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寶馬自動(dòng)駕駛計(jì)算架構(gòu)剖析：姍姍來(lái)遲的EyeQ5

2020-05-07 23:01:43·  來(lái)源：佐思汽車(chē)研究  作者：周彥武  
　
Mobileye或者說(shuō)英特爾的EyeQ5第一次宣布是在2016年5月，當(dāng)時(shí)宣稱2018年有工程樣片，2019年量產(chǎn)。2017年12月，英特爾收購(gòu)Mobileye后宣布2020年量產(chǎn)。而英偉達(dá)的Xa
Mobileye或者說(shuō)英特爾的EyeQ5第一次宣布是在2016年5月，當(dāng)時(shí)宣稱2018年有工程樣片，2019年量產(chǎn)。2017年12月，英特爾收購(gòu)Mobileye后宣布2020年量產(chǎn)。而英偉達(dá)的Xavier在2016年9月透露，2017年3月宣布與博世合作開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛控制器盒子，2018年1月CES大會(huì)上正式宣布，2018年6月即量產(chǎn)。
 
顯然，在2016年底，應(yīng)該就有了Xavier的工程樣片。2019年英特爾宣布EyeQ5在2021年3月量產(chǎn)，而采用Xavier的量產(chǎn)車(chē)小鵬P7已經(jīng)上市了，即便一切順利，采用EyeQ5的量產(chǎn)車(chē)也要到2022年上市了。第一輛采用EyeQ5的車(chē)是寶馬的iNext。
 
英偉達(dá)主要合作伙伴是博世、ZF、沃爾沃、奔馳、奧迪、豐田。英特爾主要合作伙伴是寶馬、蔚來(lái)。在2019年中期，安波福、奧迪、百度、寶馬、大陸集團(tuán)、戴姆勒、菲亞特克萊斯勒、Here、英飛凌、英特爾和大眾這11家企業(yè)組成的聯(lián)盟發(fā)表了一份白皮書(shū)（自動(dòng)駕駛安全為先，Safety First For Automated Driving，SaFAD）。在2020年2月，日本豐田、電裝、法雷奧、馬自達(dá)和日產(chǎn)與SaFAD聯(lián)盟也舉行了聯(lián)合會(huì)議。
 
SaFAD聯(lián)盟正在主導(dǎo)一項(xiàng)ISO標(biāo)準(zhǔn)，即ISO Draft Technology Report(DTR) 4804。試圖打造一個(gè)取代ISO26262的自動(dòng)駕駛行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。ISO 4804標(biāo)準(zhǔn)的主席是寶馬自動(dòng)駕駛最重要（Principal）的專家Simon Fürst，4月底，EE時(shí)代對(duì)Simon Fürst進(jìn)行了采訪，https://www.eetimes.com/unveiled-bmws-scalable-av-architecture/，透露了眾多有關(guān)寶馬自動(dòng)駕駛計(jì)算系統(tǒng)的信息。
 
上圖為寶馬智能駕駛硬件系統(tǒng)路線圖，實(shí)際這個(gè)路線圖早在2017年初就已經(jīng)制定，寶馬當(dāng)時(shí)已決定和英特爾（Mobileye）合作。寶馬的邏輯是盡可能最大化復(fù)用研究成果，降低研發(fā)成本，模塊化設(shè)計(jì)，可靈活添加或刪除。
 
按照這副圖，我們可以看出寶馬的基本模塊是L1級(jí)使用EyeQ4加英飛凌的Aurix MCU。L2使用英特爾的denverton 雙核CPU加EyeQ5加兩片英飛凌的Aurix MCU。一般來(lái)說(shuō)L3系統(tǒng)不設(shè)Fallback，但寶馬還是增加了一套Fallback（完全獨(dú)立，包括電源和線控執(zhí)行系統(tǒng)），寶馬的L3的Fallback系統(tǒng)就是L2系統(tǒng)。L4系統(tǒng)也是如此。而L3的主系統(tǒng)是一片CV版的EyeQ5和一片開(kāi)放版高端EyeQ5，加兩片英特爾denverton的8核CPU。英飛凌的Aurix MCU當(dāng)然還在。傳感器方面則增加一個(gè)前向激光雷達(dá)，應(yīng)該是法雷奧Scala二代。L4用一個(gè)24核的至強(qiáng)處理器代替L3的兩片8核處理器，又增加一片開(kāi)放版高端EyeQ5。傳感器方面增加側(cè)方和后方激光雷達(dá)。
 
