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高性能AI芯片推进新能源汽车产业变革

2023年2月17日

编辑:Rokin/中国出海半导体网

 

自动驾驶已成为人类发明汽车以来的一大颠覆性创新,其影响不只体现在汽车工业,对社会发展、出行体系都存在巨大影响。在自动驾驶赛道实践方面,各类企业都在趋势到来前寻找到自己的一席之地,锚定可预见的未来。

近日,全球汽车行业传来好消息,国际评级机构惠誉发布最新报告,预计到2030年,全球电动车销量将突破3400万辆,电动车市场份额将达到28%。假设2030年电动车在中国、欧盟和美国的新车占比分别是45%、52%和40%,中国将是全球最大的电动车市场。

“智能汽车是堪比‘计算机诞生’级别的颠覆式创新,中国已经成为全球顶级汽车智能芯片的角斗场,高通、英伟达等海外厂商芯片首发都在中国车型上,通过先进技术的加持,中国市场产生智能汽车爆款,激发了消费者对智能汽车购买的强需求。”地平线联合创始人、CTO黄畅表示。

“自动驾驶走向量产落地,算力的需求持续提升。我们认为现在主流车厂的就是L2+到L4级别自动驾驶的演进路线。AI算法的进化极大推动了汽车智能化的发展,自动驾驶所覆盖的应用场景已经从最早的防撞、车道线保持,到现在的变道超车,甚至在各种复杂条件下完成更加复杂的功能。这些新功能对于数据处理和计算平台算力需求不断提升。新的趋势是AI计算逐步取代逻辑计算,成为车载计算的核心,尤其走向L3以上更高级别的自动驾驶。”

 

 

为什么解决高等级自动驾驶要借助智能计算架构2.0?在大算力芯片加速上车的浪潮中,征程5和贝叶斯架构具备怎样的软硬一体化优势?在“软件定义汽车”的趋势下,地平线先后宣布和上汽、比亚迪等车厂合作,地平线为何能赢得国内汽车大厂青睐?黄畅带来了智能计算前沿趋势的解读和独家观察。

智能计算架构2.0时代到来,应自动驾驶技术新范式而生

智能计算架构2.0时代的到来正是应对高级别自动驾驶需求诞生的。黄畅分析说:“在PC时代,电脑是通用任务处理的机器,需要的是通用计算能力,因此PC的计算架构主要是逻辑计算CPU。

手机时代,手机成为通用的多媒体联网交互平台,重要的功能是支付、拍照、上网等等,以CPU+GPU作为主要计算架构。到了智能汽车时代,需求显然不一样,对于智能汽车这个‘新物种’,视觉感知、决策规划、人机交互的任务处理都是非常重要的,就需要支持智能驾驶及智能交互的神经网络计算架构,以地平线BPU为代表。”

人工智能在推动智能驾驶的发展进程中非常重要,比如地平线最新一代的基于征程5的自动驾驶系统里面,很多在CPU上的负载,就是过去跑那些规则的算法,都被用数据驱动、深度学习的模型给替代掉了,这降低对CPU负载需求,形成了以BPU为代表的子系统,这种基于数据流的分布式异构计算,支持更高阶、更多传感器的高等级辅助驾驶方案的落地。

随着自动驾驶级别的提升,单车传感器的数量呈倍级增加。预计自动驾驶Level 1-2 级需要10-20 个传感器,Level 3 级需要20-30 个传感器,Level 4-5 级需要40-50 个传感器。同时,随着数据量的猛增,对于算力的需求也是倍增的,其中L2级别的自动驾驶,计算能力大致需要10TOPS;L3需要100TOPS以上的算力;到L3+的算力级别已经上升到1000TOPS以上。

地平线去年推出的第三代车规级AI芯片“征程5”,该芯片采用16nm工艺,单颗芯片AI算力达128TOPS,典型功耗30W,支持16路摄像头感知计算,可覆盖L4级自动驾驶需求,是国内首款可量产的百TOPS级大算力AI芯片。

黄畅指出,基于规则实现通用计算,典型的是CPU,用逻辑驱动的方式进行编程,我们称之为智能计算架构的1.0时代。通过端云数据不断的聚合,并且化繁为简的开发范式和算法,以及软硬结合的计算架构的不断迭代,我们会推演到智能计算架构的2.0时代,这是典型的数据驱动,尤其以深度学习、增强学习为代表的这种全新的计算架构的衍生。

