導(dǎo)讀：2022年3月25-27日，中國電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇（2022）在北京以線上線下結(jié)合的方式召開。本屆論壇以“迎接新能源汽車市場化發(fā)展新階段”為主題，全面梳理和回應(yīng)新發(fā)展階段的新情況和新問題，邀請國際國內(nèi)的來自政府、產(chǎn)業(yè)、學(xué)界、研究機(jī)構(gòu)等多個(gè)領(lǐng)域的300余位嘉賓參會(huì)，吸引超過3100萬人次以觀看視頻直播的方式“云參會(huì)”。
在3月26日下午舉辦的高層論壇上，地平線創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家余凱發(fā)表了題為《構(gòu)建智能汽車時(shí)代的數(shù)字底座：國產(chǎn)芯片和OS的機(jī)遇和挑戰(zhàn)》的主旨演講，以下為余凱發(fā)言整理。
核心觀點(diǎn)：
智能電動(dòng)汽車為中國在人工智能領(lǐng)域發(fā)展芯片和操作系統(tǒng)提供了千載難逢的機(jī)遇。作為智能汽車的數(shù)字底座，芯片和操作系統(tǒng)是產(chǎn)業(yè)的最佳破局點(diǎn)。地平線將向整車廠開放BPU IP授權(quán)，推動(dòng)汽車芯片產(chǎn)業(yè)躍遷，同時(shí)攜手合作伙伴共建車載數(shù)字底座，打造一個(gè)開放開源的創(chuàng)新生態(tài)。
一、智能汽車時(shí)代芯片與OS的重要性
智能汽車將成為人類科技發(fā)展最大的母生態(tài)，它驅(qū)動(dòng)著材料、能源、交通基礎(chǔ)設(shè)施、芯片、半導(dǎo)體、軟件技術(shù)、智能駕駛、人工智能技術(shù)等領(lǐng)域的全方位創(chuàng)新。在母生態(tài)的支持下，中國迎來了前所未有的產(chǎn)業(yè)及科技創(chuàng)新的趨勢與機(jī)遇。
回顧歷代智能終端，從個(gè)人電腦到智能手機(jī)，實(shí)際上都孕育了贏得巨大成功的科技公司，比如微軟、Intel、高通、蘋果。作為第三代智能終端，智能汽車帶來的影響更加值得期待。
首先，相比PC及智能手機(jī)時(shí)代，在智能汽車、電動(dòng)車革命的開端，中國就已在市場消費(fèi)、產(chǎn)品等方面領(lǐng)先全球，創(chuàng)新的發(fā)源地會(huì)在中國。其次，中國消費(fèi)者對智能汽車科技、技術(shù)的擁抱，也是前所未有的，眾多的應(yīng)用場景可以加速技術(shù)的迭代。我們認(rèn)為，真正有市場競爭力的技術(shù)，不僅僅是在實(shí)驗(yàn)室里面研發(fā)出來的，實(shí)際上更是在用戶的體驗(yàn)中、反饋中打磨出來的。而技術(shù)的領(lǐng)先發(fā)展到最后實(shí)際上是應(yīng)用生態(tài)的領(lǐng)先。比如微軟和安卓，因?yàn)樵谌驌碛斜姸嘤脩?、開發(fā)者，都是基于一個(gè)數(shù)字底座去創(chuàng)新、去開發(fā)各種各樣的應(yīng)用軟件。
汽車芯片將替代手機(jī)，成為半導(dǎo)體行業(yè)最大的細(xì)分市場。目前智能手機(jī)芯片依舊是半導(dǎo)體領(lǐng)域最大的產(chǎn)業(yè)。但到2030年，隨著單車的半導(dǎo)體規(guī)模以及整個(gè)智能汽車滲透率的提升，智能汽車將成為半導(dǎo)體第一大垂直應(yīng)用領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)的變革，一定會(huì)催生新的科技玩家與主導(dǎo)者。其實(shí)，政府在政策層面已經(jīng)有所關(guān)注，工信部與發(fā)改委等部委聯(lián)合發(fā)布的《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，反復(fù)強(qiáng)調(diào)了智能操作系統(tǒng)、車規(guī)級(jí)芯片、智能計(jì)算平臺(tái)，在國家科技創(chuàng)新戰(zhàn)略中的重要性。
資料來源：百人會(huì)釣魚臺(tái)論壇（2022），余凱發(fā)言PPT
