EV中自動駕駛的功耗挑戰(zhàn)

作者：Hirotaka Hara

Senior Distinguished Engineer

下一代汽車的車輛電子系統(tǒng)正在以電動化和自動駕駛為中心發(fā)展。圖中描述了車輛電控系統(tǒng)的演進。

現(xiàn)有的車輛電子控制系統(tǒng)中，由于每個功能域由駕駛員直接控制，因此每個域之間的通信是松散耦合的，并且為了不受其它域的影響，域之間是相對獨立的。另一方面，自動駕駛時代的電控系統(tǒng)是由一個名為Vehicle computer的中央控制系統(tǒng)來代替駕駛員來控制自動駕駛功能，各域之間的通信會相對多一些（緊耦合），域之間的獨立性會低一些。

此外，隨著控制程序的規(guī)模呈指數(shù)級增長，安全的OTA（Over the air）變得至關重要，OTA的目標硬件將從終端硬件轉向中心硬件，以確保OTA的控制。（紫色箭頭）此外，中控系統(tǒng)與Cloud之間的通信也是系統(tǒng)的必備條件。

EV自動運轉中的電力影響

接下來，我們將討論EV中自動駕駛的功耗挑戰(zhàn)。

我們來考慮一下典型的EV汽車行駛100Km所需的電池容量。例如，如果您以EPA城市模式行駛，100公里時耗電量為14.6 KWh，但如果您以22.7 Km的平均時速在城市中行駛，100公里需要4.4小時。

這里考慮到目前的Robo taxi，假設整個自動駕駛功能耗電量為2KW左右，行駛4.4小時需要8.8 KWh的電量，如果這輛EV車的搭載電池為75KWh，那么在100Km自動行駛過程中，自動駕駛功能消耗了12%的電池容量。

為了讓這個電池容量的消耗降到1%以下，整個自動駕駛功能的功耗必須降到150W以下。在自動駕駛中，消耗最多計算功率的深度學習的低功耗是多么重要，從這個數(shù)字也可以看出。而且，隨著深度學習的應用領域今后也將不斷增加，這一改進在SDGs和ESG的觀點上也將變得更加重要。

邊緣設備異構計算中的性能優(yōu)化

與數(shù)據(jù)中心中使用的CPU和GPU不同，邊緣設備的電源和目標成本受到嚴格限制。因此，在邊緣設備中，異構體系結構與硬件或特定應用處理器相結合，具有最適合目標應用的功能，是產品的關鍵。因此，在ADAS和AD領域，R-Car V系列提供硬件IP，可編程處理器和CPU的組合LSI。下圖顯示了R-Car V3H的硬件配置示例。

采用Streaming Architecture

ADAS和AD領域的深度學習引擎（CNN-IP）需要較高的TOPS值，CNN-IP的低功耗是決定整個芯片功率的一大因素。因此，Renesas采用了多種體系結構中能效最高的Streaming architecture。在Streaming Architecture中，CNN-IP最大限度地減少了對外部存儲器的訪問，并以低功耗在每個處理器元件（PE）和SRAM之間高效地傳輸數(shù)據(jù)。

瑞薩的ADAS/AD在執(zhí)行深度學習時的LSI功率目標在前攝ECU中為5W或更低，在中央ADAS ECU中為30W或更低，這使得系統(tǒng)的風冷散熱成為可能。這些功率目標成為在量產普及車中實際應用ADAS/AD系統(tǒng)的重要指標。

瑞薩的AI架構

在自動駕駛領域，深度學習的應用將繼續(xù)推進，適應新的網絡將變得至關重要。因此，除了Streaming architecture以外，面向特定用途的添加了programmable processor的形式也被定義為面向汽車的AI computing architecture，并繼續(xù)進行開發(fā)。在Streaming processor側對占現(xiàn)狀調整的95%以上的卷積運算、Activation、Pooling處理等進行處理，在programmable processor側對應新的函數(shù)，尋求兼顧電力和靈活性。

最后，我將介紹瑞薩汽車AI解決方案的應用開發(fā)中不可或缺的開發(fā)工具。汽車AI需要不同的開發(fā)環(huán)境，包括相機，網關和中央ADAS，如下圖所示，我們與在R-Car聯(lián)盟多年合作的強大合作伙伴提供交鑰匙解決方案和應用開發(fā)工具。

有關更多信息，請訪問R-Car聯(lián)盟。

編輯：jq