導(dǎo)讀：過去幾年，人們對自動駕駛汽車產(chǎn)生了極大的熱情。這的確在情理之中。自動駕駛汽車有望帶來影響深遠的好處：提高燃油效率、縮短行車時間、提高乘客體驗和工作效率，讓可能無法開車的老人和殘疾人自由駕駛，以及最重要的提高道路安全。
如果你問：未來會發(fā)生什么？這誰知道？但有一點可以肯定：汽車行業(yè)的軍備競賽將快速升級。
盡管人們?nèi)f分期待一款價格合理的全自動駕駛汽車，但技術(shù)復(fù)雜性、成本和監(jiān)管挑戰(zhàn)將自動駕駛汽車成為主流的時間一再推遲。智能化、自動化、移動計算平臺……這些關(guān)鍵詞承載著我們對未來汽車的想象。汽車制造行業(yè)的所有參與者正推動著這場變革。
一、如火如荼的算力競賽
曾幾何時，博世、大陸、德爾福、采埃孚……這些國際巨頭一級供應(yīng)商是令自主品牌車企仰望的存在。它們把控著整車上最核心的技術(shù)，擁有著絕對的議價能力，甚至他們的開發(fā)進度直接決定了車型的研發(fā)周期。從動力總成到底盤，在這些傳統(tǒng)汽車電子產(chǎn)品上，巨頭Tier 1們擁有無可匹敵的競爭力。
而到了自動駕駛時代，巨頭Tier 1們的這套打法漸漸開始失效了，因為它們露出了一個共同的破綻——算法能力不足。
ADAS這兩年進入高光時刻，除了云端居壟斷地位的英偉達，華為、高通等巨頭的入局，亦或地平線、黑芝麻的競爭，甚至寒武紀跑步進入都引起了業(yè)界極大關(guān)注。算力的不斷提升，也讓各大車企對進入算力的“軍備競賽”產(chǎn)生焦慮。
這場算力“軍備賽”的背后，最為直接的驅(qū)動力在于，車企原有的計算平臺（芯片）的算力不足問題逐步凸顯：
一方面，各大車廠正在全力備戰(zhàn)高級自動駕駛的量產(chǎn)，多傳感器融合已經(jīng)成為高階自動駕駛應(yīng)對復(fù)雜場景與安全冗余的必然趨勢。處理這些數(shù)據(jù)需要非常強大的計算能力，L2級自動駕駛的算力要求大概是10+TOPS，但是到了L4/L5級自動駕駛算力則需要達到1000+TOPS，同比翻了100倍
另一方面，包括安波福、博世等Tier1巨頭，以及大眾、寶馬等車企開始探索新型的電子電氣架構(gòu)，傳統(tǒng)分布式的汽車電子電氣架構(gòu)正在向域集中式架構(gòu)演進，從而帶動了高性能大算力芯片的需求急劇上漲
現(xiàn)階段，汽車產(chǎn)業(yè)在芯片廠家的推動下進入了算力比拼時代：
英偉達最新一款智能汽車和自動駕駛汽車芯片組——DRIVE Atlan，單顆芯片的算力能夠達到1000TOPS，將應(yīng)用于L4及L5級別自動駕駛
特斯拉推超級計算機Dojo，使用720個80GB版本的8x A100節(jié)點構(gòu)建的超級計算機，總算力達到了1.8EFLOPS（EFLOPS：每秒千萬億次浮點運算），有10PB的存儲空間，讀寫速度為1.6TBps
黑芝麻華山二號A1000 Pro，算力達到106（INT8）—196TOPS（INT4），單顆芯片可以支持高級別自動駕駛功能。
地平線推出面向高級別自動駕駛的征程5，算力最高達到128TOPS，支持16路高清攝像頭，實際性能超過特斯拉FSD。
寒武紀跑步進入自動駕駛領(lǐng)域，將發(fā)布一款算力超200TOPS智能駕駛芯片。
一場算力競賽已經(jīng)在各大芯片企業(yè)之間悄然興起，追求TOPS算力真的有那么重要嗎？是不是堆疊芯片的算力，就能達到目的了？業(yè)內(nèi)似乎進入了“唯算力論”的誤區(qū)。
二、算力堆不出自動駕駛
不可否認，隨著ADAS、自動駕駛技術(shù)的興起，以及軟件定義汽車的逐步深入，智能汽車對于計算能力和海量數(shù)據(jù)處理能力等的需求暴增，傳統(tǒng)汽車的芯片“堆疊”方案已經(jīng)無法滿足自動駕駛的算力需求。
作為現(xiàn)代科技工業(yè)中的集大成者和數(shù)字經(jīng)濟基礎(chǔ)設(shè)施的芯片，匯集了最復(fù)雜、最尖端、最精密的基礎(chǔ)性技術(shù)，以及高端人才和資金，無疑是未來爭奪的焦點。
