FPGA在未來(lái)車(chē)用IC市場(chǎng)中的地位如何？

人工智能(AI)處理器和支持AI的SoC目前正受到投資界的全面關(guān)注，因?yàn)樗麄儽灰暈樾屡d高度自動(dòng)化車(chē)輛的關(guān)鍵，那么FPGA呢?它將在AI芯片競(jìng)賽中處于什么位置?

為了重申其于汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期投入，以及看好FPGA將在自動(dòng)駕駛車(chē)內(nèi)部發(fā)揮重要作用，賽靈思(Xilinx)宣布與戴姆勒(Daimler AG)合作，為未來(lái)的奔馳(Mercedes-Benz)新車(chē)款開(kāi)發(fā)“超高效率AI解決方案”。

Xilinx-Daimler連手打造AI方案

據(jù)兩家公司表示，戴姆勒正在打造采用賽靈思技術(shù)的車(chē)載系統(tǒng)，為汽車(chē)應(yīng)用執(zhí)行AI處理。不過(guò)，雙方的合作細(xì)節(jié)仍不明朗。

那么，Xilinx-Daimler合作開(kāi)發(fā)的這套系統(tǒng)預(yù)計(jì)何時(shí)推出?是否獨(dú)家授權(quán)?(還有像“賽靈思是否足以與Mobileye或英偉達(dá)(Nvidia)等芯片供應(yīng)商競(jìng)爭(zhēng)?”等問(wèn)題)賽靈思汽車(chē)事業(yè)部資深總監(jiān)Willard Tu并未多加評(píng)論。

The Linley Group資深分析師Mike Demler指出：“戴姆勒也選擇了Mobileye和Nvidia。”他認(rèn)為賽靈思與戴姆勒的合作發(fā)布，或多或少是為了市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)。但他也補(bǔ)充說(shuō)“看看戴姆勒的車(chē)載系統(tǒng)會(huì)變成什么，倒也十分有趣。”

事實(shí)上，F(xiàn)PGA普及于車(chē)用領(lǐng)域的程度，遠(yuǎn)超過(guò)大部份人的了解。

VSI Labs創(chuàng)辦人兼負(fù)責(zé)人Phil Magney解釋?zhuān)?ldquo;雖然每個(gè)人都希望宣示ASIC的所有權(quán)，但大部份最先進(jìn)的處理都是以FPGA完成的，它讓用戶有機(jī)會(huì)在高效率的運(yùn)算平臺(tái)上套用其專(zhuān)有指令集。”Magney告訴《EE Times》，“ASIC固然不錯(cuò)，但在鎖定你的指令集之前，可能還得試用許多變化版本。FPGA則能隨時(shí)因應(yīng)變化，讓您能夠調(diào)整指令集并嘗試新應(yīng)用。”

長(zhǎng)期深耕汽車(chē)市場(chǎng)

談到該公司在汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展，Tu解釋說(shuō)，賽靈思的FPGA最初作為車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)中的膠合邏輯，之后才在先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)市場(chǎng)找到了最佳位置。Tu強(qiáng)調(diào)，F(xiàn)PGA最適合用于處理越來(lái)越復(fù)雜的ADAS和自動(dòng)駕駛。

2014年，賽靈思的芯片被14家車(chē)商采用，并設(shè)計(jì)用于29款車(chē)型中。該公司表示，到2018年，賽靈思芯片解決方案的觸角擴(kuò)大到了29家車(chē)商的111款車(chē)型中。

相較于許多剛剛進(jìn)入自動(dòng)駕駛車(chē)市場(chǎng)的AI處理器新創(chuàng)公司，Tu表示：“賽靈思確實(shí)了解如何提供車(chē)用級(jí)的質(zhì)量。我們長(zhǎng)久以來(lái)一直在為汽車(chē)市場(chǎng)出貨產(chǎn)品。”

在ADAS市場(chǎng)上，賽靈思的FPGA經(jīng)證實(shí)有助于處理來(lái)自各種傳感器(包括影像傳感器、激光雷達(dá)或雷達(dá)等)的復(fù)雜感測(cè)數(shù)據(jù)。

事實(shí)上，Tu說(shuō)，賽靈思已在車(chē)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理市場(chǎng)占有率排名第二，僅次于Mobileye。然而，他也很快地表示，目前市占率第一(Mobileye)和第二(Xilinx)之間存在著巨大差距。不過(guò)，賽靈思與博世(Bosch)、Magna和Continental等多家一線供應(yīng)商(tier one)在成像處理方面都有合作，Tu解釋說(shuō)：「他們希望在這方面與賽靈思合作的原因有五個(gè)?！?/p>