再回顧一下三代智能終端，從PC時(shí)代到智能手機(jī)時(shí)代，我們都觀察到一個(gè)現(xiàn)象，中國企業(yè)家在面向消費(fèi)者的終端產(chǎn)品創(chuàng)新及品牌競爭力的打造，最后都贏得很精彩。無論是PC時(shí)代的聯(lián)想，還是智能手機(jī)時(shí)代的華為、小米、OPPO、VIVO。同樣，在智能汽車時(shí)代，可以說這場戰(zhàn)役一開打，就已經(jīng)呈現(xiàn)這樣的事態(tài)，比如智能手機(jī)時(shí)代，IOS、安卓、ARM，我們毫無存在感。在智能汽車第三代終端，我們能否給出不一樣的答案，即中國的科技公司在智能芯片與操作系統(tǒng)能否有所作為？這是地平線需要回答的，也是中國很多科技公司需要回答的一個(gè)問題。
同樣我們看到挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，今天中國已經(jīng)成為智能電動(dòng)汽車全球最活躍的市場，同時(shí)也是全球科技公司競爭最激烈的角斗場。舉一個(gè)例子，無論是英偉達(dá)、Mobileye，還是高通、地平線，最先進(jìn)的智能駕駛芯片，其首發(fā)量產(chǎn)不是日本、德國的汽車公司，而是中國的自主品牌。這樣的例子很多，可以說中國現(xiàn)在成為創(chuàng)新的策源地，所以地平線是主場作戰(zhàn)，但是在中國市場其實(shí)面臨的是國際競爭，所以也是有壓力的。
地平線從2019年開始到2020年再到2021年，保持著每年推出一代高性能自動(dòng)駕駛芯片的節(jié)奏，從征程2、征程3到征程5，算力不斷推升，每一代芯片都很快成功量產(chǎn)。地平線與理想汽車非常成功的合作，最核心的一點(diǎn)是什么？是創(chuàng)新時(shí)代，開放和協(xié)同始終是最重要的。比如，理想汽車打造了業(yè)界最強(qiáng)的AEB，或是以最快時(shí)間去自主開發(fā)全棧的NOA功能，并且實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)基于8兆攝像頭的高等級(jí)輔助駕駛方案。雙方一起合作實(shí)際上是2020年底，而理想汽車在2021年5月25號(hào)就已經(jīng)量產(chǎn)，7-8個(gè)月的時(shí)間，從項(xiàng)目啟動(dòng)到量產(chǎn)，實(shí)際上創(chuàng)造了一個(gè)世界級(jí)紀(jì)錄。其背后是創(chuàng)新時(shí)代速度極端重要，同時(shí)要開放協(xié)同。就是把中間的邊界打開，不要總想著這是你的，這是我的，然后藏著掖著，使得自動(dòng)創(chuàng)新的效率變低。
地平線在去年交付了100萬片征程芯片，至今已與中國幾乎所有的大規(guī)模主機(jī)廠有量產(chǎn)合作，目前有40多個(gè)量產(chǎn)車型已經(jīng)交付或正在交付過程中。更重要的是什么？因?yàn)樾酒谡麄€(gè)信息產(chǎn)業(yè)的生態(tài)中，扮演著最上游的角色，所以天然是一個(gè)生態(tài)的參與者，所以地平線今天與傳感器廠商、Tier1廠商，與各種各樣的軟件廠商、智能駕駛技術(shù)提供商廣泛合作，與100余家合作伙伴在量產(chǎn)項(xiàng)目上面合作。這是打造信息產(chǎn)業(yè)時(shí)代的生態(tài)。去年地平線推出征程5芯片，是一個(gè)超過100T的大算力高等級(jí)自動(dòng)駕駛芯片，它主要去對標(biāo)的就是英偉達(dá)Orin這樣的高等級(jí)自動(dòng)駕駛市場。
二、后摩爾定律時(shí)代破除算力迷思
作為新晉的玩家、中國的創(chuàng)新企業(yè)，地平線在2016年提出了“AI計(jì)算的新摩爾定律”。在整個(gè)物理的摩爾定律趨緩情況下，不能再依靠提升晶體管密度去持續(xù)提升計(jì)算性能。在人工智能時(shí)代，地平線提出一個(gè)新的指標(biāo)，與其算力大，不如算得快。地平線把優(yōu)化指標(biāo)分解成三個(gè)因素：