芯片最終是為車企的車載計算平臺服務(wù)的。行業(yè)需要思考一個問題是：在“軟件定義汽車”的情況下，解決智能駕駛系統(tǒng)計算平臺的支撐問題，是否只能通過芯片算力堆疊來實現(xiàn)？是不是唯芯片算力馬首是瞻呢？顯然不是。
提升硬件很重要，但不能陷入“唯算力論”的怪圈。
我們說“數(shù)據(jù)是生產(chǎn)資料”，而提供處理數(shù)據(jù)的芯片是工具，不可能工具反客為主成為核心。工具是必備的，但是更重要的核心是跑在上面的軟件。
芯片就是軟件的舞臺，衡量芯片優(yōu)劣的標準，要看芯片之上的軟件能否最大化地發(fā)揮作用。當然不是說算力不重要，算力和軟件之間需要有效匹配。兩款相同算力的芯片比較，能讓軟件運行得更高效的芯片才是“好芯片”。
決定算力真實值最主要因素是內(nèi)存（ SRAM和DRAM)帶寬，還有實際運行頻率（即供電電壓或溫度），以及算法的batch尺寸。谷歌第一代TPU，理論值為90TOPS算力，最差真實值只有1/9，也就是10TOPS算力，因為第一代內(nèi)存帶寬僅34GB/s
第二代TPU下血本使用了HBM內(nèi)存，帶寬提升到600GB/s（單一芯片，TPU V2板內(nèi)存總帶寬2400GB/s）。
最新的英偉達的A100使用40GB的2代HBM，帶寬提升到1600GB/s，比V100提升大約73%。
特斯拉是128 bitLPDDR4-4266，內(nèi)存的帶寬：2133MHz*2DDR*128bit/8/1000=68.256GB/s。比第一代TPU略好（這些都是理論上的最大峰值帶寬）其性能最差真實值估計是2/9。也就是大約8TOPS
為什么會這樣？這就牽涉到MAC計算效率問題。
如果你的算法或者說CNN卷積需要的算力是1TOPS，而運算平臺的算力是4TOPS，那么利用效率只有25%，運算單元大部分時候都在等待數(shù)據(jù)傳送，特別是batch尺寸較小時候，這時候存儲帶寬不足會嚴重限制性能。但如果超出平臺的運算能力，延遲會大幅度增加，存儲瓶頸一樣很要命。效率在90-95%情況下，存儲瓶頸影響最小，但這并不意味著不影響了，影響依然存在。然而平臺不會只運算一種算法，運算利用效率很難穩(wěn)定在90-95%。這就是為何大部分人工智能算法公司都想定制或自制計算平臺的主要原因，計算平臺廠家也需要推出與之配套的算法，軟硬一體，實難分開。
自動駕駛之爭實質(zhì)上一場軟硬平臺之戰(zhàn)。單顆芯片算力TOPS是關(guān)鍵指標，但并非唯一，自動駕是一個復(fù)雜系統(tǒng)，需要車路云邊協(xié)同。所以它的較量除了芯還有軟硬協(xié)同還有平臺以及工具鏈等等。
自動駕駛芯片的競爭壁壘在于算力利用率和可用性。芯片廠商根據(jù)軟件提供底層的硬件支持，在整車設(shè)計里提供的價值更高，在供應(yīng)鏈里的議價能力更強。與Tesla自研汽車中央計算設(shè)備相比，軟硬件開放式平臺的解決方案潛力大。
以PC時代的WinTel聯(lián)盟為例，在WinTel架構(gòu)下，Intel芯片和Windows操作系統(tǒng)高度協(xié)同，最終才能產(chǎn)生壟斷市場份額的效果，缺一不可。
前百度總裁陸奇博士提出過“母生態(tài)”概念，智能汽車將是繼PC、智能手機之后更大的母生態(tài)，也是中國汽車行業(yè)和科技產(chǎn)業(yè)最大的機遇所在。而且，芯片所在的科技產(chǎn)業(yè)逐步走向成熟的標志之一就是形成完整的生態(tài)。
作為車企來說，還有一個芯片的成本問題。算力有多重要，就有多昂貴。據(jù)有關(guān)機構(gòu)評估下來，做一顆車規(guī)級的AI芯片，就是L2+、L3的 AI芯片大概成本在5億到7億美金之間，時間是在2~3年。
