針對自動駕駛優(yōu)化的全新微處理器架構(gòu)Cortex A65AE

如果要選出一位“自動駕駛芯片的幕后 BOSS ”，ARM 的得票數(shù)不會低。

從支撐各種大屏智能車載系統(tǒng)的 MCU，到實(shí)現(xiàn) L2/L3 甚至 L4/L5 級別自動駕駛的芯片，目前市面上主流方案的 CPU 部分，都是基于 ARM 的架構(gòu)打造的。

舉個栗子，高通 820A（A 代表 Auto），高通為車載系統(tǒng)打造的全新一代 MCU，其 CPU 部分就是基于 ARM V8 架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

再舉個栗子，上個月刷屏自動駕駛界的英偉達(dá) AGX 系列自動駕駛計(jì)算平臺，其 CPU 部分也是基于 ARM V8 架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

就在北京時間 19 號，ARM 公司正式發(fā)布了全新的微處理器架構(gòu)——Cortex A65AE。

AE 是 Automotive Enhanced（汽車增強(qiáng)）的縮寫，也就是說，A65AE 是一款針對汽車應(yīng)用做了針對優(yōu)化的架構(gòu)。更準(zhǔn)確點(diǎn)說，是針對自動駕駛做了優(yōu)化。

電動星球注：這里說的 Cortex A65 架構(gòu)跟上面說的 V8架構(gòu)指的不是同一個概念。V8 架構(gòu)是 2011 年 ARM 推出的 RISC（精簡指令集處理器）底層架構(gòu)，而 A65 是一類已經(jīng)成品的 CPU 基礎(chǔ)框架。通俗點(diǎn)的解釋就是，V8 代表的是規(guī)則，也就是“處理器應(yīng)該怎么做”，而 Cortex 代表的，是在此規(guī)則下，ARM 推出的官方處理器范本，所有芯片廠商可以購買公版 Cortex 架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)再改造，ARM 公司本身不制造芯片。

那 A65 到底針對自動駕駛做了怎樣的優(yōu)化呢？

ARM 把 A65 上針對自動駕駛推出的全新功能叫做 split-lock (分核-鎖步)技術(shù)。這個技術(shù)的基本原理是：在分核模式下，CPU 核心可以分成雙核一組或四核一組的獨(dú)立核心群，用于各種任務(wù)和應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)更高性能；在鎖步模式下，CPU 將處于鎖步狀態(tài)，在群集中創(chuàng)建一對（或兩對）鎖步CPU 運(yùn)行相同的代碼，若監(jiān)控到異常，會向系統(tǒng)報錯并讓故障恢復(fù)機(jī)制接管（或至少會通知驅(qū)動程序），以實(shí)現(xiàn)更高汽車安全。

上面這段話看起來有點(diǎn)過于硬核，我們還是用通俗的例子說明吧：

如果我們把 CPU 內(nèi)部的多個核心想象成公司里的一個個員工，那么分核模式就像是小組工作，每個小組各司其職，獨(dú)立完成任務(wù)。而鎖步模式就像是讓兩個人按照同樣的規(guī)則處理同一件事情，如果途中兩個人的辦公出現(xiàn)了差異，那么老板（操作系統(tǒng)）會馬上過來檢查到底是哪里出了岔子。

分核-鎖步模式對自動駕駛有什么特別的好處呢？四個字概括——高效安全。

目前實(shí)現(xiàn)自動駕駛，還是要靠多傳感器協(xié)同工作。傳統(tǒng)的消費(fèi)級別多核 CPU，都是多核心并行工作，也就是有事大家一起上。這樣的工作方式在協(xié)調(diào)多傳感器的高級輔助駕駛/自動駕駛汽車上會存在性能浪費(fèi)的問題，當(dāng)某些傳感器沒有工作的時候，整個處理器的所有核心依然在工作，而這個時候明明可以調(diào)用更少的核心，實(shí)現(xiàn)更低的發(fā)熱和功耗。

而 A65AE 架構(gòu)采用的分核模式，實(shí)際上就可以根據(jù)傳感器的權(quán)重智能分配核心數(shù)目，根據(jù)傳感器工作的情況合理調(diào)度各個核心，這就是高效。

那安全呢？安全對應(yīng)的，就是鎖步模式。傳統(tǒng) CPU 的多核并行運(yùn)算容錯能力并不高。盡管芯片廠商一直在不斷改進(jìn)每一代新芯片的安全性能，但是只要出錯率存在，就不能說是一顆 100% 安全的芯片。

A65AE 解決這個問題的辦法非常聰明，鎖步模式下兩個核心同時工作，對結(jié)果進(jìn)行對比——我知道芯片不是 100% 準(zhǔn)確的，我也允許芯片犯錯，但我會檢查出來，并且改正。