 

 

这个范式级别的架构革新将会和与它支撑的软件、硬件的计算架构相结合,从而加速实现机器的自编程和应用的自适应。这是智能计算架构2.0,让机器更自主、让开发更简单、让计算更智能。

现在主流的一种观点认为,以美国新能源汽车厂商特斯拉为例,这家公司构建自动驾驶的数据闭环, 自动驾驶的算法模块,基本都是数据驱动的训练模型要优于基于规则或者优化的,尤其是感知和预测。Tesla建立了Autopilot数据引擎框架:确认模型误差、数据标注和清洗、模型训练和重新部署。

征程系列芯片是地平线推出的车规级SoC,包含CPU子系统、BPU子系统,视频输入系统、图像前处理系统、编解码系统、内存管理系统、外设管理等。对于地平线最重要的是里面的BPU,这是地平线自己设计的IP,并且与其他IP一起组成了SoC。地平线的贝叶斯架构显然是在自研基础上,形成基于深度学习、神经网络,以数据驱动为特征的计算范式。

征程5算力实现“可持续增长”,生态合作模式引来众多厂商

“2021年7月发布,AI芯片征程5发布时单颗算力128TOPS,最强计算性能为1283 FPS,受益于软硬结合,在一年的时间里提高到了1583 FPS。这个关键指标是如何实现的呢?”黄畅表示,征程5芯片的硬件、算法都没有变,变的是软件架构。

我们仅仅通过编译器调度、软件架构上的演进,获得20%性能提升。即通过软件、算法、硬件架构的设计,我们还可以持续推进端到端整体的计算架构计算效率持续往前演进。

过去十年,各个领域的AI算法大约平均每9-14个月达成相同精度条件下计算次数下降一半,这个速度比历史上最快的摩尔定律18个月翻倍还要快,而且它还在持续不断成长。黄畅认为,在芯片设计的过程中,要关注硬件设计的架构是如何被算法所定义,要思考如何通过软硬协同达到性能最优解。

 

 

为了应对新的需求,地平线在征程5芯片上搭载了第三代的处理器架构贝叶斯,它聚焦最新的神经网络架构设计,能满足自动驾驶场景需求,它本身的近存计算体系,脉动张量阵列和大并发的数据桥,使得它有很好的计算密度和能效。具体表现就是能够支持不同自动驾驶场景下的AI算子,高度软硬件并行化,实现了128TOPS的超强AI算力以及60MS的业界最低延迟。

截至2021年底,地平线征程芯片累计出货量突破100万片。目前,地平线已与超过20家车企签下超过70款车型的前装量产定点项目,成为量产规模最大的中国车规级AI芯片企业。高工智能汽车研究院数据显示,今年1-5月地平线出货量在智能驾驶域控制器芯片前装市场第三方供应商排名中位列第一。

征程5还在续写地平线新的前进脚步。今年国内汽车行业四大厂商,包括比亚迪、上汽、一汽红旗、自游家先后和地平线合作,揭开了征程5在高等级自动驾驶量产车的序幕。

4月21日,比亚迪与地平线正式宣布达成定点合作,比亚迪将在其部分车型上搭载地平线高性能、大算力自动驾驶芯片征程5,打造更具竞争力的行泊一体方案,实现高等级自动驾驶功能。按照计划,搭载地平线征程5的比亚迪车型最早将于2023年中上市。

7月18日,地平线宣布与上汽集团、零束科技深化战略合作,基于地平线高性能大算力车规级AI芯片,共同打造面向未来的智能驾驶计算平台,推动高阶智能驾驶产品的开发和应用。

围绕上汽“银河”智能车全栈解决方案(包括计算平台、电子架构、软件平台、智能云平台、舱驾融合数字化体验产品),地平线与上汽集团将合力打造搭载征程5芯片的智驾计算平台,以及搭载下一代大算力芯片征程6的舱驾融合国产计算平台,两大计算平台的量产车型预计将于2023年、2025年依次实现落地。

未来,我们期待地平线带来算力更大的征程6芯片,在自动驾驶大算力芯片发展上,中国厂商用自己的表现让世界瞩目。