汽車電子中車載處理器如何讓自動駕駛汽車實(shí)現(xiàn)“看”和“思考”？

2017年7月，老牌車企奧迪發(fā)布的新一代A8將成為全球首款實(shí)現(xiàn)Level3級自動駕駛的量產(chǎn)車?？梢?，無論是新興力量還是老牌車企都在積極研發(fā)自動駕駛汽車，但自動駕駛汽車的發(fā)展離不開處理器、傳感器、網(wǎng)絡(luò)等的支持。僅就車載處理器而言，如何配合視覺傳感器讓自動駕駛汽車會“看”？有了傳感器融合采集的數(shù)據(jù)，處理器又如何讓汽車會“思考”？

攝像頭增加帶來數(shù)據(jù)量倍增 圖像處理內(nèi)核讓汽車會“看”

東芝電子（中國）有限公司中國汽車行業(yè)市場部副總監(jiān)譚弘

奧迪L3級的自動駕駛汽車A8年底有望合法上路消息受關(guān)注不僅因?yàn)槟壳耙呀?jīng)量產(chǎn)的具備自動駕駛功能的汽車僅達(dá)到了L2級，更因?yàn)橄M(fèi)者對自動駕駛汽車充滿期待。東芝電子（中國）有限公司中國汽車行業(yè)市場部副總監(jiān)譚弘在接受《華強(qiáng)電子》記者采訪時表示：“自動駕駛是目前最熱的話題，但量產(chǎn)或者大面積推廣都還需時日。ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）作為自動駕駛的基礎(chǔ)，各大汽車電子廠商在此領(lǐng)域已經(jīng)耕耘多年， 具有ADAS功能的汽車投入市場能為自動駕駛的發(fā)展作前期鋪墊。中國汽車廠商這幾年不斷跟蹤全球技術(shù)發(fā)展潮流，不斷加大對汽車電子領(lǐng)域的投入，估計也會緊跟國際大廠推出準(zhǔn)量產(chǎn)級別的車型，試探市場反應(yīng)。”

索喜科技物聯(lián)網(wǎng)和汽車電子方案組市場部經(jīng)理呂雪良

對于ADAS所需的傳感器，索喜科技物聯(lián)網(wǎng)和汽車電子方案組市場部經(jīng)理呂雪良介紹，ADAS或自動駕駛目前有基于激光雷達(dá)、攝像頭、傳感器融合的方案。 激光雷達(dá)有其弊端，如無法辨別車道，碎片或者道路坑槽等。攝像頭的視覺處理技術(shù)可以更好地辨別道路上的標(biāo)識，行人等信息，相較雷達(dá)技術(shù)成本更低，功能更為全面，準(zhǔn)確性也較高。瑞薩電子大中國區(qū)汽車電子銷售中心汽車電子應(yīng)用技術(shù)部部長林志恩進(jìn)一步表示：“攝像頭是實(shí)現(xiàn)自動駕駛的主要傳感器之一，對于車輛周邊中短距離的場景和一些物體需要依靠攝像頭來感知，比如交通標(biāo)志的信息，車道線等，攝像頭的信息傳到汽車圖像處理器進(jìn)行運(yùn)算和識別，將正確結(jié)果給到中央控制系統(tǒng)。“

瑞薩電子大中國區(qū)汽車電子銷售中心汽車電子應(yīng)用技術(shù)部部長林志恩

不過單目ADAS的安全性因?yàn)樘厮估陌踩鹿适艿酵饨缳|(zhì)疑，所以特斯拉、奔馳、寶馬等廠商都開始使用雙目ADAS方案，通過雙目視覺讓汽車在復(fù)雜路況以及各種天氣條件下能夠快速捕捉路面的信息，提升車輛安全性。另外，在360度全景環(huán)視應(yīng)用中，則需要與單目或雙目視覺ADAS高動態(tài)攝像頭不同的廣角攝像頭，數(shù)量也達(dá)到4個或者更多。因此無論是為了提升自動駕駛的安全性還是體驗(yàn)，攝像頭數(shù)量的增加以及類型的不同無疑將帶來數(shù)據(jù)量的倍增和更復(fù)雜的算法，因此譚弘認(rèn)為車載圖像處理器的實(shí)時運(yùn)算能力、功耗、抗惡劣工況的能力及成本等都成為了各家廠商競爭的重點(diǎn)。

那么，車載處理器廠商如何才能滿足視覺傳感器“看“的需求？林志恩表示：”汽車處理器必須要有專門的硬件加速器來處理大量的圖像信息，瑞薩R-Car產(chǎn)品就集成了處理圖像的IP內(nèi)核如IMR，IMP，CNN，CV等，可以同時進(jìn)行最多8路攝像頭的數(shù)據(jù)處理。IMP多指令圖像處理內(nèi)核相比GPU的單指令處理，不僅能夠應(yīng)對多路攝像頭的信號，還能大大分擔(dān)CPU和GPU運(yùn)算的工作量，從而擁有性能強(qiáng)，低延遲，低功耗的優(yōu)勢。“

東芝同樣有針對圖像處理的解決方案，譚弘介紹：“東芝的VisconTI2專用圖像處理芯片以其優(yōu)異的性能及可靠性被電裝（Denso）公司采用，2015年底已經(jīng)搭載到量產(chǎn)車大量投放市場。后一代產(chǎn)品VisconTI4目前已經(jīng)量產(chǎn)，擁有8核+14個硬件圖像/算法加速器，性能提升2倍以上，可以同時實(shí)現(xiàn)8項(xiàng)功能，如車道保持、前車識別/防撞、行人識別、交通標(biāo)識識別、騎自行車人識別、障礙物識別等，VisconTI4還具有實(shí)時性、低功耗、成熟性等優(yōu)勢。”

