在汽車電子中什么樣的GPU才能走得更遠

　　無論是新動力系統(tǒng)，車載信息娛樂系統(tǒng)，還是自動駕駛汽車，汽車技術(shù)都在以前所未有的速度迅猛發(fā)展。新的顛覆性技術(shù)和行業(yè)參與者正在向傳統(tǒng)的汽車概念發(fā)起挑戰(zhàn)。明天的駕駛體驗將與今天大不相同。

　　目前在某些地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了自動駕駛汽車，預(yù)計到2030年，路面上四分之一的汽車將在一定程度上實現(xiàn)自動駕駛。未來的駕駛艙會有什么樣的變化？汽車和駕駛員是怎么溝通的？ 駕駛員從駕駛責(zé)任中解脫出來，會給駕駛艙和信息娛樂系統(tǒng)的設(shè)計帶來怎樣的影響？

　　潛在的挑戰(zhàn)

　　在2025年左右，汽車將實現(xiàn)完全的自動化，與今天的汽車相比會有很大的不同。它將在旅途中為乘客提供各種各樣的功能：它可以成為辦公室、起居室、休息場所和娛樂中心。汽車的設(shè)計將徹底顛覆當前的形式，沒有方向盤和面向汽車內(nèi)部的座椅。駕駛員無需看到汽車擋風(fēng)玻璃外發(fā)生的一切事情。車窗會減少或消失，汽車將提供更多的私人空間。 盡管實現(xiàn)這些尚需時日，但一些主要趨勢已經(jīng)可以看到。

　　未來的汽車將裝備大量的屏幕，這將對功能強大、功效高的GPU的需求大大增加，這些GPU可以處理海量像素，并支持增強現(xiàn)實（AR）、手勢控制和先進的人機接口（HMI）。

　　有人建議，在下一代汽車中應(yīng)當配備10個屏幕，提供高達72K的組合分辨率（通過多個4K分辨率屏幕）。 這包括當前已經(jīng)開始部署在高端汽車中的平視顯示器（HUD）。平視顯示器通常投影到擋風(fēng)玻璃上或具有無限深度的特定屏幕上，因此駕駛員無需像查看現(xiàn)在的傳統(tǒng)儀表板那樣重新調(diào)整視線，就可以在平視視野中看到信息。這些平視顯示器將會變得更加豐富和復(fù)雜，基于擋風(fēng)玻璃的分屏平視顯示器分為乘客和駕駛員的部分，只有坐在駕駛員或乘客座位上的人才能看到其所對應(yīng)的顯示器。這一技術(shù)的核心是GPU技術(shù)，它不僅將圖像展示到儀表板的屏幕上，而且還將它們展示在平視顯示器上。

　　比如，注視跟蹤這類的技術(shù)將與有駕駛員的汽車中的HUD結(jié)合，以將駕駛的相關(guān)信息顯示在駕駛員視線的中心。凝視方向也可以用來判斷駕駛員的注意力是否在道路上。如果駕駛員注意力不集中，通過 GPU上的算法可以進行計算并發(fā)出警示。

　　人機接口的重要性

　　隨著自動駕駛從Level 1進展到Level 5，在控制需要傳遞給駕駛員的Level 2和Level 3中，HMI將變得越來越重要。此外，當汽車代替駕駛員采取動作時，需要給駕駛員發(fā)出通知，這樣他們才不會被突如其來的操作嚇到。

　　今天，人們與儀表板的互動在很大程度上是基于視覺的。而未來，語音交互、音頻響應(yīng)、振動警報、手勢控制和預(yù)計的視覺警告將越來越多地被應(yīng)用到平視顯示器上。

　　在幫助用戶適應(yīng)自動駕駛汽車的新體驗時，新的HMI將發(fā)揮重要的社會作用。在過渡期間，人們將不得不學(xué)會相信無人駕駛車輛。乘客應(yīng)該隨時了解車內(nèi)發(fā)生的情況：為什么選擇這條車道，周圍有哪些車，哪條路很堵，路線是怎么計算的。 包含了圖像和音頻元素的精心設(shè)計的HMI將成為接受自動駕駛汽車的基礎(chǔ)。人機界面應(yīng)該通過自然的方式來顯示汽車的決策過程，讓乘客感覺更安全，更舒適。例如，汽車增強現(xiàn)實（AR）可以使用具有全息膜的組合玻璃，就像一個透鏡，只反射特定波長。人們將透過擋風(fēng)玻璃前面的組合玻璃看到投影視頻或交互界面。

