FPGA在自動(dòng)駕駛車內(nèi)部發(fā)揮的重要作用詳細(xì)資料概述

雖然每個(gè)人都希望宣示ASIC的所有權(quán)，但大部份最先進(jìn)的處理都是以FPGA完成的，它讓用戶有機(jī)會(huì)在高效率的運(yùn)算平臺(tái)上套用其專有指令集。ASIC固然不錯(cuò)，但在鎖定你的指令集之前，可能還得試用許多變化版本。FPGA則能隨時(shí)因應(yīng)變化，讓您能夠調(diào)整指令集并嘗試新應(yīng)用。

人工智能(AI)處理器和支持AI的SoC目前正受到投資界的全面關(guān)注，因?yàn)樗麄儽灰暈樾屡d高度自動(dòng)化車輛的關(guān)鍵，那么FPGA呢？它將在AI芯片競賽中處于什么位置？

為了重申其于汽車產(chǎn)業(yè)的長期投入，以及看好FPGA將在自動(dòng)駕駛車內(nèi)部發(fā)揮重要作用，賽靈思(Xilinx)宣布與戴姆勒(Daimler AG)合作，為未來的賓士(Mercedes-Benz)新車款開發(fā)「超高效率AI解決方案」。

Xilinx-Daimler聯(lián)手打造AI方案

據(jù)兩家公司表示，戴姆勒正在打造采用賽靈思技術(shù)的車載系統(tǒng)，為汽車應(yīng)用執(zhí)行AI處理。不過，雙方的合作細(xì)節(jié)仍不明朗。

那么，Xilinx-Daimler合作開發(fā)的這套系統(tǒng)預(yù)計(jì)何時(shí)推出？是否獨(dú)家授權(quán)？(還有像「賽靈思是否足以與Mobileye或輝達(dá)(Nvidia)等芯片供應(yīng)商競爭？」等問題)賽靈思汽車事業(yè)部資深總監(jiān)Willard Tu并未多加評論。

The Linley Group資深分析師Mike Demler指出：「戴姆勒也選擇了Mobileye和Nvidia。」他認(rèn)為賽靈思與戴姆勒的合作發(fā)布，或多或少是為了市場行銷。但他也補(bǔ)充說「看看戴姆勒的車載系統(tǒng)會(huì)變成什么，倒也十分有趣。」

事實(shí)上，F(xiàn)PGA普及于車用領(lǐng)域的程度，遠(yuǎn)超過大部份人的了解。

VSI Labs創(chuàng)辦人兼負(fù)責(zé)人Phil Magney解釋，「雖然每個(gè)人都希望宣示ASIC的所有權(quán)，但大部份最先進(jìn)的處理都是以FPGA完成的，它讓用戶有機(jī)會(huì)在高效率的運(yùn)算平臺(tái)上套用其專有指令集?！筂agney告訴《EE Times》，「ASIC固然不錯(cuò)，但在鎖定你的指令集之前，可能還得試用許多變化版本。FPGA則能隨時(shí)因應(yīng)變化，讓您能夠調(diào)整指令集并嘗試新應(yīng)用?！?/p>

長期深耕汽車市場

談到該公司在汽車市場的發(fā)展，Tu解釋說，賽靈思的FPGA最初作為車載資訊娛樂系統(tǒng)中的膠合邏輯，之后才在先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)市場找到了最佳位置。Tu強(qiáng)調(diào)，F(xiàn)PGA最適合用于處理越來越復(fù)雜的ADAS和自動(dòng)駕駛。

FPGA可設(shè)計(jì)于汽車內(nèi)部的位置（來源：Xilinx）

2014年，賽靈思的芯片被14家車商采用，并設(shè)計(jì)用于29款車型中。該公司表示，到2018年，賽靈思芯片解決方案的觸角擴(kuò)大到了29家車商的111款車型中。

相較于許多剛剛進(jìn)入自動(dòng)駕駛車市場的AI處理器新創(chuàng)公司，Tu表示：「賽靈思確實(shí)了解如何提供車用級的品質(zhì)。我們長久以來一直在為汽車市場出貨產(chǎn)品?！?/p>