首先，賽靈思FPGA讓想要執(zhí)行自家專(zhuān)有成像處理算法的汽車(chē)OEM實(shí)現(xiàn)差異化。相形之下，Mobileye提供的是一種“通用”(one-size-fits-all)的解決方案。

其次，賽靈思為tier one提供的是“開(kāi)放式”平臺(tái)，有助于其實(shí)現(xiàn)并確保符合ISO26262的功能安全。而Mobileye則提供一個(gè)“黑盒子”——這讓tier one 和OEM都不清楚在Mobileye盒子內(nèi)部究竟發(fā)生了什么。

但是，如果Mobileye能保證其黑盒子符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)，那還會(huì)有問(wèn)題嗎?Tu說(shuō)：“Mobileye是一家芯片供應(yīng)商。最終，如果在系統(tǒng)級(jí)出現(xiàn)一些安全問(wèn)題，那么必須承擔(dān)責(zé)任的就是汽車(chē)OEM，而非芯片供應(yīng)商。”

第三，賽靈思的成像處理解決方案為可在車(chē)內(nèi)安裝之處提供了靈活性。它可以放在前置攝影機(jī)、擋風(fēng)玻璃或中央模塊。

第四，賽靈思還提供了“可擴(kuò)展性”。賽靈思設(shè)計(jì)的ZU2～ZU5搭配Cortex-A53和Cortex-R5等ARM子系統(tǒng)，能夠根據(jù)應(yīng)用需求添加更多可編程結(jié)構(gòu)。隨著新車(chē)評(píng)估計(jì)劃每12至16個(gè)月增加一項(xiàng)新要求，Tu強(qiáng)調(diào)，“相較于SoC相比，我們的解決方案提供了更多的靈活性。”

第五，賽靈思看好FPGA的適應(yīng)性，它能持續(xù)因應(yīng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)需要的功能不斷變化而隨之調(diào)整。

或許，最有助于描述這種適應(yīng)性的例子之一就是賽靈思所謂的“動(dòng)態(tài)功能交換”(DFX)。例如，假設(shè)賽靈思的芯片可用于Level 3自動(dòng)駕駛車(chē)的駕駛員監(jiān)控功能，那么，相同的芯片還可以重新編程，在代客停車(chē)應(yīng)用中執(zhí)行自動(dòng)停車(chē)功能。Tu解釋說(shuō)，這種可編程性能夠改變芯片的“個(gè)性”。

激光雷達(dá)市場(chǎng)占有率達(dá)九成

賽靈思另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是在激光雷達(dá)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。據(jù)Tu介紹，賽靈思的芯片不僅用于幾家主要的tier one激光雷達(dá)產(chǎn)品中，同時(shí)也被多數(shù)新創(chuàng)公司的設(shè)計(jì)采用。由于各種不同的激光雷達(dá)建置了許多不同技術(shù)，而這一技術(shù)匯流的趨勢(shì)也將持續(xù)下此，多家激光雷達(dá)供應(yīng)商開(kāi)始轉(zhuǎn)而采用賽靈思的可編程解決方案，這是可以理解的。

Magney說(shuō)：“許多激光雷達(dá)顯然都使用了FPGA，尤其是一些具有智能化而需要特殊處理的激光雷達(dá)。FPGA讓激光雷達(dá)制造商得以更新和調(diào)整其處理要求。而且，由于大多數(shù)激光雷達(dá)供應(yīng)商都是新公司，在這個(gè)階段采用ASIC解決方案并不切實(shí)際。”

但是在一個(gè)更大的計(jì)劃中，Demler質(zhì)疑90%的市占率究竟有多么重要。他指出，“這畢竟還是一個(gè)較小的市場(chǎng)…每年大概不超過(guò)100萬(wàn)個(gè)單位量。我猜測(cè)賽靈思可能與Velodyne有合作關(guān)系，但目前應(yīng)該還在研發(fā)中。”

Demler認(rèn)為，當(dāng)今的激光雷達(dá)市場(chǎng)“主要在于測(cè)繪(mapping)和工業(yè)應(yīng)用，而非汽車(chē)。”

在邊緣處理?