　　當然，挑戰(zhàn)也會不斷出現(xiàn)。例如，人們必須改掉過去先觀察后視鏡再進行操作的基本駕駛習(xí)慣。 而且研發(fā)人員還必須向人們證明HMI的新特點提供的體驗比現(xiàn)在更好、更精確。

　　AR會給汽車帶來哪些改變？

　　下一個十年AR將會給汽車帶來什么？ AR是一種將虛擬世界對象放置在現(xiàn)實世界中的技術(shù)，通過圖標、對象、信息等強化正在查看的內(nèi)容。

　　有些公司已經(jīng)將前屏用作AR HUD（抬頭顯示技術(shù)）的投影。 目前市場上有一些較小的不顯眼的版本，但未來的版本有可能是包羅萬象的。 AR視圖在擋風(fēng)玻璃上被分解成簡化的駕駛員視圖（僅向駕駛員提供關(guān)鍵信息，減少分心）。 在乘客側(cè)，可以顯示更豐富的內(nèi)容，例如餐館的位置、商店、最近的停車場和其他關(guān)注的信息。 AR HUD另外一個優(yōu)點是可以通過車載攝像頭以及投影到注視中心的關(guān)鍵駕駛信息來推斷注視方向，以允許預(yù)期的頭部移動量。

　　GPU為ADAS提供計算

　　隨著邁向完全自主駕駛（Level 5），車內(nèi)需要更多的駕駛輔助功能，包括緊急自動剎車、車道偏離警告、行人檢測、駕駛員提醒、盲點檢測、十字路口輔助等等。

　　先進的GPU是并行處理單元，可用于重復(fù)算法，如在ADAS的許多功能中使用的算法。 GPU的并行性和乘法/累加結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）完美解決方案。

　　CNN算法已經(jīng)存在了30多年了，直到最近它們才為服務(wù)器群處理提供保護。 然而，隨著SoC處理技術(shù)的進步、CNN算法效率的提高和GPU的進步，現(xiàn)在可以開始在網(wǎng)絡(luò)邊緣而不僅僅是在云端實現(xiàn)。

　　對于ADAS功能來說，任何需要某種程度的圖像處理的功能，比如提取道路標志信息，都非常適合使用CNN來提高整體性能。 與標準的高端CPU相比，嵌入式高端PowerVR GPU提供的性能高20倍，而功耗更低。

　　最終，CNN在硬件方面將會加速，因為它們的功能已經(jīng)被很好地理解，甚至已經(jīng)是標準化的。 然而，在完全優(yōu)化的解決方案出現(xiàn)之前，GPU計算可以支持新型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他加速技術(shù)的原型化和部署。

　　為了提高安全性，硬件虛擬化可以被應(yīng)用到汽車的各種應(yīng)用程序和服務(wù)中。 PowerVR GPU是硬件虛擬化的，所以沒有兩個操作系統(tǒng) /應(yīng)用程序組合可以使用相同的內(nèi)存空間。 這個核具有兩級MMU（內(nèi)存管理單元），以確保絕對符合這一基本要求。 如果出現(xiàn)下載惡意軟件的情況，只有該容器（在安全管理程序上運行的操作系統(tǒng) /應(yīng)用程序）會崩潰。其他系統(tǒng)都不會受到影響，例如信息娛樂系統(tǒng)可能會崩潰，而在GPU上運行的ADAS系統(tǒng)和群集/ HUD部分不會受到影響。

　　展望未來

　　Imagination認為，必須提前看好自主駕駛市場的發(fā)展方向，并提前四到五年交付硅IP。 那么2018年設(shè)計的汽車將會在2023年出現(xiàn)在市場上。 而在2021年上市的汽車，現(xiàn)在基本上已經(jīng)完成了硅片這個層面的設(shè)計了。所以Robotaxis今天使用的就是來自Intel，NVIDIA，Bosch，Renesas，TI等公司的芯片產(chǎn)品。

　　人類正在進入最激動人心的汽車設(shè)計革命時期。駕駛艙設(shè)計的變化是最關(guān)鍵的，隨著向越來越高的自動駕駛水平邁進，這些革命終將實現(xiàn)。 為了在可接受的功耗范圍內(nèi)提供所需的豐富功能和ADAS，HMI及其各種組件會特別依賴于未來的高性能/低功耗GPU的處理能力。

　　Imagination Technologies擁有為全球五大汽車芯片供應(yīng)商提供高端GPU的悠久歷史，而這些廠商為全球知名汽車品牌提供基于PowerVR的解決方案。Imagination Technologies將充分利用這一競爭優(yōu)勢來實現(xiàn)自動駕駛的未來。