在ADAS市場上，賽靈思的FPGA經(jīng)證實(shí)有助于處理來自各種感測器(包括影像感測器、光達(dá)或雷達(dá)等)的復(fù)雜感測資料。

事實(shí)上，Tu說，賽靈思已在車用電腦視覺處理市場占有率排名第二，僅次于Mobileye。然而，他也很快地表示，目前市占率第一(Mobileye)和第二(Xilinx)之間存在著巨大差距。不過，賽靈思與博世(Bosch)、Magna和Continental等多家一線供應(yīng)商(tier one)在成像處理方面都有合作，Tu解釋說：「他們希望在這方面與賽靈思合作的原因有五個(gè)?！?/p>

首先，賽靈思FPGA讓想要執(zhí)行自家專有成像處理演算法的汽車OEM實(shí)現(xiàn)差異化。相形之下，Mobileye提供的是一種「通用」(one-size-fits-all)的解決方案。

其次，賽靈思為tier one提供的是「開放式」平臺(tái)，有助于其實(shí)現(xiàn)并確保符合ISO26262的功能安全。而Mobileye則提供一個(gè)「黑盒子」——這讓tier one 和OEM都不清楚在Mobileye盒子內(nèi)部究竟發(fā)生了什么。

但是，如果Mobileye能保證其黑盒子符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)，那還會(huì)有問題嗎？Tu說：「Mobileye是一家芯片供應(yīng)商。最終，如果在系統(tǒng)級出現(xiàn)一些安全問題，那么必須承擔(dān)責(zé)任的就是汽車OEM，而非芯片供應(yīng)商?！?/p>

第三，賽靈思的成像處理解決方案為可在車內(nèi)安裝之處提供了靈活性。它可以放在前置攝影機(jī)、擋風(fēng)玻璃或中央模組。

第四，賽靈思還提供了「可擴(kuò)展性」。賽靈思設(shè)計(jì)的ZU2～ZU5搭配Cortex-A53和Cortex-R5等ARM子系統(tǒng)，能夠根據(jù)應(yīng)用需求添加更多可編程結(jié)構(gòu)。隨著新車評估計(jì)劃每12至16個(gè)月增加一項(xiàng)新要求，Tu強(qiáng)調(diào)，「相較于SoC相比，我們的解決方案提供了更多的靈活性?！?/p>

第五，賽靈思看好FPGA的適應(yīng)性，它能持續(xù)因應(yīng)汽車產(chǎn)業(yè)需要的功能不斷變化而隨之調(diào)整。

或許，最有助于描述這種適應(yīng)性的例子之一就是賽靈思所謂的「動(dòng)態(tài)功能交換」(DFX)。例如，假設(shè)賽靈思的芯片可用于Level 3自動(dòng)駕駛車的駕駛員監(jiān)控功能，那么，相同的芯片還可以重新編程，在代客停車應(yīng)用中執(zhí)行自動(dòng)停車功能。Tu解釋說，這種可編程性能夠改變芯片的「個(gè)性」。

光達(dá)市場占有率達(dá)九成

賽靈思另一項(xiàng)優(yōu)勢是在光達(dá)市場的主導(dǎo)地位。據(jù)Tu介紹，賽靈思的芯片不僅用于幾家主要的tier one光達(dá)產(chǎn)品中，同時(shí)也被多數(shù)新創(chuàng)公司的設(shè)計(jì)采用。由于各種不同的光達(dá)建置了許多不同技術(shù)，而這一技術(shù)匯流的趨勢也將持續(xù)下此，多家光達(dá)供應(yīng)商開始轉(zhuǎn)而采用賽靈思的可編程解決方案，這是可以理解的。

Magney說：「許多光達(dá)顯然都使用了FPGA，尤其是一些具有智能化而需要特殊處理的光達(dá)。FPGA讓光達(dá)制造商得以更新和調(diào)整其處理要求。而且，由于大多數(shù)光達(dá)供應(yīng)商都是新公司，在這個(gè)階段采用ASIC解決方案并不切實(shí)際?！?/p>

但是在一個(gè)更大的計(jì)劃中，Demler質(zhì)疑90%的市占率究竟有多么重要。他指出，「這畢竟還是一個(gè)較小的市場…每年大概不超過100萬個(gè)單位量。我猜測賽靈思可能與Velodyne有合作關(guān)系，但目前應(yīng)該還在研發(fā)中。」