第一個(gè)因素，是峰值算力。峰值算力其實(shí)就是舊摩爾定律時(shí)代不斷提到的峰值TOPS。但是TOPS并不是其中的唯一指標(biāo)，因?yàn)樗€關(guān)系到計(jì)算資源的有效利用率，這也是第二個(gè)指標(biāo)。這些取決于創(chuàng)新的架構(gòu)設(shè)計(jì)，取決于操作系統(tǒng)、編譯器、動(dòng)態(tài)運(yùn)行庫。其次還有第三個(gè)指標(biāo)，是人工智能的算法效率，這些年其架構(gòu)在不停地演變。未來的20年，還可以看到人工智能軟件的算法理論會(huì)持續(xù)地發(fā)生很大的變化，意味著需要讓芯片架構(gòu)去適應(yīng)變化中、演化中創(chuàng)新的軟件算法。所以，三個(gè)指標(biāo)放在一起，是人工智能時(shí)代的新摩爾定律。
無獨(dú)有偶，2020年《科學(xué)》雜志發(fā)表麻省理工學(xué)院學(xué)者的一篇論文，他們提出一個(gè)觀點(diǎn)，在后摩爾定律時(shí)代，在整個(gè)計(jì)算的頂層設(shè)計(jì)還有巨大的空間去提升計(jì)算性能。文章提到，在計(jì)算底層的Bottom，實(shí)際上就是傳統(tǒng)的摩爾定律，靠提升晶體管的密度與先進(jìn)的制程去提升計(jì)算性能。但是這條路已經(jīng)走到終點(diǎn)了?，F(xiàn)在已經(jīng)到了5納米、3納米，那么還能說逼近原子的尺度就是0.1納米嗎？這是不可能的。如何去提升呢？在計(jì)算的頂層，這里面包括基礎(chǔ)軟件，其實(shí)就是操作系統(tǒng)，包括軟件算法的創(chuàng)新，還包括創(chuàng)新的硬件架構(gòu)，他們對后摩爾定律時(shí)代計(jì)算性能提升的觀點(diǎn)與我們在2016年提出來的人工智能計(jì)算的新摩爾定律可以說是如出一轍。
基于創(chuàng)新的指導(dǎo)思想，地平線設(shè)計(jì)了高性能的自動(dòng)駕駛處理器架構(gòu)——BPU（Brain Processing Unit）。其中采用了大量的創(chuàng)新型的先進(jìn)技術(shù)，包括高性能、低延遲的數(shù)據(jù)并發(fā)的處理技術(shù)，包括用脈動(dòng)陣列去提高它的并行速度，包括用進(jìn)程計(jì)算使得存儲(chǔ)與計(jì)算不再那么涇渭分明，而是緊密結(jié)合在一起。因?yàn)槲覀円庾R(shí)到實(shí)際上數(shù)據(jù)的IO、數(shù)據(jù)的訪問和傳輸產(chǎn)生的能耗有可能比計(jì)算還要大，所以我們要讓存儲(chǔ)跟計(jì)算在一起。此外，還有包括稀疏化等等的優(yōu)化與處理。
基于新摩爾定律設(shè)計(jì)的征程5芯片，與目前英偉達(dá)旗艦級(jí)Orin芯片相比，僅用一半的芯片面積、一半的計(jì)算資源，但是在用先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算時(shí)，能夠得到相當(dāng)?shù)挠?jì)算性能，尤其是更先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在柱狀圖中可以看到，從VGG到ResNet到更新的EfficientNet，實(shí)際上是整個(gè)人工智能行業(yè)在過去5-6年時(shí)間里，不斷推出更先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)。我們發(fā)現(xiàn)，地平線的芯片架構(gòu)對越先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，加速性能越高。
同時(shí)，我們往往用更低的功耗去完成更多的數(shù)據(jù)計(jì)算，如果除以單位的功耗，相比英偉達(dá)的計(jì)算效率提升了2-3倍。這對于自動(dòng)駕駛是非常重要的，為什么呢？因?yàn)樽詣?dòng)駕駛不像是數(shù)據(jù)中心，有無限的能源供給，并且有非常好的散熱冷卻系統(tǒng)，在四個(gè)輪子上面，實(shí)際上它的工況是非常惡劣的，所以對于低功耗的高效計(jì)算非常重要。
三、芯片與OS親密共舞