L2系統(tǒng)稱之為mPAD，L3為hPAD，L4為uPAD。在2018年底寶馬曾經(jīng)公開(kāi)展示過(guò)這些控制器盒子。L3和L4系統(tǒng)都是水冷。
 
上圖為安波福為寶馬打造的mPAD
 
上圖為mPAD內(nèi)部拆解圖，英特爾CPU在背面
不過(guò)按照采訪Simon Fürst的文章，則和寶馬提供的路線圖大相徑庭。Theplatform’s baseline uses Infineon’s Aurix and Renesas’ R-CAR SoCs to optimize its application in stereo front cameras.按照文章里所說(shuō)的，寶馬智能駕駛的基本系統(tǒng)是瑞薩的H3加V3H構(gòu)成的前向立體雙目系統(tǒng)。而在路線圖里瑞薩的H3加V3H只是自動(dòng)泊車(chē)部分。
 
眾所周知，寶馬自2018年似乎放棄了立體雙目，全面轉(zhuǎn)向三目系統(tǒng)。這讓人非常疑惑。有幾種可能，第一種，采訪文章完全是錯(cuò)的，路線圖是對(duì)的。第二種，采訪文章是對(duì)的，路線圖錯(cuò)了，但錯(cuò)誤不多，寶馬結(jié)合了EyeQ5的三目和瑞薩的立體雙目，寶馬又重走立體雙目的回頭路了。第三種，采訪文章和路線圖都是錯(cuò)的，寶馬沒(méi)說(shuō)實(shí)話。感覺(jué)第二種的可能性大一點(diǎn)，寶馬在立體雙目上雖不如奔馳那樣技術(shù)深厚，但也算有不錯(cuò)的積累。不過(guò)第一種的可能性也存在，Mobileye一直強(qiáng)調(diào)單目也可以做到立體雙目的深度計(jì)算，完全可以取代雙目，Mobileye系統(tǒng)里使用雙目可能性很低。
 
寶馬L3/L4智能駕駛軟件架構(gòu)
 
寶馬L3/L4主系統(tǒng)計(jì)算路徑，F(xiàn)allback系統(tǒng)監(jiān)督主系統(tǒng)，當(dāng)?shù)弥飨到y(tǒng)計(jì)算的路徑會(huì)發(fā)生事故或碰撞時(shí)，F(xiàn)allback系統(tǒng)會(huì)切換為主系統(tǒng)，主系統(tǒng)使用人工智能的非確定性算法，F(xiàn)allback系統(tǒng)使用經(jīng)典的確定性算法來(lái)保證安全。Simon Fürst認(rèn)為大部分地方ASIL B級(jí)即可，D級(jí)只用在極少地方。對(duì)于感知，寶馬認(rèn)為關(guān)鍵不是探測(cè)目標(biāo)，而是預(yù)測(cè)目標(biāo)的移動(dòng)軌跡并根據(jù)軌跡計(jì)算出可行使空間。這些恰恰是激光雷達(dá)和雙目最擅長(zhǎng)的（光流法）。
 
對(duì)于軌跡規(guī)劃，寶馬主要依靠激光雷達(dá)估算道路曲率，激光雷達(dá)制作的地圖也可以提供曲率，卡迪拉克的超級(jí)巡航就是如此，激光雷達(dá)高精度地圖也有助于定位，Simon Fürst對(duì)Mobileye推崇的視覺(jué)定位REM只字未提。
 
