开放参考设计,地平线助力大算力计算平台量产

汽车ECU开发 2022-10-04 09:11

软件定义汽车时代,汽车电子电气(E/E)架构正在从传统的分布式ECU架构向域控制器架构迁移,最终将演进为中央计算架构。随着汽车智能化水平的不断提升,分布式架构可扩展性欠佳、软件开发环境不一致、硬件资源协调困难、数据传输带宽瓶颈等问题也逐渐暴露。为应对这些挑战,域控制器架构正逐步推广应用。


“按照功能划分、设计更为集中化的域控制器,是一个面向服务的架构,能够更好地整合计算资源并针对不同区域隔离安全与可靠性等级。为了提升数据带宽的瓶颈,域控制器开始引入更高带宽的数据总线,例如千兆以太网等,以加速数据传输效率。”甘霖介绍道。

高阶自动驾驶的应用落地对整体架构算力(包括传统的CPU算力和AI算力)和数据传输带宽都提出了更高的要求,中央计算架构由此孕育而生。中央计算架构硬件层面由中央计算平台和区域控制器组成,能够实现计算与执行分离;软件层面,构建更为开放的软件开发平台,通过硬件资源的虚拟化和容器化,使得开发者能够更为便捷地开发上层算法,打造个性化功能与应用。另外,10G以太网、PCle等高速接口总线也在中央计算架构中得到广泛应用,大幅提升了计算效率以及数据传输能力,更高效支持高阶自动驾驶的开发与迭代。


中央计算平台是智能汽车AI计算架构的终极形态

在传统汽车计算架构中,智能驾驶域和座舱域是完全割裂的,特别是座舱域主要还在使用传统计算芯片,AI算力非常有限,人机交互功能体验受限。随着汽车电子架构演进到域控制器架构,这个问题得到明显改善。在域控制器架构下,驾驶域和座舱域的计算资源将实现一定程度融合,通过引入更大的AI算力,计算性能得到进一步提升,座舱HMI也进一步引入专用AI芯片,为用户带来更安全、更流畅的驾乘体验。

在数据驱动的智能计算逐步取代逻辑驱动的规则计算的趋势下,更高集成度的中央计算平台应运而生。甘霖认为:“中央计算平台是软件定义汽车下AI计算架构的终极形态,将能够更好地支撑全场景整车智能计算,实现车内外联动决策,从而打造更流畅、安全的人机交互体验”。


“在人、路、车的数据统一优先接入并实现一体化感知的同时,硬件可插拔、算力可扩张、软件可升级,中央计算平台将高效、灵活地支撑自动驾驶技术迭代”,甘霖补充道,“我们确信,自动驾驶的长期发展要由中央计算平台来支持。”




计算平台的开发挑战与应对之道

随着域控系统逐步向中央计算平台演进,更为复杂的市场需求接踵而至,如强大高效的AI感知能力、定制化和差异化空间、功能安全和信息安全保障、数据驱动的软件开发范式,以及追求系统最优的综合成本等,都给新一代计算平台的开发带来诸多难点与挑战。

甘霖细数道,首先,传感器种类繁多、选型发散给系统适配和调优带来了极大负担,而数据采集模型训练工作需要针对特定的传感器进行,工作量巨大,开发周期很长;其次,感知和规控功能差异化导致对CPU、NPU、GPU的算力需求发散,单一芯片和方案难以应对;其三,多芯片架构对片间通信的要求非常苛刻,要求高速率、高带宽和高实时性;其四,系统级功能安全依赖对SoC的深度理解和专业经验,试错成本高,风险大;最后,从零开始建设软件2.0基础设施投入巨大且缺少成熟的量产经验。

针对上述难点,定位边缘AI芯片全球领导者的地平线,提出开放灵活的域控制器及中央计算平台标准参考设计,助力合作伙伴创新开发,加速量产进程。

基于自主研发的征程®系列芯片,地平线推出了Horizon Matrix®系列计算平台。甘霖介绍道,Matrix是一个经过多轮迭代与量产验证的计算平台。早在2017年,地平线就先行推出基于FPGA的Matrix第一代计算平台,并在内部开发与量产合作中持续打磨与迭代。“早期我们会以Turnkey交付的方式提供给一些后装Robotaxi的客户,助力他们打造完整的自动驾驶系统方案。但从第二代(Matrix2)后,地平线就明确不做硬件量产销售而是赋能生态伙伴,共同探索基于征程®芯片的标准计算平台方案,推动集成效率与产品化量产速度。”甘霖补充道。


为应对大算力域控复杂度和软件适配的挑战,地平线基于第三代车规级AI芯片征程®5,推出Matrix 5全场景整车智能计算参考平台。甘霖称:“通过全面开放Matrix5 参考设计,将大幅降低OEM与生态伙伴开发适配和应用部署的成本,助力其打造更具竞争力的高阶自动驾驶产品并加快量产落地进程。”