Demler認(rèn)為，當(dāng)今的光達(dá)市場「主要在于測繪(mapping)和工業(yè)應(yīng)用，而非汽車?！?/p>

在邊緣處理？

雖然光達(dá)市場目前可能仍然微不足道，但賽靈思可望在邊緣的感知資料處理方面發(fā)揮更大的作用。

Magney說：「我們也在由感測器進(jìn)行處理資料的邊緣看到一些處理進(jìn)行。例如，光達(dá)和雷達(dá)產(chǎn)生大量的資料，經(jīng)過一些程序?qū)⒉糠萏幚硇枨髠魉椭粮袦y器模組，特別是針對ADAS?！?/p>

Magney指出：「FPGA可作為ADAS解決方案價(jià)值鏈中的重要組成部份，而且可能非常適用于處理豐富的成像雷達(dá)，這部份技術(shù)目前仍十分先進(jìn)?！?/p>

從ADAS到自動(dòng)駕駛

雖然FPGA在ADAS市場的表現(xiàn)不錯(cuò)，但Tu認(rèn)為FPGA的根本優(yōu)勢在于「低延遲和更高的傳輸速率」，這將在高度自動(dòng)化的汽車市場真正發(fā)揮作用。

當(dāng)GPU進(jìn)行深度學(xué)習(xí)推論時(shí)，他們需要大量的平行資料才能通過單指令多重資料串流(SIMD)。為了進(jìn)行更多運(yùn)算和更少擷取，業(yè)界試圖開發(fā)廣泛的SIMD架構(gòu)，但暫存檔案仍存在限制。

相反地，F(xiàn)PGA能進(jìn)行batch-less的推論，Tu表示，這致使「無論批量大小都能提供低延遲和確定性延遲、更高的吞吐量以及一致的運(yùn)算效率?！?/p>

FPGA提供batch-less的推論（來源：Xilinx）

雖然原則上是這樣，但對于賽靈思最終將如何在自動(dòng)駕駛(AV)市場抗衡Nvidia和Mobileye，業(yè)界觀察家目前仍不愿作出任何判斷。

就在幾個(gè)月前，賽靈思曾經(jīng)談到它所謂的「自適應(yīng)運(yùn)算加速平臺(tái)」(ACAP)，該公司聲稱它將「超越傳統(tǒng)CPU和GPU的性能」。然而，該公司至今并未透露任何細(xì)節(jié)。Tu說，ACAP今年將投片，但要到2019年以后才會(huì)開始出貨。

那么，如果我們拿賽靈思的解決方案來和Nvidia或Mobileye作比較呢？Magney指出：「現(xiàn)在要作出什么結(jié)論還為時(shí)過早。Mobileye基于視覺的演算法在同級方案中表現(xiàn)最佳，它們針對緊密整合的指令集(ASIC)進(jìn)行了強(qiáng)化。目前，從視覺角度來看，這是一場硬仗，但賽靈思將為客戶提供開放的解決方案，這心封閉的方案更具有吸引力?！?/p>

至于Nvidia，Magney補(bǔ)充說，「除非透過某些嚴(yán)格的基準(zhǔn)測試，否則很難知道賽靈思是否比Nvidia更有效率。此外，Nvidia提供了一個(gè)完整的堆疊和SDK，因此，對于開發(fā)人員來說，目前Nvidia的堆疊更完整?！?/p>

整體而言，Demler指出：「我們看到資料中心將FPGA用于AI加速，因此，賽靈思在此基礎(chǔ)上開發(fā)更專用的架構(gòu)也不至于讓我感到意外。FPGA可利用其DSP與平行架構(gòu)，提供極其適合神經(jīng)網(wǎng)路加速的運(yùn)算能力?！?/p>

Demler表示：「最終，相較于其他解決方案，其挑戰(zhàn)在于成本和功耗。」

雖然與戴姆勒的合作被視為是「賽靈思的重要訂單」，但Magney表示很難知道終端應(yīng)用何時(shí)可用。

戴姆勒在新聞發(fā)布會(huì)上表示：「在此策略合作中，來自德國辛德爾芬根與印度班加羅爾兩地之賓士車廠研發(fā)中心的深度學(xué)習(xí)專家，在賽靈思高度自適應(yīng)的汽車平臺(tái)上建置其AI演算法?！乖摴颈硎?，Mercedes-Benz將使賽靈思AI處理器技術(shù)實(shí)現(xiàn)商品化，讓神經(jīng)網(wǎng)路實(shí)現(xiàn)最高的執(zhí)行效率。