雖然激光雷達(dá)市場(chǎng)目前可能仍然微不足道，但賽靈思可望在邊緣的感知數(shù)據(jù)處理方面發(fā)揮更大的作用。

Magney說(shuō)：“我們也在由傳感器進(jìn)行處理數(shù)據(jù)的邊緣看到一些處理進(jìn)行。例如，激光雷達(dá)和雷達(dá)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)一些程序?qū)⒉糠萏幚硇枨髠魉椭羵鞲衅髂K，特別是針對(duì)ADAS。”

Magney指出：“FPGA可作為ADAS解決方案價(jià)值鏈中的重要組成部份，而且可能非常適用于處理豐富的成像雷達(dá)，這部份技術(shù)目前仍十分先進(jìn)。”

從ADAS到自動(dòng)駕駛

雖然FPGA在ADAS市場(chǎng)的表現(xiàn)不錯(cuò)，但Tu認(rèn)為FPGA的根本優(yōu)勢(shì)在于“低延遲和更高的傳輸速率”，這將在高度自動(dòng)化的汽車(chē)市場(chǎng)真正發(fā)揮作用。

當(dāng)GPU進(jìn)行深度學(xué)習(xí)推論時(shí)，他們需要大量的平行數(shù)據(jù)才能通過(guò)單指令多重?cái)?shù)據(jù)串流(SIMD)。為了進(jìn)行更多運(yùn)算和更少擷取，業(yè)界試圖開(kāi)發(fā)廣泛的SIMD架構(gòu)，但臨時(shí)文件仍存在限制。

相反地，F(xiàn)PGA能進(jìn)行batch-less的推論，Tu表示，這致使“無(wú)論批量大小都能提供低延遲和確定性延遲、更高的吞吐量以及一致的運(yùn)算效率。”

FPGA提供batch-less的推論(來(lái)源：Xilinx)

雖然原則上是這樣，但對(duì)于賽靈思最終將如何在自動(dòng)駕駛(AV)市場(chǎng)抗衡Nvidia和Mobileye，業(yè)界觀察家目前仍不愿作出任何判斷。

就在幾個(gè)月前，賽靈思曾經(jīng)談到它所謂的“自適應(yīng)運(yùn)算加速平臺(tái)”(ACAP)，該公司聲稱它將“超越傳統(tǒng)CPU和GPU的性能”。然而，該公司至今并未透露任何細(xì)節(jié)。Tu說(shuō)，ACAP今年將投片，但要到2019年以后才會(huì)開(kāi)始出貨。

那么，如果我們拿賽靈思的解決方案來(lái)和Nvidia或Mobileye作比較呢?Magney指出：“現(xiàn)在要作出什么結(jié)論還為時(shí)過(guò)早。Mobileye基于視覺(jué)的算法在同級(jí)方案中表現(xiàn)最佳，它們針對(duì)緊密整合的指令集(ASIC)進(jìn)行了強(qiáng)化。目前，從視覺(jué)角度來(lái)看，這是一場(chǎng)硬仗，但賽靈思將為客戶提供開(kāi)放的解決方案，這心封閉的方案更具有吸引力。”

至于Nvidia，Magney補(bǔ)充說(shuō)，“除非透過(guò)某些嚴(yán)格的基準(zhǔn)檢驗(yàn)，否則很難知道賽靈思是否比Nvidia更有效率。此外，Nvidia提供了一個(gè)完整的堆棧和SDK，因此，對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，目前Nvidia的堆棧更完整。”

整體而言，Demler指出：“我們看到數(shù)據(jù)中心將FPGA用于AI加速，因此，賽靈思在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)更專(zhuān)用的架構(gòu)也不至于讓我感到意外。FPGA可利用其DSP與平行架構(gòu)，提供極其適合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速的運(yùn)算能力。”

Demler表示：“最終，相較于其他解決方案，其挑戰(zhàn)在于成本和功耗。”

雖然與戴姆勒的合作被視為是“賽靈思的重要訂單”，但Magney表示很難知道終端應(yīng)用何時(shí)可用。

戴姆勒在新聞發(fā)布會(huì)上表示：“在此策略合作中，來(lái)自德國(guó)辛德?tīng)柗腋c印度班加羅爾兩地之奔馳車(chē)廠研發(fā)中心的深度學(xué)習(xí)專(zhuān)家，在賽靈思高度自適應(yīng)的汽車(chē)平臺(tái)上建置其AI算法。”該公司表示，Mercedes-Benz將使賽靈思AI處理器技術(shù)實(shí)現(xiàn)商品化，讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)最高的執(zhí)行效率。