在貿易戰前夕談談自動駕駛的「大腦」和「小腦」

雷鋒網新智駕按:本文來自海高汽車CEO徐超,曾任微雲車聯和新悅智行的聯合創始人&CEO。海高汽車在持續為主機廠客戶供應高可靠性運算域控單元及底盤運動控制單元和相關的應用設計服務同時,基於英偉達Xaiver澤維爾架構的新款量產智能駕駛運算單元也已接近量產,自主可控的全國產化運算單元WiseADCU-CN2亦進入設計驗證階段。

在本文中,作者對市面上的自動駕駛運算控制系統進行了解讀和分析,也彙報了海高汽車在自主可控自動駕駛運算控制平台方面的研發進展。此外,還詳細的分解和分析了自動駕駛的「大腦」和「小腦」。雷鋒網新智駕獲作者授權轉載此文。

IT行業在近期以及未來一段時間與國家經濟戰略密切相關,美國國會先後發佈關於中國黑客對美國高科技企業實施「硬件植入」的虛假報告,美國國務卿落地北京三小時即離去的新聞。再加上今年四月份的ZTE受美國制裁事件,可以預感到,在芯片層面,幾乎完全依賴美國和其小夥伴們的汽車電子產業將受到長期的影響。

這未必是一件壞事,中華民族的智慧和潛力往往在危難時刻被激發出來。作為從業者,還是衷心希望中美關係能夠在平等互利的框架下緩和,產業能夠穩步發展。

本人在今年五月中旬的CICV2018大會上,應邀做了《中國自主可控的自動駕駛計算平台開發》的主題報告,結合海高汽車的運營,對市面上的無人駕駛運算控制系統進行了解讀和分析,也把海高汽車在自主可控無人駕駛運算控制平台方面的研發進展向大家做了彙報。結合目前的現狀和近半年來海高汽車取得的一些新的進展,在此為大家更加詳細的分解和分析一下無人駕駛的「大腦」和「小腦」。

按照人的生理構造,與日常活動有關的部分由感知(眼、耳、鼻、舌、皮膚等),認知、決斷、記憶(大腦),運動協調性控制(小腦)、信息傳遞(神經系統)及執行(骨骼、肌肉)組成。對照到一輛智能汽車上,各種車內外傳感器組成感知,運算域控單元完成融合認知決策和地圖、數據和策略的記憶,底盤運動控制系統完成車輛縱橫向運動協調,總線構成指令和反饋的信息通路,驅動、制動、轉向、車身、燈光、舒適等系統完成運動的執行。

傳感器系統的感知精度、響應速度、環境適應性不斷提升,成本也在不斷下降,這裡面主要設計半導體、電化學、光學、機電控制、工藝、算法、材料科學等專業領域,尤其是高功率密度的半導體技術、高精度機電控制和材料科學方面,是我國的薄弱環節,但大家也可看到,近年來在各大科研院所的推進下不斷的在取得突破。

而高精度地圖和算法方面,國內並不落後,甚至可以說在世界範圍內屬於第一梯隊。

例如執行器本身,在中國製造2025國策的推動下,也躋身世界先進的行列,可以說肌肉骨骼都是相對強健的。

但是,高性能車載運算平台「大腦」和對各執行機構的精準協調控制「小腦」方面,還有很大的提升和發展空間,屬於核心領域。海高汽車的目標就是在這兩個領域取得突破,最終實現中國自主可控的「大腦」和「小腦」。本文將分為上、中、下三篇對此進行詳細的分析和描述。

在一個相對落後的領域取得突破,通常大家會採取「三步走」的策略:

  • 學習借鑒;

  • 自主研發;

  • 實現超越。

拿到行業先進友商及合作夥伴的量產產品和新產品的設計模型是學習借鑒的根本,如下提到的各種「大腦」平台,海高汽車絕大多數都對實物進行了詳盡的分析和評估。

Tesla的Autopilot 2.0和2.5

首先是Tesla的Autopilot 2.0和2.5,如下圖所示:

可以看到,其架構採用了SoC+GPU+MCU的方式,在AP2.0上,主要由一個英偉達Parker SoC、一個英偉達Pascal GP106的GPU以及英飛凌的TriCore AURIX ASIL-D TC297X MCU組成,SoC和MCU以CAN、SPI和TSN/AVB互聯,提供LVDS的攝像頭接口、CAN、LIN總線和AVB/TSN高速網絡實現傳感器接入和車輛可靠控制。其架構參考來源是英偉達Drive PX2系列自動駕駛開發平台。

