“突破性能和功耗極限--新一代自動(dòng)駕駛處理器助力自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)化”的演講

地平線在年初喜獲6億美元融資，更讓人矚目的是，2018年地平線產(chǎn)品開始落地，AI芯片產(chǎn)品的出貨達(dá)到數(shù)十萬，2018營(yíng)收達(dá)數(shù)億元。2019年預(yù)計(jì)芯片整體出貨可達(dá)百萬量級(jí)，整體營(yíng)收會(huì)有數(shù)倍增長(zhǎng)。

2019第四屆ADAS與自動(dòng)駕駛論壇于3月21-22日在上海召開，論壇由CCIA智能網(wǎng)聯(lián)專委會(huì)與佐思產(chǎn)研主辦，地平線、縱目科技、中科慧眼、中電昆辰、富蘭光學(xué)、創(chuàng)景科技等單位支持。

地平線市場(chǎng)拓展與戰(zhàn)略規(guī)劃副總裁李星宇在論壇上發(fā)表了題為“突破性能和功耗極限--新一代自動(dòng)駕駛處理器助力自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)化”的演講。以下是演講全文。

目前， 業(yè)界的量產(chǎn)車型還在L2級(jí)別的ADAS階段，但是主機(jī)廠已經(jīng)在全力以赴推進(jìn)L3、L4的開發(fā)。在開發(fā)過程中，主機(jī)廠在計(jì)算方面面臨非常大的難題，就是算力不夠。我們來看現(xiàn)在主流的需求，自動(dòng)駕駛等級(jí)每升一級(jí)，就需要約13倍的算力提升。

算力的饑渴來自哪里？現(xiàn)在大部分算力用在感知，但是感知只是第一步，而且是算力要求最低的一步。往更高級(jí)別走需要融合，融合就需要建模，同時(shí)還要做預(yù)測(cè)，再往后需要基于人工智能和規(guī)則的混合決策，這些都需要更高的算力。

很多人在談到自動(dòng)駕駛芯片的時(shí)候，會(huì)問你們家芯片算力到底是多少？如果我們停留在討論多少T的算力，是不是能代表實(shí)際功效呢？事實(shí)上，我們要考慮算力有效性是怎樣的，這里的有效性指從經(jīng)濟(jì)和性能角度衡量AI計(jì)算。首先算力利用率如何？接下來要考量功耗如何？計(jì)算成本如何？最后也是最重要的，就是把AI的算力轉(zhuǎn)化為AI輸出的效率，這是多維的目標(biāo)輸出，包含目標(biāo)數(shù)量、準(zhǔn)確性等。我們要更加全面的衡量實(shí)際效能，才能夠真正評(píng)判一個(gè)自動(dòng)駕駛處理器的有效性如何。

大家知道卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有大量中間數(shù)據(jù)產(chǎn)生，這里的關(guān)鍵是如何合理調(diào)配內(nèi)存、外存的網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算單元之間的通路，如果不能得到充分的調(diào)配，那計(jì)算單元的效力也發(fā)揮不出來。為了解決這樣的瓶頸，地平線巧妙設(shè)計(jì)了計(jì)算構(gòu)架與存儲(chǔ)器訪問控制器，使它做到精確的匹配，通過這樣一種協(xié)同的設(shè)計(jì)，就可以達(dá)到極高的利用率，并且能夠?qū)⒐目刂圃谟行У淖銐虻偷姆秶鷥?nèi)。

地平線通過把算法、計(jì)算構(gòu)架以及工具鏈的協(xié)同，讓BPU能夠提供比GPU高30倍的性能。我們2017年年底發(fā)布了第一代BPU芯片，2019年會(huì)推出第二代芯片，有十倍性能的提升，車規(guī)級(jí)的設(shè)計(jì)。

