汽車電子中車載處理器如何讓自動(dòng)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(jí)自動(dòng)駕駛的量產(chǎn)車?？梢?jiàn)，無(wú)論是新興力量還是老牌車企都在積極研發(fā)自動(dòng)駕駛汽車，但自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展離不開(kāi)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(jué)傳感器讓自動(dòng)駕駛汽車會(huì)“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(huì)“思考”？

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

東芝電子（中國(guó)）有限公司中國(guó)汽車行業(yè)市場(chǎng)部副總監(jiān)譚弘

奧迪L3級(jí)的自動(dòng)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(dòng)駕駛功能的汽車僅達(dá)到了L2級(jí)，更因?yàn)橄M(fèi)者對(duì)自動(dòng)駕駛汽車充滿期待。東芝電子（中國(guó)）有限公司中國(guó)汽車行業(yè)市場(chǎng)部副總監(jiān)譚弘在接受《華強(qiáng)電子》記者采訪時(shí)表示：“自動(dòng)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(shí)日。ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）作為自動(dòng)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(chǎng)能為自動(dòng)駕駛的發(fā)展作前期鋪墊。中國(guó)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(duì)汽車電子領(lǐng)域的投入，估計(jì)也會(huì)緊跟國(guó)際大廠推出準(zhǔn)量產(chǎn)級(jí)別的車型，試探市場(chǎng)反應(yīng)?！?/p>

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

對(duì)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(chǎng)部經(jīng)理呂雪良介紹，ADAS或自動(dòng)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(wú)法辨別車道，碎片或者道路坑槽等。攝像頭的視覺(jué)處理技術(shù)可以更好地辨別道路上的標(biāo)識(shí)，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(guó)區(qū)汽車電子銷售中心汽車電子應(yīng)用技術(shù)部部長(zhǎng)林志恩進(jìn)一步表示：“攝像頭是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的主要傳感器之一，對(duì)于車輛周邊中短距離的場(chǎng)景和一些物體需要依靠攝像頭來(lái)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(shí)別，將正確結(jié)果給到中央控制系統(tǒng)?！?/p>

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

不過(guò)單目ADAS的安全性因?yàn)?a href="http://ttokpm.com/tags/特斯拉/" target="_blank">特斯拉的安全事故受到外界質(zhì)疑，所以特斯拉、奔馳、寶馬等廠商都開(kāi)始使用雙目ADAS方案，通過(guò)雙目視覺(jué)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(jué)ADAS高動(dòng)態(tài)攝像頭不同的廣角攝像頭，數(shù)量也達(dá)到4個(gè)或者更多。因此無(wú)論是為了提升自動(dòng)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(wú)疑將帶來(lái)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(shí)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(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)。

那么，車載處理器廠商如何才能滿足視覺(jué)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(lái)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(shí)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(duì)多路攝像頭的信號(hào)，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(shì)?！?/p>

東芝同樣有針對(duì)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(chǎng)。后一代產(chǎn)品Visconti4目前已經(jīng)量產(chǎn)，擁有8核+14個(gè)硬件圖像/算法加速器，性能提升2倍以上，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)8項(xiàng)功能，如車道保持、前車識(shí)別/防撞、行人識(shí)別、交通標(biāo)識(shí)識(shí)別、騎自行車人識(shí)別、障礙物識(shí)別等，Visconti4還具有實(shí)時(shí)性、低功耗、成熟性等優(yōu)勢(shì)?！?/p>

索喜則采用硬件+軟件的方式滿足汽車視覺(jué)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(duì)此，我們提供像MOD，AOD 等算法，且MIRANDA 處理器專門開(kāi)發(fā)了一個(gè)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(shí)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(kāi)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(huì)“思考“

據(jù)悉，目前自動(dòng)駕駛處理器的性能已經(jīng)要求達(dá)到幾萬(wàn)DMIPS再加上幾十個(gè)TOPS深度學(xué)習(xí)處理能力，未來(lái)更多的傳感器融合和更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛對(duì)處理器的性能要求自然更高。這里所說(shuō)的融合，并不是指將各種傳感器融合在一個(gè)芯片或者一個(gè)裝置里，而是融合多種傳感器所采集到的信號(hào)，通過(guò)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(dòng)駕駛。對(duì)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(duì)不同的信號(hào)做不同的處理和融合。但目前汽車CAN總線無(wú)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(lái)可能成為主流。東芝通過(guò)與高通，英特爾等公司的深入合作，推出高通汽車平臺(tái)，英特爾汽車平臺(tái)的專業(yè)Ethernet_AVB橋接芯片Neutrino為平臺(tái)標(biāo)配產(chǎn)品?！?/p>

不過(guò)，車載處理器的計(jì)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(gè)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?！拔磥?lái)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jì)中CNN也會(huì)做的更大。瑞薩R-Car第三代產(chǎn)品會(huì)加入深度學(xué)習(xí)CNN，CV等專用IP來(lái)滿足人工智能的需求，這些專用的IP將會(huì)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(gè)自動(dòng)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(lái)，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(shí)，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(kāi)發(fā)的人工情感智能技術(shù)“情感引擎”，可通過(guò)駕駛員的語(yǔ)言識(shí)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(duì)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(lái)，為滿足L5級(jí)自動(dòng)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(huì)進(jìn)一步增加?！?/p>

東芝則與DENSO攜手開(kāi)發(fā)一種被稱為“深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)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(kāi)發(fā)的圖像識(shí)別系統(tǒng)，更加精準(zhǔn)的圖像識(shí)別幫助實(shí)現(xiàn)先進(jìn)駕駛員輔助和自動(dòng)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(jì)2018-2019年會(huì)提供市場(chǎng)。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。