索喜則采用硬件+軟件的方式滿足汽車視覺的需求，呂雪良表示：“通常ADAS 算法的處理器有GPU方式和硬件方式。GPU方式性能和靈活性都比較好，但成本和功耗都很高。硬件方式高性能低功耗，但靈活性低。針對此，我們提供像MOD，AOD 等算法，且MIRANDA 處理器專門開發(fā)了一個內(nèi)核VPU。VPU采用硬件加速（HWA）和軟件加速（DWA）相結(jié)合的方式處理相關(guān)的視頻圖形，同時具有高性能，低功耗，靈活性好的特點(diǎn)。一些基礎(chǔ)算法如SOBEL算法，傅立葉算法等都可以放在硬件加速上運(yùn)行，其他的可以放在DWA上。標(biāo)準(zhǔn)的OPENVX接口可以快速開發(fā)，提高代碼的重用性。”

多傳感器融合+AI需更高性能 集成人工智能IP讓汽車會“思考“

據(jù)悉，目前自動駕駛處理器的性能已經(jīng)要求達(dá)到幾萬DMIPS再加上幾十個TOPS深度學(xué)習(xí)處理能力，未來更多的傳感器融合和更高級別的自動駕駛對處理器的性能要求自然更高。這里所說的融合，并不是指將各種傳感器融合在一個芯片或者一個裝置里，而是融合多種傳感器所采集到的信號，通過人工智能技術(shù)加以分析及綜合判斷，指揮汽車的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)更高程度的自動駕駛。對此，林志恩表示：“多傳感器的融合需要處理器有不同的通信接口及總線，并且要有足夠的運(yùn)算能力對不同的信號做不同的處理和融合。但目前汽車CAN總線無論是從帶寬還是安全性角度看都已經(jīng)難以滿足汽車的通訊需求。”譚弘也認(rèn)為：“隨著處理信息量的提升和帶寬的增加，汽車通訊總線已經(jīng)遇到瓶頸，新的通訊總線Ethernet_AVB被行業(yè)內(nèi)大多數(shù)核心企業(yè)采用，未來可能成為主流。東芝通過與高通，英特爾等公司的深入合作，推出高通汽車平臺，英特爾汽車平臺的專業(yè)Ethernet_AVB橋接芯片Neutrino為平臺標(biāo)配產(chǎn)品。”

不過，車載處理器的計算能力是否足夠強(qiáng)大以及是否具備深度學(xué)習(xí)的能力使其能夠模仿人腦進(jìn)行思考顯得更加重要。為此，英偉達(dá)就推出了由8核ARM 64位CPU和512個核Volta架構(gòu)GPU構(gòu)成，擁有30 TOPS深度學(xué)習(xí)能力，功耗為30W的Xavier芯片。“未來要實(shí)現(xiàn)自動駕駛，車載處理器要能滿足深度學(xué)習(xí)的要求，不僅需要集成CNN的IP，芯片設(shè)計中CNN也會做的更大。瑞薩R-Car第三代產(chǎn)品會加入深度學(xué)習(xí)CNN，CV等專用IP來滿足人工智能的需求，這些專用的IP將會處理各種大數(shù)據(jù)和滿足不斷更新的人工智能算法，進(jìn)一步優(yōu)化車載處理器和整個自動駕駛的系統(tǒng)。我們下一代CNN IP將擁有30 TOPS深度學(xué)習(xí)的能力，但在性能相同的前提下，我們的產(chǎn)品的功耗將更低。功耗的降低得益于使用新的生產(chǎn)工藝來，我們第二代產(chǎn)品采用28nm工藝，第三代產(chǎn)品轉(zhuǎn)到16nm工藝，下一代產(chǎn)品將采用更先進(jìn)的生產(chǎn)工藝。工藝改善的同時，由于十二寸晶圓可以生產(chǎn)的芯片數(shù)量更多，因此成本也是可控的。目前，R-Car融入了由軟銀集團(tuán)子公司cocoro SB開發(fā)的人工情感智能技術(shù)“情感引擎”，可通過駕駛員的語言識別他的情緒狀況。該技術(shù)集成了基于人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)能力，汽車可以從與駕駛員的對話中不斷學(xué)習(xí)，從而為駕駛員的需求提供最佳的響應(yīng)性能。未來，為滿足L5級自動駕駛的需求，下一代R-Car產(chǎn)品深度學(xué)習(xí)能力的產(chǎn)品也會進(jìn)一步增加。“

東芝則與DENSO攜手開發(fā)一種被稱為“深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識產(chǎn)權(quán)（DNN-IP）”的人工智能技術(shù)，該人工智能技術(shù)將用于一直由兩家公司獨(dú)立開發(fā)的圖像識別系統(tǒng)，更加精準(zhǔn)的圖像識別幫助實(shí)現(xiàn)先進(jìn)駕駛員輔助和自動駕駛技術(shù)。譚弘也透露，東芝最新的VisconTI5在不斷提升運(yùn)算能力的基礎(chǔ)上，已將深度學(xué)習(xí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等最新技術(shù)融入其中，預(yù)計2018-2019年會提供市場。據(jù)了解索喜也將在下一代的產(chǎn)品中增加硬件單元，集成CNN的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)IP。