現(xiàn)在算力的軍備競賽是已經(jīng)掀起來了，但是芯片的算力本質(zhì)上對于智能駕駛系統(tǒng)還是必要不充分的條件，現(xiàn)在大家更多提的算力是峰值算力。我們經(jīng)常會看到一個優(yōu)化程度不好的芯片宣稱有10TOPS算力，實際跑出來的應(yīng)用等效只有3~4TOPS的算力。
現(xiàn)在的一種傾向是“L4硬件+L2軟件”，先硬件“預(yù)埋”以達標或者超標，軟件上慢慢積累。但是反過來說，這是不是一種浪費？恐怕，還是要對每一個TOPS都要精打細算地使用。
芯片算力的無限膨脹和硬件預(yù)埋不會是未來的趨勢，硬件也需要匹配實際，有業(yè)內(nèi)人士就說過：特別是在SoC上，我們需要精準高效的算力來適配電子電氣架構(gòu)的變革。
此外，車企面對的消費端是不是立刻就需要那么高端的算力呢？也不見得。
自動駕駛算力主要是體現(xiàn)在感知層面的融合，對于L3 100~200已經(jīng)夠了，對于L4可能需要200~300，更關(guān)鍵是怎么用算力，不是說越多越好，如果要做1000，其實是沒有必要的，并且高算力背后是高功耗和低利用率的問題。
三、高功耗、低利用率日益突出
算力也不能說無限增長，芯片PPA（功耗、成本和面積）都是很要命的。
這是因為，對于車載AI芯片來說，算力指標重要，能效比更重要。在傳統(tǒng)芯片行業(yè)，PPA是最經(jīng)典的性能衡量指標。而現(xiàn)在出于自動駕駛對算力的追求，業(yè)界還是把“峰值算力”當作衡量AI芯片的主要指標的話，就導(dǎo)致了一種“唯算力論”的偏頗。
評價一顆芯片的維度來講，其實有這樣幾個指標：
性能，即所謂的算力、成本、功耗、易用性，或者是叫易開發(fā)性、同構(gòu)性，就是芯片平臺對其他系統(tǒng)的兼容性
功耗和利用率是兩個概念：
功耗是如何去平衡整個板載級、芯片級層面功耗。但是對于芯片公司來講，芯片的功耗不僅包括AI部分，因為目前很多芯片都是多核異構(gòu)的。
利用率是AI算法優(yōu)化利用算力的能力。跟每一家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)是有關(guān)系的，對于有的大通量、并行計算，它的利用率一定是有天花板的
在ASIC方案中，每一家的架構(gòu)是不一樣的，算法也不盡相同
對于同一個算法在不同的芯片平臺上去跑，算子庫越豐富，算法跨平臺移植的效果就會越好，所以ASIC的利用率一定比GPU要高。以英偉達的芯片為例，它GPU的功耗是最高的。Orin、Xavier的利用率基本上是30%，怎樣優(yōu)化基本都是30%。不同于英偉達的GPU方案，高通、mobileye、華為，包括國內(nèi)這些創(chuàng)業(yè)公司都走的是ASIC路線。ASIC芯片針對不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型去優(yōu)化，基本上可以做到60%~80%之間，好一點的可能會做到80%再高一些。
在手機領(lǐng)域，英偉達基本上敗給了高通，在PC領(lǐng)域，英偉達敗給了Intel。在專業(yè)芯片領(lǐng)域，英偉達其實并沒有太多的成功案例和經(jīng)驗，其實本質(zhì)上與它整個GPU的生態(tài)有關(guān)系。當前來看，英偉達所有的開發(fā)工具，包括它的算子庫豐富程度，都是非常好的。客戶用英偉達的芯片，除了功耗和利用率之外，別的都特別順手。所以我們現(xiàn)在看到英偉達能夠如日中天的在整個行業(yè)里面存在，但是未來在市場中它肯定會往下降。
從利用率、功耗這些關(guān)鍵指標上來講，筆者預(yù)測：高通可能會在三年之后，2024年2025年這個期間搶走很大一個市場。同時這也是國內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)的一個機會，從這個用戶痛點著手，拿下市場。地平線提出了一個新的方法MAPS（Mean Accuracy-guaranteed Processing Speed，在精度有保障范圍內(nèi)的平均處理速度），用以評估芯片的AI真實性能。而在業(yè)內(nèi)沒有統(tǒng)一的測評標準情況下，目前還只能算是一家之言。