高性能、大算力的征程®5为下一代域控与中央计算平台应用打下了坚实的性能基础。据甘霖介绍,征程®5具备128 TOPS 强劲AI算力,单芯片支持接入和处理16路全高清摄像头,不仅适用于最先进图像感知算法加速,还可支持智能驾驶所需的多传感器融合、预测、规划控制等需求,是面向全场景自动驾驶及智能座舱量产的理想选择。


据甘霖透露,征程®5芯片已在实车环境下完成针对复杂城区自动驾驶场景的闭环验证,充分体现了其对高阶自动驾驶算法与应用的支撑性。





Matrix5 全方位加速计算平台量产落地
目前,Matrix5推出三类标准化硬件参考平台,全面满足ADAS、自动驾驶、智能座舱等丰富场景的开发需求。甘霖强调:“标准化硬件参考平台能够满足合作伙伴差异化的开发需求,包括桌面开发、实车数采到客户量产参考等全流程开发支持。”


在散热方面,Matrix 5同时采用了液冷和风冷两种设计方案。风冷方案方便客户作为桌面开发和实车测试用途,水冷方案可以作为客户量产方案的参考,确保客户在域控制器的散热设计上基于一个经过验证的可靠方案,降低了散热设计的风险。

在高等级自动驾驶应用中,摄像头模组更是非常关键的传感器,也是自动驾驶汽的眼睛。地平线通过标准化认证方式,针对征程®5芯片对图像传感器选型和镜头选型做了深度验证和适配,包括ISP图像质量调优、全场景数据采集、模型训练和算法,确保整个图像通路上软件、硬件的高度适配,将算法性能发挥到极致。


Matrix5将提供经过预验证的传感器套件,OEM客户和Tier 1可以从地平线优化认证的标准模式中选择量产型号,大幅节省调试图像质量的时间,使算法适配更加简便,实现高效和敏捷开发。

更值得一提的是,Matrix5支持无缝适配地平线系统软件与感知算法。为进一步降低生态伙伴开发门槛,提升研发效率,地平线基于征程®5打造了端到端的软件栈,包括基础操作系统、中间件、参考算法等,同时,地平线还提供必要的基础设施与开发工具,为合作伙伴开发高等级自动驾驶应用提供高效、易用的软件开发平台。


秉承地平线一贯的软硬协同理念优化设计,通过地平线完整、成熟、易用的开发平台,合作伙伴将能够充分调用Matrix5的硬件资源,实现应用程序在征程®5上的极致性能,享受高效、流畅的开发体验。

甘霖补充道:明确定位的前提下,地平线多做一步,合作伙伴就能少做一步我们在Matrix5基础上提供量产级的硬件参考设计,支持无缝适配地平线软件栈,都是为了加速合作伙伴的量产进程




地平线坚持开放共赢的生态理念

地平线征程®作为中国量产最早,也是唯一实现规模化量产的车规级AI芯片,现已成为智能驾驶域控制器主流量产选择,覆盖辅助驾驶、高速领航、智能座舱等多应用场景,实现燃油、混动、电动等丰富动力车型应用搭载。甘霖透露,征程®5也将于2022年内完成全部车规可靠性与功能安全相关认证,正式达到量产成熟水平,并将于第4季度率先在某品牌车型实现SOP。

地平线征程®系列车规级AI芯片路线图

目前,地平线能够结合Matrix5为Tier 1、ODM生态合作伙伴提供全面的量产技术支持,包括感知算法软件、芯片系统软件、AI芯片及参考设计、认证摄像头规格等,助力合作伙伴为OEM客户打造全栈的高阶自动驾驶方案。

甘霖引用了一个更为直观的数据,合作伙伴借助Matrix 5完成功能开发和整车集成测试将极大地缩减研发周期和投入,从项目启动到量产的时间能够缩短一半。据甘霖介绍,目前已有超过10家生态伙伴基于Matrix 5参考设计推出了大算力域控产品,并率先取得量产定点项目。

焉知也关注到,地平线近期官宣了三家征程5官方授权硬件IDH合作伙伴,包括映驰科技、金脉电子与天准科技。据悉,三家合作伙伴将基于征程5,针对Tier1差异化设计需求,提供定制化服务与专业技术支持,加速客户智能驾驶解决方案的量产进程。


如今,持续加快智能驾驶规模化量产已成为行业共识,汽车产业链生态体系的构建也已进入实质落地阶段。征程®芯片为基座,地平线正在与众多的生态合作伙伴一起共建智能驾驶的繁荣生态,相信通过Matrix5开放的参考设计,将进一步加速高等级自动驾驶的量产落地。

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