但AP2.5做了一定的升級,增加了一顆Parker SoC,以此提升GPU的運算頻率,增加多路攝像頭接口,並以英特爾的Apollo Lake C3900加上NXP的MPC5748G實現信息娛樂系統與自動駕駛系統的整合,兩塊主板以高速總線互聯,並共享基於液傳到的熱管理。

提到特斯拉,不得不說英偉達在自動駕駛領域的布局。

英偉達

從英偉達的整體來看,在雲和端針對自動駕駛和未來座艙做了非常詳盡和深入的布局,所以成為目前市場量產車型最大的運算平台芯片供應商,不是一日之功。

市面上常見的是車端的Drive系列產品,包括CX,PX,PX2和最新的AGX Xavier/Pegasus等。

而在雲端上,英偉達則布局了DGX系列和更高性能的GPU運算數據中心HGX系列以及相關的DL框架,訓練和仿真系統。

在車端上,英偉達的布局已經從單純的Drive硬件平台,演進成整個生態系統,以Linux/QNX為底層的Drive OS,面向自動駕駛的Drive AV以及面向未來座艙交互的Drive IX中間層已經形成較為完整的未來架構。

值得注意的是,1~4代產品性能孱弱的Tegra SoC的CPU部分,從Tegra K開始Denver丹佛架構已經不輸高通的架構,CPU架構方面的細節後續作者會以一篇單獨的文章進行分析。

同時,海高汽車在一段時間內面向量產的運算平台都會以英偉達的GPU和SoC為主,包括Intel Kabylake + GP104的WiseADCU M6 DevKit以及基於Parker+GP106的WiseADCU S1 ProdKit,不出意外的話,海高汽車也將是第一個實現自主定製Xavier架構SoC的車載域控單元WiseADCU X1 ProdKit的國內企業。此外,16路GMSL高清攝像頭和雙千兆、4BRR百兆以太網和8路CAN、4路LIN支持,以30瓦功耗實現15倍於Parker面向量產L3+的旗艦方案年內將在數家自主品牌主機廠實施測試。

當然,英特爾作為芯片行業的帶頭大哥,怎能坐視英偉達這個數次差點掛掉的小兄弟在自動駕駛領域的碾壓之勢。從百億美刀收購Mobileye那一刻起,軍備競賽就已開始。

英特爾

從上圖中可以看出,英特爾除了品牌、產業認可和資金優勢之外,雲+管+端的全面布局,也是非常值得期待。

CPU不用多說,英飛凌的基帶目前已經得到蘋果的青睞,幾乎把高通踢出局了,而英偉達高買低賣的Icera基帶退出移動產品市場背後的故事和辛酸可能只有黃教主能深刻體會。除了芯片和基帶,Mobileye的算法、數據和經驗的積累,Altera的FPGA,WindRiver的操作系統,Movidius和Nervana的AI算法和架構,Yogitech的功能安全以及ITSeeZ的RealSense構成了強大的「航母艦隊」,面對英偉達的核潛艇+核導彈驅逐艦的火力,鹿死誰手猶未可知,真是一場值得期待堪比星球大戰的大戲。

雖然中國政府否決了高通對NXP的收購,但是對NXP來說,這艘在汽車領域裡火力強大的戰列艦,以其紮實的底蘊和武器裝備的不斷升級,守住並拓展自己的領地應該不成問題。

「任何一輛當代汽車裡面都必然有NXP的芯片或專利技術」,這種底氣來源於強大的實力和多年的堅持,在完成對Cognivue以及OmniPHY的收購之後,NXP幾乎補齊了從傳感器、運算、車內通信到執行控制芯片的全部產業鏈。

如果說Cognivue收購S32V2是一次不太成功的試水,S32V3的強大,則讓人無法忽視其將對視覺感知為核心的L2+市場帶來的衝擊。而且NXP也是為數不多提供周邊傳感器完全整合L3+ BlueBox 2.0方案的芯片公司,BB2可以做到開箱即裝即用。

總結來看,作者在本文中詳細解讀分析了自動駕駛運算控制系統、自動駕駛的「大腦」和「小腦」。關於中篇對Renesas、Xilinx的策略以及兩大著名的運算平台方案提供者TTTech和進行分析和論述;下篇分享底盤運動控制相關的理解和感悟以及海高汽車在自主可控「大腦」和「小腦」方面的設計和生態構建,請持續關注雷鋒網新智駕後續報道。


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