無(wú)人駕駛的“大腦”和“小腦”分析

IT行業(yè)在近期以及未來(lái)一段時(shí)間與國(guó)家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略密切相關(guān)，美國(guó)國(guó)會(huì)先后發(fā)布關(guān)于中國(guó)黑客對(duì)美國(guó)高科技企業(yè)實(shí)施“硬件植入”的虛假報(bào)告，美國(guó)國(guó)務(wù)卿落地北京三小時(shí)即離去的新聞。再加上今年四月份的ZTE受美國(guó)制裁事件，可以預(yù)感到，在芯片層面，幾乎完全依賴美國(guó)和其小伙伴們的汽車電子產(chǎn)業(yè)將受到長(zhǎng)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(shí)刻被激發(fā)出來(lái)。作為從業(yè)者，還是衷心希望中美關(guān)系能夠在平等互利的框架下緩和，產(chǎn)業(yè)能夠穩(wěn)步發(fā)展。

結(jié)合目前的現(xiàn)狀和近半年來(lái)海高汽車取得的一些新的進(jìn)展，在此為大家更加詳細(xì)的分解和分析一下無(wú)人駕駛的“大腦”和“小腦”。

按照人的生理構(gòu)造，與日?；顒?dòng)有關(guān)的部分由感知（眼、耳、鼻、舌、皮膚等），認(rèn)知、決斷、記憶（大腦），運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性控制（小腦）、信息傳遞（神經(jīng)系統(tǒng)）及執(zhí)行（骨骼、肌肉）組成。對(duì)照到一輛智能汽車上，各種車內(nèi)外傳感器組成感知，運(yùn)算域控單元完成融合認(rèn)知決策和地圖、數(shù)據(jù)和策略的記憶，底盤運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)完成車輛縱橫向運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，總線構(gòu)成指令和反饋的信息通路，驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、車身、燈光、舒適等系統(tǒng)完成運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行。

傳感器系統(tǒng)的感知精度、響應(yīng)速度、環(huán)境適應(yīng)性不斷提升，成本也在不斷下降，這里面主要設(shè)計(jì)半導(dǎo)體、電化學(xué)、光學(xué)、機(jī)電控制、工藝、算法、材料科學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域，尤其是高功率密度的半導(dǎo)體技術(shù)、高精度機(jī)電控制和材料科學(xué)方面，是我國(guó)的薄弱環(huán)節(jié)，但大家也可看到，近年來(lái)在各大科研院所的推進(jìn)下不斷的在取得突破。

而高精度地圖和算法方面，國(guó)內(nèi)并不落后，甚至可以說(shuō)在世界范圍內(nèi)屬于第一梯隊(duì)。

例如執(zhí)行器本身，在中國(guó)制造2025國(guó)策的推動(dòng)下，也躋身世界先進(jìn)的行列，可以說(shuō)肌肉骨骼都是相對(duì)強(qiáng)健的。

但是，高性能車載運(yùn)算平臺(tái)“大腦”和對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)協(xié)調(diào)控制“小腦”方面，還有很大的提升和發(fā)展空間，屬于核心領(lǐng)域。海高汽車的目標(biāo)就是在這兩個(gè)領(lǐng)域取得突破，最終實(shí)現(xiàn)中國(guó)自主可控的“大腦”和“小腦”。本文將分為上、中、下三篇對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)的分析和描述。

在一個(gè)相對(duì)落后的領(lǐng)域取得突破，通常大家會(huì)采取“三步走”的策略：

學(xué)習(xí)借鑒；

自主研發(fā)；

實(shí)現(xiàn)超越。

拿到行業(yè)先進(jìn)友商及合作伙伴的量產(chǎn)產(chǎn)品和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模型是學(xué)習(xí)借鑒的根本，如下提到的各種“大腦”平臺(tái)，海高汽車絕大多數(shù)都對(duì)實(shí)物進(jìn)行了詳盡的分析和評(píng)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(gòu)采用了SoC+GPU+MCU的方式，在AP2.0上，主要由一個(gè)英偉達(dá)Parker SoC、一個(gè)英偉達(dá)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(lián)，提供LVDS的攝像頭接口、CAN、LIN總線和AVB/TSN高速網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)傳感器接入和車輛可靠控制。其架構(gòu)參考來(lái)源是英偉達(dá)Drive PX2系列自動(dòng)駕駛開發(fā)平臺(tái)。

但AP2.5做了一定的升級(jí)，增加了一顆Parker SoC，以此提升GPU的運(yùn)算頻率，增加多路攝像頭接口，并以英特爾的Apollo Lake C3900加上NXP的MPC5748G實(shí)現(xiàn)信息娛樂(lè)系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的整合，兩塊主板以高速總線互聯(lián)，并共享基于液傳到的熱管理。

提到特斯拉，不得不說(shuō)英偉達(dá)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的布局。

英偉達(dá)