我們還提供配套的開發(fā)平臺(tái)Matrix，在今年CES 上Matrix獲得了創(chuàng)新大獎(jiǎng)，Matrix現(xiàn)在版本還是FPGA來構(gòu)建，之后會(huì)替換成第二代的處理器，主要能力體現(xiàn)在視覺感知方面，通過BPU進(jìn)行算法加速，支持多目標(biāo)識(shí)別以及全景語義分割。

在語義分割里面，把斑馬線、紅綠燈、行駛區(qū)域全部通過偽彩表現(xiàn)出來（視頻播放）。通過不同組合，可以做到很好的360度短距和長(zhǎng)距的全覆蓋。很多人會(huì)說，這個(gè)芯片只適合做視覺處理，其實(shí)不是，同樣適合做激光點(diǎn)云的目標(biāo)識(shí)別。這樣使得我們未來很容易做到激光和視覺的融合識(shí)別，同時(shí)它有很高的可靠性，且有更好的吻合度，因?yàn)榧す饫走_(dá)有深度距離上的精準(zhǔn)測(cè)量，加上視覺的顏色信息，可以構(gòu)成非常精準(zhǔn)全面的信息輸入。

剛剛提到算法和架構(gòu)的協(xié)同設(shè)計(jì)。這里有一個(gè)基于地平線第二代BPU架構(gòu)和某主流芯片的效能算法對(duì)比。我們跑了老的算法比如Resnet，地平線BPU2.0有它的優(yōu)勢(shì)，但是不明顯，當(dāng)逐漸過渡到最新的算法，比如MobileNet-V2的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)效能劇增。實(shí)際上這種Depth-wise的算法要求計(jì)算構(gòu)架同步進(jìn)行更新，如果還是原來的大規(guī)模并行計(jì)算構(gòu)架，就不能很好發(fā)揮計(jì)算單元的效果，使得算力明顯下降。這是很有說服力的結(jié)果，如果不能把計(jì)算構(gòu)架和算法結(jié)合的話，很難發(fā)揮好的效果。

地平線提供深度學(xué)習(xí)的算法和處理器，同時(shí)我們保持足夠的開放度，提供開放的工具鏈，去支持客戶已有的算法。因?yàn)槲覀兠鎸?duì)的駕駛環(huán)境足夠多，地平線的算法模型不可能在每個(gè)維度上都可以覆蓋到，尤其是面向不同場(chǎng)景的模型。所以我們提供了工具鏈，能夠使客戶在標(biāo)準(zhǔn)算法框架下，通過我們的模型轉(zhuǎn)化工具，將客戶的模型適配到我們自己的算法，轉(zhuǎn)化成我們的芯片可以執(zhí)行的非常高效的runtime。

地平線提供全棧感知軟件和全棧工具鏈?，F(xiàn)在作為一家芯片公司，要做的不僅僅是AI芯片的開發(fā)，更大的工作量是構(gòu)建全棧的工具鏈以及底層軟件?，F(xiàn)在全球有超過70家初創(chuàng)公司做AI芯片，但是真正具備強(qiáng)大工具鏈開發(fā)能力的公司并不多。另外，我們還需要考慮在全棧軟件開發(fā)上，都需要符合主動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)，這是更大的挑戰(zhàn)。

在過去幾十年P(guān)C發(fā)展史里面，雖然沒有深度學(xué)習(xí)，但從本質(zhì)上講，都是在提高性能、降低功耗。傳統(tǒng)的計(jì)算構(gòu)架的積累，經(jīng)典的方法論已經(jīng)非常成熟了，地平線通過把經(jīng)典理論和深度學(xué)習(xí)算法結(jié)合，最終也能達(dá)到非常好的效果。比如我們通過指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的巧妙組合，使得數(shù)據(jù)存取/指令執(zhí)行可以并行進(jìn)行，進(jìn)一步提升整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行效果。