不過功耗方面地平線還是有巨大優(yōu)勢的。以地平線2020年最先商用量產(chǎn)的征程2芯片為例，它搭載自主研發(fā)的計算架構(gòu)BPU2.0（Brain Processing Unit）,可提供超過4TOPS的等效算力，典型功耗僅2瓦，而且，每TOPS的AI能力輸出可達同等算力GPU的10倍以上。
對于車企來說，在最高性能模式下，如果自動駕駛控制器的芯片功耗級別較高，即便其自身性能強勁，但也會引發(fā)某些不可預(yù)知的隱患，如發(fā)熱量成倍增加，耗電率成倍增加，這些結(jié)果對于智能電動車來說毫無疑問是顆“雷”。
四、高算力AI芯片的致命一擊
當今自動駕駛領(lǐng)域所運用的視覺識別算法，基本上都基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，視覺算法的運算本質(zhì)上是一次次的卷積運算。這種計算并不復(fù)雜，本質(zhì)上只涉及到加減乘除，也就是一種乘積累加運算。但這種簡單運算在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中是大量存在的，這就對處理器的性能提出了很高的要求。
以ResNet-152為例，這是一個152層的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它處理一張224*224大小的圖像所需的計算量大約是226億次，如果這個網(wǎng)絡(luò)要處理一個1080P的30幀的攝像頭，他所需要的算力則高達每秒33萬億次，十分龐大。
實際上自動駕駛領(lǐng)域99%的視覺數(shù)據(jù)在AI處理中是無用的背景。這就好像檢測鬼探頭，變化的區(qū)域是很小一部分，但傳統(tǒng)的視覺處理仍然要處理99%的沒有出現(xiàn)變化的背景區(qū)域，這不僅浪費了大量的算力，也浪費了時間。亦或者像在沙礫里有顆鉆石，AI芯片和傳統(tǒng)相機需要識別每一顆沙粒，篩選出鉆石，但人類只需要看一眼就能檢測到鉆石，AI芯片和傳統(tǒng)相機耗費的時間是人類的100倍或1000倍。
事件相機的工作機制是，當某個像素所處位置的亮度發(fā)生變化達到一定閾值時，相機就會回傳一個上述格式的事件，其中前兩項為事件的像素坐標，第三項為事件發(fā)生的時間戳，最后一項取值為極性（polarity）0、1（或者-1、1）,代表亮度是由低到高還是由高到低，也常被稱作Positive or Negative Event，又被稱作On or Off Event。
就這樣，在整個相機視野內(nèi)，只要有一個像素值變化，就會回傳一個事件，這些所有的事件都是異步發(fā)生的（再小的時間間隔也不可能完全同時），所以事件的時間戳均不相同，由于回傳簡單，所以和傳統(tǒng)相機相比，它具有低時延的特性，可以捕獲很短時間間隔內(nèi)的像素變化，延遲是微秒級的。
事件相機的靈感來自人眼和動物的視覺，也有人稱之為硅視網(wǎng)膜。生物的視覺只針對有變化的區(qū)域才敏感，比如眼前突然掉下來一個物體，那么人眼會忽視背景，會將注意力集中在這個物體上，事件相機就是捕捉事件的產(chǎn)生或者說變化的產(chǎn)生。在傳統(tǒng)的視覺領(lǐng)域，相機傳回的信息是同步的，所謂同步，就是在某一時刻t，相機會進行曝光，把這一時刻所有的像素填在一個矩陣里回傳，一張照片就誕生了。一張照片上所有的像素都對應(yīng)著同一時刻。至于視頻，不過是很多幀的圖片，相鄰圖片間的時間間隔可大可小，這便是我們常說的幀率（frame rate），也稱為時延（time latency）。事件相機類似于人類的大腦和眼睛，跳過不相關(guān)的背景，直接感知一個場景的核心，創(chuàng)建純事件而非數(shù)據(jù)。