從英偉達(dá)的整體來(lái)看，在云和端針對(duì)自動(dòng)駕駛和未來(lái)座艙做了非常詳盡和深入的布局，所以成為目前市場(chǎng)量產(chǎn)車型最大的運(yùn)算平臺(tái)芯片供應(yīng)商，不是一日之功。

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

而在云端上，英偉達(dá)則布局了DGX系列和更高性能的GPU運(yùn)算數(shù)據(jù)中心HGX系列以及相關(guān)的DL框架，訓(xùn)練和仿真系統(tǒng)。

在車端上，英偉達(dá)的布局已經(jīng)從單純的Drive硬件平臺(tái)，演進(jìn)成整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，以Linux/QNX為底層的Drive OS，面向自動(dòng)駕駛的Drive AV以及面向未來(lái)座艙交互的Drive IX中間層已經(jīng)形成較為完整的未來(lái)架構(gòu)。

值得注意的是，1~4代產(chǎn)品性能孱弱的Tegra SoC的CPU部分，從Tegra K開始Denver丹佛架構(gòu)已經(jīng)不輸高通的架構(gòu)，CPU架構(gòu)方面的細(xì)節(jié)后續(xù)作者會(huì)以一篇單獨(dú)的文章進(jìn)行分析。

同時(shí)，海高汽車在一段時(shí)間內(nèi)面向量產(chǎn)的運(yùn)算平臺(tái)都會(huì)以英偉達(dá)的GPU和SoC為主，包括Intel Kabylake + GP104的WiseADCU M6 DevKit以及基于Parker+GP106的WiseADCU S1 ProdKit，不出意外的話，海高汽車也將是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)自主定制Xavier架構(gòu)SoC的車載域控單元WiseADCU X1 ProdKit的國(guó)內(nèi)企業(yè)。此外，16路GMSL高清攝像頭和雙千兆、4BRR百兆以太網(wǎng)和8路CAN、4路LIN支持，以30瓦功耗實(shí)現(xiàn)15倍于Parker面向量產(chǎn)L3+的旗艦方案年內(nèi)將在數(shù)家自主品牌主機(jī)廠實(shí)施測(cè)試。

當(dāng)然，英特爾作為芯片行業(yè)的帶頭大哥，怎能坐視英偉達(dá)這個(gè)數(shù)次差點(diǎn)掛掉的小兄弟在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的碾壓之勢(shì)。從百億美刀收購(gòu)Mobileye那一刻起，軍備競(jìng)賽就已開始。

英特爾

從上圖中可以看出，英特爾除了品牌、產(chǎn)業(yè)認(rèn)可和資金優(yōu)勢(shì)之外，云+管+端的全面布局，也是非常值得期待。

CPU不用多說(shuō)，英飛凌的基帶目前已經(jīng)得到蘋果的青睞，幾乎把高通踢出局了，而英偉達(dá)高買低賣的Icera基帶退出移動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)背后的故事和辛酸可能只有黃教主能深刻體會(huì)。除了芯片和基帶，Mobileye的算法、數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)的積累，Altera的FPGA，WindRiver的操作系統(tǒng)，Movidius和Nervana的AI算法和架構(gòu)，Yogitech的功能安全以及ITSeeZ的RealSense構(gòu)成了強(qiáng)大的“航母艦隊(duì)”，面對(duì)英偉達(dá)的核潛艇+核導(dǎo)彈驅(qū)逐艦的火力，鹿死誰(shuí)手猶未可知，真是一場(chǎng)值得期待堪比星球大戰(zhàn)的大戲。

雖然中國(guó)政府否決了高通對(duì)NXP的收購(gòu)，但是對(duì)NXP來(lái)說(shuō)，這艘在汽車領(lǐng)域里火力強(qiáng)大的戰(zhàn)列艦，以其扎實(shí)的底蘊(yùn)和武器裝備的不斷升級(jí)，守住并拓展自己的領(lǐng)地應(yīng)該不成問(wèn)題。

“任何一輛當(dāng)代汽車?yán)锩娑急厝挥蠳XP的芯片或?qū)＠夹g(shù)”，這種底氣來(lái)源于強(qiáng)大的實(shí)力和多年的堅(jiān)持，在完成對(duì)Cognivue以及OmniPHY的收購(gòu)之后，NXP幾乎補(bǔ)齊了從傳感器、運(yùn)算、車內(nèi)通信到執(zhí)行控制芯片的全部產(chǎn)業(yè)鏈。

如果說(shuō)Cognivue收購(gòu)S32V2是一次不太成功的試水，S32V3的強(qiáng)大，則讓人無(wú)法忽視其將對(duì)視覺(jué)感知為核心的L2+市場(chǎng)帶來(lái)的沖擊。而且NXP也是為數(shù)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(jié)來(lái)看，作者在本文中詳細(xì)解讀分析了自動(dòng)駕駛運(yùn)算控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛的“大腦”和“小腦”。