對(duì)于傳感器融合，Simon Fürst不以為然，他認(rèn)為傳感器融合目前只是科研階段，遠(yuǎn)未到實(shí)用階段，這與特斯拉觀點(diǎn)一致，特斯拉就是純視覺(jué)系統(tǒng)，沒(méi)有傳感器融合。The industry still needs to build a fundamental understanding on howdifferent algorithms should apply to different sensor modalities.傳感器融合目前對(duì)性能提升微乎其微，有時(shí)可能更多漏報(bào)，安全性反而降低，但成本和復(fù)雜度都大幅度增加。
 
寶馬智能駕駛安全等級(jí)
拋開(kāi)是否雙目的難題，我們來(lái)看英特爾的CPU，denverton是英特爾在2016年下半年推出的邊緣計(jì)算Atom C3XXX系列CPU，采用14納米工藝，代號(hào)為“Denverton”和“Denverton-NS”。C3XXX系列分三個(gè)目標(biāo)市場(chǎng)，一個(gè)是服務(wù)器和云存儲(chǔ)，一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)存儲(chǔ)，最后一個(gè)是IoT。C3XXX系列沒(méi)有針對(duì)車(chē)載的產(chǎn)品，英特爾車(chē)載Atom是A39X0系列。不過(guò)IoT系列最高運(yùn)行溫度85度，勉強(qiáng)可算車(chē)規(guī)。所以寶馬使用水冷而不敢用自然冷卻。
 
自從特斯拉對(duì)車(chē)規(guī)不屑一顧后，傳統(tǒng)車(chē)廠也有所動(dòng)搖，EyeQ5未通過(guò)功能安全認(rèn)證，Xavier申請(qǐng)功能安全認(rèn)證已經(jīng)超過(guò)兩年，但目前官方還只能說(shuō)Target。所以用C3XXX系列也不奇怪。顯然雙核Denverton是C3308，8核是C3708。
 
C3XXX系列平臺(tái)內(nèi)部框架圖
寶馬為何要采用非車(chē)載應(yīng)用的C3XXX系列芯片，主要是看重C3XXX的以太網(wǎng)MAC和交換功能，C3XXX系列針對(duì)的目標(biāo)市場(chǎng)主要就是CPE。
 
圖為C3XXX系列的LAN控制器部分，雙核也有4個(gè)2.5G的AMC，8核則有4個(gè)10G的MAC。在L3/L4計(jì)算系統(tǒng)里，除了主芯片，最貴的就是以太網(wǎng)絡(luò)交換芯片，如果端口較多且多10G級(jí)別，性能強(qiáng)大，以太網(wǎng)絡(luò)交換芯片價(jià)格可能超過(guò)EyeQ5這樣的主芯片。C3XXX系列CPU用的好的話，傳感器不多的話，可以不用昂貴的以太網(wǎng)絡(luò)交換芯片。當(dāng)然Phy物理層還是少不了的，英特爾產(chǎn)品線齊全，以太網(wǎng)絡(luò)交換和物理層芯片都有，但都沒(méi)有車(chē)規(guī)版的。
 
至于24核的至強(qiáng)處理器選擇范圍很窄，大部分24核至強(qiáng)處理器功耗都在160瓦以上，標(biāo)準(zhǔn)零售價(jià)都在4500美元以上，寶馬只能選擇至強(qiáng)金牌6262V，功耗是24核至強(qiáng)里最低的，只有135瓦，標(biāo)準(zhǔn)零售價(jià)2900美元。不過(guò)英特爾在2020年4月剛剛推出的針對(duì)5G服務(wù)器的Atom P5962B也可以，這是首款基于10nm制程和新的Tremont架構(gòu)的Atom處理器，最高運(yùn)行溫度為85度，勉強(qiáng)達(dá)到最低級(jí)車(chē)規(guī)級(jí)別。功耗參數(shù)未提供，預(yù)計(jì)80瓦左右。
 