除了冗余信息減少和幾乎沒有延遲的優(yōu)點外，事件相機的優(yōu)點還有由于低時延，在拍攝高速物體時傳統(tǒng)相機會發(fā)生模糊（由于會有一段曝光時間），而事件相機幾乎不會。再就是真正的高動態(tài)范圍，由于事件相機的特質(zhì)，在光強較強或較弱的環(huán)境下（高曝光和低曝光），傳統(tǒng)相機均會“失明”，但像素變化仍然存在，所以事件相機仍能看清眼前的東西。
傳統(tǒng)相機的動態(tài)范圍是無法做寬的，因為放大器會有線性范圍，照顧了低照度就無法適應(yīng)強光，反過來適應(yīng)了強光就無法顧及低照度。事件相機在目標追蹤、動作識別等領(lǐng)域具備壓倒性優(yōu)勢，尤其適合自動駕駛領(lǐng)域。
空中一個球的軌跡：
扔一個球，看看兩種相機的軌跡記錄：
事件相機的出現(xiàn)對高算力AI芯片是致命打擊，它只需要傳統(tǒng)高算力AI芯片1%甚至0.1%的算力就可完美工作，功耗是毫瓦級。事件相機基于流水線時間戳方式處理數(shù)據(jù)，而不是一幀幀地平面處理各個像素。傳統(tǒng)卷積算法可能無用，AI芯片最擅長的乘積累加運算可能沒有用武之地。為了準確檢測行人并預(yù)測其路徑，需要多幀處理，至少是10幀，也就是330毫秒。這意味著相關(guān)系統(tǒng)可能需要數(shù)百毫秒才能實現(xiàn)有效探測，而對于一輛以60公里每小時行進中的車輛來說，330毫秒的時間就能行駛5.61米，而事件相機理論上不超過1毫秒。
五、技術(shù)路線展望
中國自動駕駛正在顯示出三條主流技術(shù)路線：
特斯拉路線：純視覺路線，特斯拉芯片+特斯拉算法+視覺傳感器
英偉達路線：融合感知路線，英偉達芯片+多種傳感器+OEM自研算法
華為路線：融合感知路線，華為芯片+華為算法+多種傳感器
特斯拉目前最頂配的FSD，8個攝像頭的分辨率只有130萬像素，就已經(jīng)需要144TOPS的算力，而目前英偉達的自動駕駛試驗車型用的攝像頭已經(jīng)是800萬像素，因此1000TOPS的算力是必須的，如此大的算力不僅帶來高成本，還有高熱量。除非能挖礦，否則是太浪費了。
今年1月初，瑞典初創(chuàng)公司Terranet宣布斬獲了來自汽車產(chǎn)業(yè)巨頭戴姆勒梅賽德斯奔馳的Voxelflow原型采購訂單，訂單價值31000歐元。這筆采購訂單是Terranet和戴姆勒于2020年10月簽署的諒解備忘錄（MoU）的延續(xù)，雙方的諒解備忘錄涉及ADAS和防撞解決方案的原型驗證、產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。下一步是將VoxelFlow集成到奔馳的測試車輛中。實際Terranet的核心是基于事件的圖像傳感器（Event-based Camera Sensor，或Event-driven Camera Sensor）。
事件相機仍然無法取代激光雷達或雙目系統(tǒng)，因為它無法提供深度信息，因此事件相機必須配合激光雷達才能實現(xiàn)完美的3D感知。VoxelFlow技術(shù)能夠憑借很低的算力，以極低的延時對動態(tài)移動物體進行分類。每秒可以生成1000萬個3D點云，提供沒有運動模糊的快速邊緣檢測。基于事件的傳感器的超低延時性能，能夠確保車輛及時應(yīng)對“鬼探頭”問題，采取緊急制動、加速或繞過突然出現(xiàn)在車輛后方的物體以避免碰撞事故。
現(xiàn)在的AI本質(zhì)上還是一種蠻力計算，依靠海量數(shù)據(jù)和海量算力，對數(shù)據(jù)集和算力的需求不斷增加，這顯然離初衷越來越遠，文明的每一次進步都帶來效率的極大提高，唯有效率的提高才是進步，而依賴海量數(shù)據(jù)和海量算力的AI則完全相反，效率越來越低，事件相機才是正確的方向。
來源：技術(shù)大院
