豐田和沃爾沃自動(dòng)駕駛背后的推動(dòng)者是誰?

在汽車領(lǐng)域AI（人工智能）半導(dǎo)體的搭載已經(jīng)司空見慣。對于早早布局自動(dòng)駕駛時(shí)代的NVIDIA來說，其AI半導(dǎo)體如預(yù)期迅速發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。對于積極采用其芯片的沃爾沃和豐田汽車將會獲得哪些優(yōu)勢？在美國圣何塞舉行的“GPU技術(shù)大會（GTC）2019”開發(fā)者大會上，我們得以一窺未來的趨勢。

沃爾沃將于2021年刷新其車載電子平臺。高性能車載處理器將切換到以車輛電氣/電子（E / E）架構(gòu)為中心的“中央型”系統(tǒng)。為了充分利用自動(dòng)駕駛汽車的大腦AI（人工智能）半導(dǎo)體，有必要放棄傳統(tǒng)的“分布式”E / E架構(gòu)。目標(biāo)定位于自動(dòng)駕駛時(shí)代而改變策略的公司不止沃爾沃一家，豐田汽車已經(jīng)決定將驗(yàn)證AI自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是否能準(zhǔn)確工作的驗(yàn)證工程委托給其他公司。

而為沃爾沃車載電腦提供AI半導(dǎo)體，并支持豐田驗(yàn)證工作的公司正是NVIDIA。

沃爾沃集團(tuán)將全面采用NVIDIA

上圖左側(cè)是沃爾沃的車載AI人工智能處理器，計(jì)劃2021年左右開始全面搭載在Volvo各個(gè)車型中，以實(shí)現(xiàn)L2+級自動(dòng)駕駛功能。右側(cè)的車載處理器可為L4-5級自動(dòng)駕駛汽車提供更好的性能，配備了沃爾沃集團(tuán)瑞典Zenuity開發(fā)的自動(dòng)駕駛操作軟件。（拍攝：日經(jīng)汽車）

豐田自動(dòng)駕駛子公司豐田研究院（TRI-AD）的CTO 鯉渕健先生表示，NVIDIA能提供“目前所能想象的最高性能的車載半導(dǎo)體處理器”。

然而盡管如此，豐田的AI半導(dǎo)體仍然不是僅僅擁有NVIDIA“唯一“1個(gè)選擇。在計(jì)劃于2020年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的自動(dòng)駕駛車型中，豐田預(yù)計(jì)將采用NVIDIA和瑞薩電子芯片相組合的形式。隨著競爭的加劇，NVIDIA要確保先發(fā)優(yōu)勢，就必須迅速開拓新客戶并開發(fā)下一代芯片。

“分布式”將變得過于復(fù)雜

2019年3月在美國圣何塞舉行的開發(fā)者大會“GPU技術(shù)大會（GTC）2019”上，負(fù)責(zé)沃爾沃AD和ADAS自動(dòng)駕駛開發(fā)的高級經(jīng)理Andreas Wallin先生表示“重建電子平臺的時(shí)機(jī)已經(jīng)到來?！?/p>

到目前為止，Volvo已經(jīng)使用數(shù)十個(gè)ECU構(gòu)建了一個(gè)車載電子平臺。然而由于分布式連接中采用各個(gè)ECU和汽車部件分別連接的方式，為了“增加以自動(dòng)駕駛為中心的功能，將導(dǎo)致分布式系統(tǒng)過于復(fù)雜”，問題已經(jīng)出現(xiàn)。

Volvo將中央處理器命名為“Core Computer”，計(jì)劃在其中大型車輛平臺刷新時(shí)進(jìn)行安裝。車輛的新平臺“SPA2（可擴(kuò)展產(chǎn)品架構(gòu)）”計(jì)劃于2021年左右引進(jìn)注1）。

注1）現(xiàn)有平臺“SPA”的商業(yè)化從2015年開始，并已從頂級SUV “XC90”車型開始，廣泛部署在“90系列”和“60系列”車型中。目前計(jì)劃6年內(nèi)進(jìn)行換代。

