地平線黃暢：智能計(jì)算架構(gòu)2.0時(shí)代到來 高性能大算力AI芯片催化新能源汽車產(chǎn)業(yè)變革

（電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道 文/章鷹）近日，全球汽車行業(yè)傳來好消息，國際評級機(jī)構(gòu)惠譽(yù)發(fā)布最新報(bào)告，預(yù)計(jì)到2030年，全球電動車銷量將突破3400萬輛，電動車市場份額將達(dá)到28%。假設(shè)2030年電動車在中國、歐盟和美國的新車占比分別是45%、52%和40%，中國將是全球最大的電動車市場。

“智能汽車是堪比‘計(jì)算機(jī)誕生’級別的顛覆式創(chuàng)新，中國已經(jīng)成為全球頂級汽車智能芯片的角斗場，高通、英偉達(dá)等海外廠商芯片首發(fā)都在中國車型上，通過先進(jìn)技術(shù)的加持，中國市場產(chǎn)生智能汽車爆款，激發(fā)了消費(fèi)者對智能汽車購買的強(qiáng)需求。”地平線聯(lián)合創(chuàng)始人、CTO黃暢對電子發(fā)燒友記者表示。

“自動駕駛走向量產(chǎn)落地，算力的需求持續(xù)提升。我們認(rèn)為現(xiàn)在主流車廠的就是L2＋到L4級別自動駕駛的演進(jìn)路線。AI算法的進(jìn)化極大推動了汽車智能化的發(fā)展，自動駕駛所覆蓋的應(yīng)用場景已經(jīng)從最早的防撞、車道線保持，到現(xiàn)在的變道超車，甚至在各種復(fù)雜條件下完成更加復(fù)雜的功能。這些新功能對于數(shù)據(jù)處理和計(jì)算平臺算力需求不斷提升。新的趨勢是AI計(jì)算逐步取代邏輯計(jì)算，成為車載計(jì)算的核心，尤其走向L3以上更高級別的自動駕駛。”

圖：地平線聯(lián)合創(chuàng)始人、CTO黃暢

為什么解決高等級自動駕駛要借助智能計(jì)算架構(gòu)2.0？在大算力芯片加速上車的浪潮中，征程5和貝葉斯架構(gòu)具備怎樣的軟硬一體化優(yōu)勢？在“軟件定義汽車”的趨勢下，地平線先后宣布和上汽、比亞迪等車廠合作，地平線為何能贏得國內(nèi)汽車大廠青睞？黃暢給我們帶來智能計(jì)算前沿趨勢的解讀和獨(dú)家觀察。

智能計(jì)算架構(gòu)2.0時(shí)代到來，應(yīng)自動駕駛技術(shù)新范式而生

智能計(jì)算架構(gòu)2.0時(shí)代的到來正是應(yīng)對高級別自動駕駛需求誕生的。黃暢分析說：“在PC時(shí)代，電腦是通用任務(wù)處理的機(jī)器，需要的是通用計(jì)算能力，因此PC的計(jì)算架構(gòu)主要是邏輯計(jì)算CPU。手機(jī)時(shí)代，手機(jī)成為通用的多媒體聯(lián)網(wǎng)交互平臺，重要的功能是支付、拍照、上網(wǎng)等等，以CPU+GPU作為主要計(jì)算架構(gòu)。到了智能汽車時(shí)代，需求顯然不一樣，對于智能汽車這個(gè)‘新物種’，視覺感知、決策規(guī)劃、人機(jī)交互的任務(wù)處理都是非常重要的，就需要支持智能駕駛及智能交互的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算架構(gòu)，以地平線BPU為代表?！?br />

