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L4無人駕駛瓶頸之一：計算平臺

2019-12-10 23:01:08·  來源：佐思汽車研究  作者：周彥武  
　
L4無人駕駛計算平臺是限制L4無人駕駛大規(guī)模推廣的瓶頸之一，其他瓶頸也很多。悲觀的話，10年內(nèi)L4級無人駕駛無法量產(chǎn)，樂觀的話至少也要再等上5年。典型L4級無人
 L4無人駕駛計算平臺是限制L4無人駕駛大規(guī)模推廣的瓶頸之一，其他瓶頸也很多。悲觀的話，10年內(nèi)L4級無人駕駛無法量產(chǎn)，樂觀的話至少也要再等上5年。
典型L4級無人駕駛計算平臺如上圖，基本上就是兩套一模一樣的系統(tǒng)，包含了CPU、GPU和加速器。多個加速器還需要一個PCIe交換機(jī)，其價格非常昂貴，甚至比加速器都貴。與線控底盤連接需要一個達(dá)到ASIL-D級的MCU，通常是英飛凌的TC297/397，瑞薩的RH850和NXP的MPC574X系列也能達(dá)到。
計算平臺核心是以太網(wǎng)交換機(jī)，以上圖為例，Marvell的7口以太網(wǎng)交換器88E6321通過以太網(wǎng)物理層Marvell的88E1512與兩個CPU也就是英偉達(dá)的Tegra Parker連接。Parker外接GPU加速器，以太網(wǎng)交換器也連接主要傳感器和底盤控制MCU（PX2中就是英飛凌的TC297T），可謂是PX2的關(guān)鍵芯片。88E6321的后續(xù)產(chǎn)品是88Q5050，由德國大陸汽車旗下子公司Elektrobit與Marvell聯(lián)合打造，88Q5050則用在英偉達(dá)最新旗艦Pegasus，這也是基于最新的車載以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)TSN的首次實際應(yīng)用。
通常CPU對應(yīng)標(biāo)量計算，主要是路徑規(guī)劃和決策算法，此外部分激光雷達(dá)使用ICP點云配準(zhǔn)算法，CPU比GPU能更好對應(yīng)。常用的傳感器融合如卡爾曼濾波算法也多是標(biāo)量運算。GPU對應(yīng)矢量或者說向量計算，包括高精度地圖、傳統(tǒng)視覺算法。矩陣就是卷積運算的核心，也是所謂人工智能的核心運算。通俗一點理解的話，我們可以將標(biāo)量視為零階張量，矢量視為一階張量，那么矩陣就是二階張量。FPGA比較特殊，它天生并行結(jié)構(gòu)，對應(yīng)矢量和矩陣都沒問題，對應(yīng)高階張量更能發(fā)揮特長。
CPU應(yīng)該達(dá)到200K DMIPS以上的算力。ARM設(shè)計的針對L4使用的Cortex-a76AE，ARM推薦的是驚人的16核設(shè)計，車規(guī)級肯定運行頻率不能太高，否則功耗太高，估計最高不超過2.2GHz，甚至是1.8GHz，這樣的算力超過250K，我們給它打個八折，算200K。AI部分主要是推理，一般都是INT8的精度。如果特別側(cè)重攝像頭，INT8至少要有20TOPS的算力，如果更側(cè)重激光雷達(dá)，那么個人認(rèn)為4TOPS就足夠。
常見或有潛力成為無人駕駛計算平臺的芯片對比
EyeQ5的CPU很弱，只有52K，是所有芯片里最差的，不過這關(guān)系不大，因為它屬于英特爾，英特爾的汽車SoC也就是Atom 3900系列可以派上用場，3900系列中最高級的A3960大約有50K DMIPS。英特爾的Atom 3900系列差不多6年都沒更新?lián)Q代了?；蛟S2020年會更新。
Xavier表現(xiàn)最全面，CPU算力有137K，仍然不及格。SA8155P是高通驍龍855的車規(guī)版，跟麒麟990一樣都是7納米，4個A76加4個A55內(nèi)核。估計A76的運行頻率也會降低，即便是A76火力全開，也難以超過130K。特斯拉的AI很強(qiáng)，不過12個A72最多也就是150K。以特斯拉的出貨量，這顆芯片估計最低都要300美元。
最優(yōu)秀的實際是Xilinx的VersalAI Core，AI算力擁有壓倒性優(yōu)勢，最低都有49TOPS。這是全球首顆7納米FPGA。
稱之為FPGA或許不切合實際，Xilinx稱之為Adaptive Compute Acceleration Platform (ACAP)。
 ACAP結(jié)合了CPU和GPU（DSP）的高效率應(yīng)用場景，能夠自適應(yīng)各種計算形式。
ACAP里包含了兩個A72內(nèi)核，對應(yīng)標(biāo)量計算，兩個A72擁有48KB/32KB的一級緩存，1MB的二級緩存，這比傳統(tǒng)的ASIC要高不少。同時也有Cortex-R5雙核保證實時性任務(wù)的可靠執(zhí)行，如Boot。有AI和DSP引擎，AI引擎從128-400個，DSP引擎從928-1968個。還有完整的片上網(wǎng)絡(luò)，包括兩個以太網(wǎng)接口，一個USB 2.0，兩個UART，兩個SPI，兩個I2C，兩個特別為汽車行業(yè)考慮的CAN-FD。LUT方面最高接近200萬個，Xilinx說足以媲美服務(wù)器級CPU。
Xilinx Versal AICore參數(shù)見上表，這么牛掰的東西使用的晶體管數(shù)量驚人，Versal AI Core的旗艦VC1902使用了370億個晶體管，預(yù)計最低級的VC1352也有50億個。而英偉達(dá)的Tesla V100才212億個，Xavier才90億個晶體管。上個月英特爾還有更瘋狂的Stratix 10 GX 10M FPGA。這是全球密度最高的 FPGA，擁有 1020 萬個邏輯單元，433 億顆晶體管。通常芯片的晶體管密度是25-31百萬/平方毫米，Xilinx Versal AI Core最小都有大約250平方毫米的裸晶面積，這就注定其價格非常高昂?，F(xiàn)在7納米的產(chǎn)能非常緊俏，F(xiàn)PGA的裸晶面積又特別大，但量又很低，筆者估計最低價格也是1500美金起。ACAP主要市場還是數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域、5G基站和航天航空雷達(dá)領(lǐng)域。不過在汽車領(lǐng)域可以只用一片，甚至可以連風(fēng)扇都不需要的小盒子搞掂L4運算平臺。

Versal ACAP在今年9月份正式推出，目前價格還未知。ACAP的出現(xiàn)或許表明初創(chuàng)公司做AI芯片不是個好方向，先不要說7納米一次流片費用近3億（28納米的芯片晶體管密度根本無法和7納米比）。即便是ASIC，一味強(qiáng)調(diào)算力，也根本無法和FPGA匹敵的。靈活度就更不用說了。初創(chuàng)公司還是做算法比較合適，等壯大了，才能燒錢做芯片。 
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