如果看到這里你還記得這篇文章的題目，那你多半要開始吐槽——說好的 16 年前的技術(shù)呢？！

別急，我們先回憶一下剛剛說過的分核-鎖步模式。這兩個模式實(shí)現(xiàn)的前提是一樣的——CPU 要擁有足夠多的核心可供調(diào)用。

盡管 A65AE 在研發(fā)過程中，就已經(jīng)針對目前最先進(jìn)的7納米制造工藝做了優(yōu)化，號稱比起 Mobileye EyeQ4 芯片 CPU 部分采用的 Cortex-A53 架構(gòu)，在功耗相同的情況下實(shí)現(xiàn)了 3.5 倍的性能。

但是要支持高級別高安全性的自動駕駛運(yùn)算，算力可以說是多多益善，而功耗也會相應(yīng)的水漲船高。能有多高？從英偉達(dá)的 AGX Pegasus 平臺高達(dá) 500W 的恐怖功耗，相信大家也可見一斑。

這個 16 年前的技術(shù)就是這樣登場的——HT（Hyper-Threading），超線程技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)的原理很簡單——把一個物理核心，變成兩個邏輯核心。

什么意思呢？硬核名詞，我們還是通俗解釋，不一定完全準(zhǔn)確，但保證易懂：

我們把物理核心看做一個人，而處理器就像是一條工廠的流水線，功耗則是工廠的電費(fèi)。而在這條流水線上，一個人同時只能裝配一個產(chǎn)品——左手扶著，右手安裝。這就是單線程，每個物理核心只處理一條線程上的數(shù)據(jù)。

多線程的操作是這樣的：工廠在流水線上給你裝了一個很小的機(jī)械臂（特殊指令），幫你扶著來來往往的產(chǎn)品（數(shù)據(jù)），這樣，你的左右兩只手都能裝配（處理數(shù)據(jù)）了。而工廠并沒有增加雙倍的工資（功耗翻番），只是買了一個很小的機(jī)械臂（增加很小部分的功耗）而已。

這項(xiàng)技術(shù)在那個處理器還是單核的年代可以說是極為超前的，因?yàn)楫?dāng)時的技術(shù)并不足以給價格更低的消費(fèi)級單核處理器設(shè)計(jì)出雙倍的帶寬（物理核心沒有變）。

這個問題，還是繼續(xù)用上面的例子解釋吧：雖然工人兩只手都可以空出來工作，但是雇傭大腦足夠靈活，能夠輕松左右互搏的人，成本是很高的。在那個年代，只有服務(wù)器級別的處理器市場能夠充分消化超線程技術(shù)。

當(dāng)然，在 16 年后的現(xiàn)在，帶寬跟成本早已不是什么問題，PC 界早在 2009 年就已經(jīng)重新?lián)肀Я顺€程技術(shù)，而追求極致高效能的 ARM，也在 7 納米工藝成熟的今天，正式推出了自己的超線程芯片。

不過，這個如此美妙的處理器架構(gòu)，可能要等到 2020 年才會有車規(guī)級的芯片上市。畢竟等待芯片工藝成熟穩(wěn)定、芯片成品經(jīng)過車規(guī)級檢驗(yàn)，是一段足夠漫長的時間。

但是 A65AE 的出現(xiàn)，已經(jīng)足夠讓 ARM 在對手面前，保持足夠的領(lǐng)先地位。對手是誰？沒錯，是英字頭的，不過不是英偉達(dá)，是英特爾。

藍(lán)色小巨人英特爾在 PC 和服務(wù)器芯片領(lǐng)域可以說是風(fēng)生水起，但是在自動駕駛領(lǐng)域，目前英特爾還沒有一塊商用的芯片發(fā)布，更不用說什么針對自動駕駛優(yōu)化的處理器架構(gòu)了。

盡管英特爾斥資 150 億美元收購了 Mobileye，但是其 EyeQ4 芯片的 CPU 部分，依然是 8 個基于 ARM Cortex A53 架構(gòu)的芯片。而 EyeQ5 的架構(gòu)詳情雖然早在 2016 年就已經(jīng)說“將會公布”，但是在英特爾入主 Mobileye 之后，卻又一直遮遮掩掩，只是給出了基本的算力數(shù)據(jù)，說會在 2020 年搭載在上路的汽車上面。

難道說，EyeQ5 本來采用的依然是 ARM 架構(gòu) CPU，而 Mobileye 被英特爾招至麾下之后，決定重造芯片？

這個問題的答案，我們可能要等上一段時間了。

哦對了，超線程技術(shù)的發(fā)明者，就是英特爾。