人工智能在推動智能駕駛的發(fā)展進(jìn)程中非常重要，比如地平線最新一代的基于征程5的自動駕駛系統(tǒng)里面，很多在CPU上的負(fù)載，就是過去跑那些規(guī)則的算法，都被用數(shù)據(jù)驅(qū)動、深度學(xué)習(xí)的模型給替代掉了，這降低對CPU負(fù)載需求，形成了以BPU為代表的子系統(tǒng)，這種基于數(shù)據(jù)流的分布式異構(gòu)計(jì)算，支持更高階、更多傳感器的高等級輔助駕駛方案的落地。

隨著自動駕駛級別的提升，單車傳感器的數(shù)量呈倍級增加。預(yù)計(jì)自動駕駛Level 1-2 級需要10-20 個(gè)傳感器，Level 3 級需要20-30 個(gè)傳感器，Level 4-5 級需要40-50 個(gè)傳感器。同時(shí)，隨著數(shù)據(jù)量的猛增，對于算力的需求也是倍增的，其中L2級別的自動駕駛，計(jì)算能力大致需要10TOPS；L3需要100TOPS以上的算力；到L3+的算力級別已經(jīng)上升到1000TOPS以上。

地平線去年推出的第三代車規(guī)級AI芯片“征程5”，該芯片采用16nm工藝，單顆芯片AI算力達(dá)128TOPS，典型功耗30W，支持16路攝像頭感知計(jì)算，可覆蓋L4級自動駕駛需求，是國內(nèi)首款可量產(chǎn)的百TOPS級大算力AI芯片。

黃暢指出，基于規(guī)則實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算，典型的是CPU，用邏輯驅(qū)動的方式進(jìn)行編程，我們稱之為智能計(jì)算架構(gòu)的1.0時(shí)代。通過端云數(shù)據(jù)不斷的聚合，并且化繁為簡的開發(fā)范式和算法，以及軟硬結(jié)合的計(jì)算架構(gòu)的不斷迭代，我們會推演到智能計(jì)算架構(gòu)的2.0時(shí)代，這是典型的數(shù)據(jù)驅(qū)動，尤其以深度學(xué)習(xí)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)為代表的這種全新的計(jì)算架構(gòu)的衍生。

這個(gè)范式級別的架構(gòu)革新將會和與它支撐的軟件、硬件的計(jì)算架構(gòu)相結(jié)合，從而加速實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自編程和應(yīng)用的自適應(yīng)。這是智能計(jì)算架構(gòu)2.0，讓機(jī)器更自主、讓開發(fā)更簡單、讓計(jì)算更智能。

現(xiàn)在主流的一種觀點(diǎn)認(rèn)為，以美國新能源汽車廠商特斯拉為例，這家公司構(gòu)建自動駕駛的數(shù)據(jù)閉環(huán), 自動駕駛的算法模塊，基本都是數(shù)據(jù)驅(qū)動的訓(xùn)練模型要優(yōu)于基于規(guī)則或者優(yōu)化的，尤其是感知和預(yù)測。Tesla建立了Autopilot數(shù)據(jù)引擎框架：確認(rèn)模型誤差、數(shù)據(jù)標(biāo)注和清洗、模型訓(xùn)練和重新部署。

征程系列芯片是地平線推出的車規(guī)級SoC，包含CPU子系統(tǒng)、BPU子系統(tǒng)，視頻輸入系統(tǒng)、圖像前處理系統(tǒng)、編解碼系統(tǒng)、內(nèi)存管理系統(tǒng)、外設(shè)管理等。對于地平線最重要的是里面的BPU，這是地平線自己設(shè)計(jì)的IP，并且與其他IP一起組成了SoC。地平線的貝葉斯架構(gòu)顯然是在自研基礎(chǔ)上，形成基于深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動為特征的計(jì)算范式。

