 22-26, 2024, Paper W2A.117.

END
! _, j7 Y2 Z1 w1 A: {
! K3 D! e5 f/ ^) k1 F% e5 E
( v" P5 i7 Z7 F& O6 ]4 S& O軟件申請(qǐng)我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請(qǐng)?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無(wú)論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
點(diǎn)擊左下角"閱讀原文"馬上申請(qǐng)
' P3 z& A" T* y% E
歡迎轉(zhuǎn)載

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，請(qǐng)勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！
  u7 k% ~* p4 s# N+ ~+ w2 H: t

/ S  F2 f, I# `) d$ ~# _! |% K% f; a


關(guān)注我們

/ s* h# E7 ]3 i* O

; `% _: A. ?4 _3 ~5 k! w3 i6 b

6 ]* g, p/ B8 E9 e+ d* q- T5 b- t

9 e0 ~  u( S2 R& y  Z' ~

                     


7 ~* H: K, u  Z  ?9 Z
關(guān)于我們：
深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開(kāi)發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國(guó)內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

* y  h6 q/ \. L1 ~8 g1 S1 Bhttp://www.latitudeda.com/
0 R! i# M: G5 q3 o（點(diǎn)擊上方名片關(guān)注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）