芯片跟OS從來是密不可分的。昨天苗部長也提到習(xí)總書記的一段話，“美國有個(gè)所謂的‘文泰來’聯(lián)盟，微軟的視窗操作系統(tǒng)只配對英特爾的芯片?！逼鋵?shí)這是非常細(xì)致的觀察，很多人都沒有注意到，為什么兩家商業(yè)公司要組成排他性的聯(lián)盟，這是非常違反商業(yè)規(guī)律的。因?yàn)槿魏我粋€(gè)商業(yè)公司都不想被另外一家公司所綁架，希望有更多選擇。為什么這兩家公司要一對一結(jié)成聯(lián)盟？實(shí)際上這不是偶然現(xiàn)象。在整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的歷史上，凡是成功的、有廣泛生態(tài)的操作系統(tǒng)，往往選擇一家芯片架構(gòu)做緊密的聯(lián)盟。比如說Windows與Intel，智能手機(jī)時(shí)代的Android與ARM之間的聯(lián)盟，包括人工智能時(shí)代，英偉達(dá)操作系統(tǒng)CUDA與其自身GPU架構(gòu)的耦合。
為什么會(huì)這樣？其實(shí)昨天苗部長也講到了，在安卓上面開發(fā)一個(gè)輸入法，如果要移植到鴻蒙系統(tǒng)上面的話，很難。主要是因?yàn)橹挥熊浖陀布母叨葏f(xié)同，才能導(dǎo)致計(jì)算的效能，也就意味著當(dāng)這個(gè)軟件在一個(gè)芯片架構(gòu)上面優(yōu)化的很好時(shí)，很難遷移到另外一個(gè)芯片架構(gòu)。所以這個(gè)是信息產(chǎn)業(yè)軟件、硬件發(fā)展的規(guī)律。
如果要把地平線的征程芯片打造成中國自動(dòng)駕駛芯片的底座，那么是否要對它配一個(gè)操作系統(tǒng)？這是一個(gè)很自然的思考。地平線在去年對外提出要打造開源的實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)——TogetherOS。地平線認(rèn)為操作系統(tǒng)從一開始就應(yīng)該是開放、開源、大家一起參與的。所以我們聯(lián)合了國內(nèi)眾多主機(jī)廠一起開發(fā)，同時(shí)我們認(rèn)為操作系統(tǒng)是不應(yīng)該掙錢的，它應(yīng)該作為一個(gè)公共的技術(shù)資源，大家一起攜手去推進(jìn)操作系統(tǒng)的生態(tài)。
資料來源：百人會(huì)釣魚臺(tái)論壇（2022），余凱發(fā)言PPT
在地平線的征程芯片上，我們支持現(xiàn)在主流的Linux、QNX、AliOS、鴻蒙等操作系統(tǒng)。但同時(shí)我們也專為智能汽車去打造一個(gè)開放、開源的、大家廣泛參與的不帶商業(yè)目的的TogetherOS。在TogetherOS上支持各種各樣的應(yīng)用軟件，同時(shí)我們也提供各種開發(fā)工具、工具鏈以及在云端的訓(xùn)練，包括數(shù)據(jù)管理以及仿真的平臺(tái)。再上面就是面向智能駕駛、智能交互、整車的娛樂導(dǎo)航，去建設(shè)各種各樣的解決方案。
這樣還不夠，因?yàn)榈仄骄€作為科技時(shí)代的新一代創(chuàng)業(yè)者，一定要把開放這件事情不斷地推進(jìn)。我們還在進(jìn)一步思考，能不能做得更加開放。這個(gè)是我們現(xiàn)在的商業(yè)模式，基于我們的芯片，上面是開源的操作系統(tǒng)，再上面有各種各樣的應(yīng)用軟件。
我們是不是也可以去支持一些整車廠，自主地去開發(fā)差異化的、具有核心能力的自動(dòng)駕駛芯片？這背后地平線不斷積累了BPU架構(gòu)，就有點(diǎn)像今天的ARM模式。我們認(rèn)為ARM是一個(gè)很值得學(xué)習(xí)的公司，他們實(shí)際上推進(jìn)了在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代與智能手機(jī)時(shí)代全球產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的進(jìn)步。在這個(gè)模式下，我們提供一個(gè)BPU的IP授權(quán)，包括整個(gè)BPU的軟件支持包以及芯片的參考設(shè)計(jì)，包括各種技術(shù)支持，支持一部分主機(jī)廠去開發(fā)自研芯片。當(dāng)然我們也同時(shí)提供地平線征程芯片，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為并不是所有的主機(jī)廠都應(yīng)該去開發(fā)自己的芯片。這個(gè)帶來的好處，當(dāng)然就是提升我們主機(jī)廠差異化的競爭力，加快他們研發(fā)創(chuàng)新的速度。