Core Computer尺寸為200 x 200 x 50 mm，搭載了NVIDIA的車載AI處理器“DRIVE AGX Xavier”。DRIVE AGX Xavier配備SoC（片上系統(tǒng)）“Xavier”，其處理能力高達(dá)30 TOPS（每秒30萬億次）。功耗為30 W，大于傳統(tǒng)ECU的功耗，因此配備了水冷式的冷卻機(jī)構(gòu)。此外還具有OTA功能，可通過無線通信更新軟件。

沃爾沃的目標(biāo)是在2021年實(shí)現(xiàn)L2 +級自動(dòng)駕駛的商業(yè)化。將在駕駛員監(jiān)控和必要時(shí)交接的前提下，實(shí)現(xiàn)高速公路上的自動(dòng)駕駛。Core Computer還能用于自動(dòng)停車功能和通過車載攝像頭監(jiān)控駕駛員的監(jiān)控系統(tǒng)。

豐田委托NVIDIA進(jìn)行性能驗(yàn)證

豐田于2017年開始與NVIDIA合作，一直專注于創(chuàng)建自動(dòng)駕駛開發(fā)“上游”的算法。例如，2019年1月豐田公布的自動(dòng)駕駛開發(fā)用的實(shí)驗(yàn)車輛“TRI-P4”車載處理器中，就搭載了NVIDIA的Xavier注2）。

注2）TRI-P4在NVIDIA的Xavier上配備了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，并處理攝像頭與激光雷達(dá)等的傳感器數(shù)據(jù)。收集的傳感器數(shù)據(jù)存儲在“Amazon Web Services（AWS）”中，并且改進(jìn)了自動(dòng)駕駛算法。

在GTC2019上，NVIDIA首席執(zhí)行官（CEO）Jensen Huang先生在主題演講中表示，“我們將擴(kuò)大與豐田的合作關(guān)系，在自動(dòng)駕駛開發(fā)從上游到下游的廣泛領(lǐng)域建立合作伙伴關(guān)系。

豐田采用NVIDIA進(jìn)行自動(dòng)駕駛軟件的性能驗(yàn)證

豐田自動(dòng)駕駛子公司TRI-AD采用了由NVIDIA開發(fā)的仿真環(huán)境“DRIVE Constellation”。車載處理器使用NVIDIA SoC。

自動(dòng)駕駛開發(fā)的“下游”是上述自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的操作驗(yàn)證。TRI-AD采用NVIDIA開發(fā)的模擬環(huán)境“DRIVE Constellation”注3）。

注3）DRIVE Constellation是一個(gè)AI平臺，由兩個(gè)部署在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器（“DGX-1”超級處理器）組成。配備NVIDIA GPU的第一臺服務(wù)器使用名為DRIVE Sim的專有軟件來創(chuàng)建各種駕駛模擬環(huán)境。它還會創(chuàng)建如攝像頭，毫米波雷達(dá)，LIDAR等傳感器數(shù)據(jù)，，并將其發(fā)送到第二臺服務(wù)器。而搭載了NVIDIA車載AI處理器“DRIVE AGX Pegasus”的第二臺服務(wù)器將根據(jù)這些傳感器數(shù)據(jù)，發(fā)出加速/減速和轉(zhuǎn)向等指令，并將其反饋給第一臺服務(wù)器。通過兩個(gè)服務(wù)器的協(xié)作，可視地驗(yàn)證自動(dòng)駕駛車輛是否可以正確操作。

豐田集團(tuán)一直在內(nèi)部開發(fā)類似的仿真環(huán)境，但目前已經(jīng)改變方針，將使用NVIDIA開發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行一部分驗(yàn)證。對于豐田來說，這相當(dāng)于將掌握自動(dòng)駕駛可靠性的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域委托給其他公司負(fù)責(zé)。此外，采用DRIVE Constellation不僅包括TRI-AD，包括美國豐田研究院（TRI）也將在開發(fā)中采用。

DRIVE Constellation可以再現(xiàn)虛擬空間中的各種駕駛環(huán)境，如天氣，時(shí)區(qū)，交通擁堵情況。由于可以通過再現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中難以測試的各種危險(xiǎn)駕駛條件來進(jìn)行駕駛實(shí)驗(yàn)，因此可以說“可以有效地提高實(shí)驗(yàn)效率并且提高系統(tǒng)可靠性”（NVIDIA）。