受益于軟件架構(gòu)！征程5算力實(shí)現(xiàn)“可持續(xù)增長”，生態(tài)合作模式引來眾多廠商

“2021年7月發(fā)布，AI芯片征程5發(fā)布時(shí)單顆算力128TOPS，最強(qiáng)計(jì)算性能為1283 FPS，受益于軟硬結(jié)合，在一年的時(shí)間里提高到了1583 FPS。這個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是如何實(shí)現(xiàn)的呢？”黃暢表示，征程5芯片的硬件、算法都沒有變，變的是軟件架構(gòu)。我們僅僅通過編譯器調(diào)度、軟件架構(gòu)上的演進(jìn)，獲得20%性能提升。即通過軟件、算法、硬件架構(gòu)的設(shè)計(jì)，我們還可以持續(xù)推進(jìn)端到端整體的計(jì)算架構(gòu)計(jì)算效率持續(xù)往前演進(jìn)。

過去十年，各個(gè)領(lǐng)域的AI算法大約平均每9-14個(gè)月達(dá)成相同精度條件下計(jì)算次數(shù)下降一半，這個(gè)速度比歷史上最快的摩爾定律18個(gè)月翻倍還要快，而且它還在持續(xù)不斷成長。黃暢認(rèn)為，在芯片設(shè)計(jì)的過程中，要關(guān)注硬件設(shè)計(jì)的架構(gòu)是如何被算法所定義，要思考如何通過軟硬協(xié)同達(dá)到性能最優(yōu)解。

為了應(yīng)對新的需求，地平線在征程5芯片上搭載了第三代的處理器架構(gòu)貝葉斯，它聚焦最新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，能滿足自動駕駛場景需求，它本身的近存計(jì)算體系，脈動張量陣列和大并發(fā)的數(shù)據(jù)橋，使得它有很好的計(jì)算密度和能效。具體表現(xiàn)就是能夠支持不同自動駕駛場景下的AI算子，高度軟硬件并行化，實(shí)現(xiàn)了128TOPS的超強(qiáng)AI算力以及60MS的業(yè)界最低延遲。

截至2021年底，地平線征程芯片累計(jì)出貨量突破100萬片。目前，地平線已與超過20家車企簽下超過70款車型的前裝量產(chǎn)定點(diǎn)項(xiàng)目，成為量產(chǎn)規(guī)模最大的中國車規(guī)級AI芯片企業(yè)。高工智能汽車研究院數(shù)據(jù)顯示，今年1-5月地平線出貨量在智能駕駛域控制器芯片前裝市場第三方供應(yīng)商排名中位列第一。

征程5還在續(xù)寫地平線新的前進(jìn)腳步。今年國內(nèi)汽車行業(yè)四大廠商，包括比亞迪、上汽、一汽紅旗、自游家先后和地平線合作，揭開了征程5在高等級自動駕駛量產(chǎn)車的序幕。

4月21日，比亞迪與地平線正式宣布達(dá)成定點(diǎn)合作，比亞迪將在其部分車型上搭載地平線高性能、大算力自動駕駛芯片征程5，打造更具競爭力的行泊一體方案，實(shí)現(xiàn)高等級自動駕駛功能。按照計(jì)劃，搭載地平線征程5的比亞迪車型最早將于2023年中上市。

7月18日，地平線宣布與上汽集團(tuán)、零束科技深化戰(zhàn)略合作，基于地平線高性能大算力車規(guī)級AI芯片，共同打造面向未來的智能駕駛計(jì)算平臺，推動高階智能駕駛產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用。圍繞上汽“銀河”智能車全棧解決方案（包括計(jì)算平臺、電子架構(gòu)、軟件平臺、智能云平臺、艙駕融合數(shù)字化體驗(yàn)產(chǎn)品），地平線與上汽集團(tuán)將合力打造搭載征程5芯片的智駕計(jì)算平臺，以及搭載下一代大算力芯片征程6的艙駕融合國產(chǎn)計(jì)算平臺，兩大計(jì)算平臺的量產(chǎn)車型預(yù)計(jì)將于2023年、2025年依次實(shí)現(xiàn)落地。

未來，我們期待地平線帶來算力更大的征程6芯片，在自動駕駛大算力芯片發(fā)展上，中國廠商用自己的表現(xiàn)讓世界矚目。

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