四、建設(shè)智能汽車時(shí)代開放的協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)
當(dāng)前芯片公司與主機(jī)廠的合作模式大致分為四類。一是Mobileye模式，就是在智能駕駛領(lǐng)域把架構(gòu)、芯片以及操作系統(tǒng)和智能駕駛的軟硬件系統(tǒng)全部開發(fā)完以后，交付給整車廠。也就是說整車開發(fā)就跟自動(dòng)駕駛的整個(gè)技術(shù)開發(fā)的過程完全沒有參與，就是一個(gè)黑盒系統(tǒng)。在過去的20年時(shí)間里，這個(gè)是成功的，因?yàn)槟菚r(shí)智能駕駛并不是像今天這樣，是你追我趕的百舸爭流的創(chuàng)新趨勢。但今天這種協(xié)同方式是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，為什么呢？我們只要把前面比如說BPU、SOC操作系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛的操作系統(tǒng)交付到整個(gè)開發(fā)，這樣的創(chuàng)新周期會(huì)是6-7年的時(shí)間，所以這樣的主機(jī)廠一定落后于其他主機(jī)廠的創(chuàng)新速度。
資料來源：百人會(huì)釣魚臺(tái)論壇（2022），余凱發(fā)言PPT
第二類是英偉達(dá)模式，英偉達(dá)將其GPU架構(gòu)開發(fā)成芯片，加上自己的操作系統(tǒng)CUDA，然后去讓業(yè)界開發(fā)自動(dòng)駕駛的軟硬件系統(tǒng)。這個(gè)時(shí)候整車開發(fā)實(shí)際上是參與了自動(dòng)駕駛的開發(fā)過程，甚至是主導(dǎo)自動(dòng)駕駛的創(chuàng)新，這樣就有了更強(qiáng)的創(chuàng)新協(xié)同。
第三類是TogetherOS模式，就是把BPU與SOC芯片開發(fā)完以后，它中間的底層軟件，通過開源、協(xié)同、開放的模式與整車整合，這樣整車的開發(fā)不僅是整個(gè)是自動(dòng)駕駛的應(yīng)用軟件，還要去深入操作系統(tǒng)的底層，能夠更高效地去調(diào)用操作系統(tǒng)之下芯片的資源。舉例來說，地平線與理想汽車為什么在開發(fā)的過程中，量產(chǎn)、協(xié)同的速度能那么快？其實(shí)我們就是以非常接近這樣的模式在開發(fā)。
第四類是BPU授權(quán)模式，整車的開發(fā)可以完全與芯片到操作系統(tǒng)到整個(gè)自動(dòng)駕駛的軟件高度協(xié)同，完全透明。
智能汽車時(shí)代，整個(gè)用戶的體驗(yàn)邏輯與以前傳統(tǒng)燃油車時(shí)代迭代的邏輯完全不同。以前是面向供應(yīng)鏈優(yōu)化流程導(dǎo)向的形態(tài)，現(xiàn)在會(huì)變成越來越像手機(jī)這樣的海鮮市場，意味著如果你能像蘋果一樣領(lǐng)先競爭對手哪怕6個(gè)月，而且持續(xù)領(lǐng)先，你就贏了。所以，在智能汽車時(shí)代打造更加開放的創(chuàng)新生態(tài)是非常重要的。舉個(gè)例子，ARM實(shí)際上是非常值得學(xué)習(xí)的榜樣，它們因?yàn)樽叱隽伺c傳統(tǒng)芯片公司不同的路線，開放自己的芯片架構(gòu)授權(quán)，加速了整個(gè)產(chǎn)業(yè)迭代周期的速度，讓專業(yè)的人做專業(yè)的事情，到最后造就了ARM+Android在智能手機(jī)繁榮的生態(tài)，也包括今天整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新生態(tài)。
在PC時(shí)代，我們有Intel、Windows；在智能手機(jī)時(shí)代有ARM、安卓。在智能汽車時(shí)代是否可以打造一個(gè)Journey Together的開放開源的創(chuàng)新生態(tài)，這是我們對于在智能汽車時(shí)代的數(shù)字底座的一個(gè)思考。
來源：ICV City 智能汽車與智慧城市協(xié)同發(fā)展聯(lián)盟