DRIVE Constellation生成的虛擬道路環(huán)境示例。它可以再現(xiàn)虛擬空間中的各種駕駛環(huán)境，如天氣，時(shí)區(qū)，交通擁堵狀況

降低功耗并應(yīng)用于EV

除了這些大型傳統(tǒng)車企，NVIDIA也正在加強(qiáng)與中國新興造車勢力的合作。在GTC2019中，中國的小鵬汽車和蔚來汽車（NIO）等發(fā)表了自動(dòng)駕駛開發(fā)的現(xiàn)狀。

小鵬汽車將于2020年推出新的電動(dòng)EV車型“P7”。該款車型將可對應(yīng)L2 +級自動(dòng)駕駛（圖4）。車載處理器采用了與沃爾沃相同的DRIVE AGX Xavier。

小鵬汽車將于2020年量產(chǎn)的電動(dòng)汽車平臺

NVIDIA的DRIVE AGX Xavier被放置在后輪側(cè)作為自動(dòng)駕駛的處理器。照片攝于“2019年上海車展”。

小鵬汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中一個(gè)有趣的事情是對于降低功耗所進(jìn)行的努力。在電動(dòng)汽車中，電力消耗與續(xù)航里程縮短直接相關(guān)?！拔覀冊诖_保感知能力的同時(shí)，減少了攝像頭圖像的處理量”小鵬汽車主導(dǎo)自動(dòng)駕駛開發(fā)的公司副總裁谷俊麗表示。

具體是改變了高速公路和一般道路處理的圖像的幀速率。一般道路以60幀/秒的速度處理，因?yàn)榇嬖谛腥?，自行車等，情況變化很快。而在高速公路中“通過每秒抽取15幀的速度進(jìn)行處理”（Gu）。如果幀數(shù)減少到1/4，則可以顯著降低功耗。

服務(wù)公司也將成為車載處理器的客戶。例如，圖森未來（TuSimple）正在開發(fā)使用自動(dòng)駕駛卡車進(jìn)行配送服務(wù)。公司創(chuàng)始人，總裁兼首席技術(shù)官侯曉迪先生于2019年在GTC宣布“將于2020年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)作”。

圖森未來的自動(dòng)駕駛卡車目標(biāo)2020年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。采用攝像頭進(jìn)行圖像識別的系統(tǒng)中搭載NVIDIA的車載處理器。2019年5月，該公司與美國郵政服務(wù)公司（USPS）簽訂合同，使用自動(dòng)駕駛卡車測試運(yùn)輸服務(wù)。圖森將根據(jù)USPS的需求驗(yàn)證自動(dòng)駕駛能力。

“Orin”正在持續(xù)開發(fā)中

NVIDIA面向L2-3級自動(dòng)駕駛的車載處理器正在按計(jì)劃進(jìn)行。但是目前急于開發(fā)的是面向L4~5級自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。例如，目前沃爾沃集團(tuán)正與它合作正在開發(fā)的L4~5級自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，將采用NVIDIA的車載處理器“DRIVE AGX Pegasus”注4）。

注4）沃爾沃與瑞典Autoliv的合資企業(yè)Zenuity，將開發(fā)自動(dòng)駕駛軟件并將其安裝在NVIDIA的DRIVE AGX Pegasus上。

但是GTC2019上令人感到擔(dān)憂的是，對于面向L4~5級車載處理器的下一代產(chǎn)品“Orin”完全沒有提及。Orin可以通過兩個(gè)SoC實(shí)現(xiàn)與Pegasus相同的性能。Pegasus使用2個(gè)Xaviers和2個(gè)GPU。

NVIDIA首次宣布Orin存在是在2018年GTC上，對于一年后的進(jìn)展如何，英偉達(dá)完全沒有公布，這或多或少令人失望。2019年5月，在官方博客中公布了該處理器與美國特斯拉車載處理器的性能差異，由此唯一可以確認(rèn)的是開發(fā)仍在繼續(xù)。在保持DRIVE AGX Pegasus 320 TOPS的處理性能的同時(shí)，功耗可以降低多少呢？