接下來再看另外一個(gè)創(chuàng)新成果Navnet，這是業(yè)界第一次基于視覺的實(shí)時(shí)3D定位和語義地圖構(gòu)建Solution。我們基于單目的前攝像頭，可以進(jìn)行視覺點(diǎn)云的重建。過去如果進(jìn)行點(diǎn)云重建都是用激光雷達(dá)，非常昂貴，Navnet提供了非常低成本的解決方案。點(diǎn)云定位的優(yōu)勢(shì)在那里？非常穩(wěn)定。另外還可以基于點(diǎn)云提取語義，很好把點(diǎn)云進(jìn)行參數(shù)化，提取必需的地圖元素。

這樣的低成本的解決方案，意味著可以做大規(guī)模的眾包建圖方案實(shí)施。我們第一次把這樣的方案放在廉價(jià)的邊緣計(jì)算設(shè)備上進(jìn)行，使得我們對(duì)地圖元素的采集非常方便，包括標(biāo)識(shí)牌、人行橫道、車道線、紅綠燈、路燈等構(gòu)成一個(gè)高可靠性的，3D實(shí)時(shí)語義地圖，使地圖有實(shí)時(shí)更新的能力。

我們可以提供后裝的解決方案，未來結(jié)合ADAS，可以變成前裝解決方案，大規(guī)模地采集數(shù)據(jù)，能夠在云上進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并且把數(shù)據(jù)傳回到云端，如果車輛覆蓋密度足夠高的話，我們可以大大優(yōu)化地圖的精度，再推送到車輛，形成一套完整的閉環(huán)解決方案。

Navnet的輸出可以分為多層，可以直接輸出點(diǎn)云，也可以輸出結(jié)構(gòu)化的語義信息，而語義地圖的輸出吞吐量是很小的，不到100K。

最后分享一點(diǎn)對(duì)于業(yè)界最新趨勢(shì)的觀察，我們看到過去傳統(tǒng)的分布式ECU構(gòu)架逐漸集中化了，這樣過程中會(huì)有過度階段，比如說多域控制器，還有域控制器之間的融合，逐漸演進(jìn)。

過去的分布式的EE架構(gòu)，使得軟件開發(fā)更新特別麻煩。同時(shí)，如果今后還是分布式架構(gòu)，為了達(dá)到功能安全的要求，所有的傳感器都要兩套，成本太高了。通過這種高度融合的方式，形成單一的中央計(jì)算機(jī)，加上感知層、執(zhí)行區(qū)這樣的概念，可以充分的利用已有的技術(shù)，在上層增加非常多的安全路由，可以動(dòng)態(tài)調(diào)配集成資源，每個(gè)集成資源都可以共享多個(gè)資源和機(jī)組，這很像人體的架構(gòu)。

在未來還會(huì)和云端結(jié)合，形成一種端云結(jié)合的協(xié)同式?jīng)Q策感知解決方案。這樣一種新的體系構(gòu)架，事實(shí)上對(duì)感知能力提出了更高要求。

如果我們只是做L2級(jí)別ADAS的話，可能只需要關(guān)注目標(biāo)識(shí)別就夠了，不需要那么強(qiáng)的感知能力。如果我們放到新的構(gòu)架下，它對(duì)感知能力需求就會(huì)變得非常高，而且要求感知能力要持續(xù)提升，所以未來，當(dāng)我們部署一套硬件設(shè)備以后，它的能力需要持續(xù)的進(jìn)化，我們需要持續(xù)不斷迭代它的軟件，進(jìn)而為未來的各種各樣應(yīng)用開發(fā)提供非常好的基礎(chǔ)層。

這樣的構(gòu)架下，事實(shí)上對(duì)智能駕駛的芯片整體能力又提出了新要求，比原來面向單一功能要求高得多。所以這也是為什么地平線持續(xù)提升感知維度的根源所在。

自動(dòng)駕駛?cè)绻嬲涞?，面臨無數(shù)的問題，我們希望和在座的朋友一起，攜手并進(jìn)，把這件事情落到實(shí)處，謝謝各位！