R-CAR V3H推出于2018年2月，2019年3季度量產(chǎn)。內(nèi)含4個(gè)A53內(nèi)核，一個(gè)Cortex-R7@0.8GHz內(nèi)核，也達(dá)到了ASIL B級(jí)別。
 
瑞薩使用三種加速器，一種是基于管線引擎的IMP-X5加速器，它擁有用于固定功能的流水線計(jì)算，近似于GPU。也有電腦視覺(jué)引擎CVE，采用可編程的電腦視覺(jué)引擎將浮點(diǎn)運(yùn)算降至最低。另一種是硬核加速器，包括針對(duì)雙目的立體視差和光流。還有一個(gè)聚類器。最后是一種類似多核DSP的CNN加速器?？傂阅苓_(dá)到426GMAC，也就是每秒4260億次乘積累加，功耗僅為0.3瓦。
 
瑞薩產(chǎn)品規(guī)劃第四代R-CAR大約在2023年量產(chǎn)，而V3U也是第四代產(chǎn)品，預(yù)計(jì)將在2022年量產(chǎn)，這是一款12納米芯片。瑞薩表示12nm工藝R-Car SoC V3U的AI性能可以達(dá)到6.0TOPs/W，遠(yuǎn)高于英偉達(dá)的Xavier平臺(tái)和Mobileye的EyeQ5平臺(tái)。
 
瑞薩V3H已經(jīng)慢慢建立了自己的生態(tài)系統(tǒng)。在初創(chuàng)公司領(lǐng)域有韓國(guó)的Stradvision、以色列Cortica和加拿大的Leddar tech合作伙伴。Stradvision是韓國(guó)現(xiàn)代和LG投資的初創(chuàng)企業(yè)，早在瑞薩開(kāi)發(fā)V2H時(shí)已經(jīng)和瑞薩合作，順便提一下，日產(chǎn)號(hào)稱L3的用于天籟（北美型號(hào)是Skyline）的 ProPILOT 2.0就使用了瑞薩的RH 850和V2H，當(dāng)然主芯片還是Mobileye的EyeQ4。系統(tǒng)由日立提供。
 
初創(chuàng)公司外，瑞薩主要與博世和海拉合作。同時(shí)V3H也有望取代日立的雙目ASIC。
 
博世寄予厚望的下一代主前視覺(jué)系統(tǒng)MPC3內(nèi)置了瑞薩的V3H。于2019年底量產(chǎn)，已經(jīng)獲得大眾和奧迪的訂單。除傳統(tǒng)深度學(xué)習(xí)外，還有基于光流的非模型算法，能夠預(yù)測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡。對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)敏感度高，260萬(wàn)像素，幀率達(dá)每秒45幀，比30幀更安全可靠，能夠適應(yīng)LED燈的閃爍現(xiàn)象，能夠適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境。明確表示達(dá)到ASIL-B級(jí)，是使用深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)中唯一能夠達(dá)到ASIL-B級(jí)的攝像頭。因?yàn)閂3H是唯二已經(jīng)拿到ASIL-B級(jí)認(rèn)證的芯片，而不是正在申請(qǐng)功能安全認(rèn)證（大部分都是寫(xiě)Target），Mobileye是沒(méi)有功能安全認(rèn)證的。
 
寶馬的自動(dòng)駕駛安全性遠(yuǎn)超特斯拉FSD。但馬斯克搞SpaceX，全球星鏈，移民火星，儼然一位科技教主，在全球范圍內(nèi)贏得眾多鐵桿粉絲，公眾對(duì)其自動(dòng)駕駛安全性寬容度極高，即使事故頻發(fā)、頻繁降價(jià)、減配等也絲毫無(wú)損特斯拉和馬斯克神一般的地位?？梢哉f(shuō)除特斯拉外的車(chē)廠安全性需要高特斯拉10倍才能被認(rèn)同。 
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