HUAWEI MDC

自动驾驶汽车或无人驾驶汽车是通过摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、导航&IMU惯导、V2X模块等车载传感器来感知周围的环境,依据所获取的信息进行决策判断,由适当的工作模型来制定相应的策略,如预测本车与其他车辆、行人等在未来一段时间内的运动状态,并进行避免碰撞路径规划。在规划好路径之后,接下来需要控制车辆沿着期望的轨迹行驶。这其中涉及到传感器环境感知、高精地图/GPS精准定位、V2X车联网通信、多传感器数据融合、控制决策与规划运算、运算结果的电子控制与执行等过程,在此过程中需要一个强劲的“大脑”来统一进行实时分析、处理海量的数据与进行复杂的逻辑运算,对计算能力的要求非常高。

基于自动驾驶的感知和算力要求,自动驾驶汽车的核心控制器都需要具备强劲的计算性能,一般认为,L2需要的计算力<10TOPS,L3需要的计算力为30~60TOPS,L4需要的计算力>100TOPS,L5需要的计算力目前未有明确定义(有预测需要至少1000TOPS),目前的计算平台仅能满足部分L3、L4级别的自动驾驶所需。

华为认为,在未来,每一辆汽车都将是一个装在车轮上的移动数据中心(Mobile Data Center,MDC)。针对自动驾驶对计算平台的需求,华为推出MDC智能驾驶计算平台解决方案,集成了华为自研的Host CPU芯片、AI芯片、ISP芯片与SSD控制芯片,并通过底层的软硬件一体化调优,在时间同步、传感器数据精确处理、多节点实时通信、最小化底噪、低功耗管理、快速安全启动等方面领先业界。

华为经过多年发展,目前已经建立起了完善的芯片体系,包括专为5G提供支持的巴龙系列芯片、基于全新达芬奇架构研发的昇腾系列AI芯片、在手机上搭载的CPU处理器芯片麒麟系列,以及服务器级处理器芯片鲲鹏系列。其中,昇腾系列AI芯片主打AI算力需求。昇腾310使用了华为自研的高效灵活CISC指令集,每个AI核心可以在1个周期内完成4096次MAC计算,集成了张量、矢量、标量等多种运算单元,支持多种混合精度计算,支持训练及推理两种场景的数据精度运算。

作为NPU,昇腾310集成了FPGA和ASIC两款芯片的优点,包括ASIC的低功耗以及FPGA的可编程、灵活性高等特点,从而其统一架构可以适配多种场景,功耗范围从几十毫瓦到几百瓦,弹性多核堆叠,可在多种场景下提供最优能耗比。

相较而言,英伟达使用的GPU是通用AI芯片,算力高但功耗也高。具体来说,英伟达的Xavier 算力为30 TOPS,功耗则达30W,能效为1 TOPS/W,相比之下,华为昇腾310 算力为16 TOPS,功耗仅为8W,能效为2 TOPS/W。

另外,在自动驾驶芯片领域,Mobileye的 EyeQ系列则是典型ASIC芯片的代表,不过,在算力方面,Mobileye EyeQ4的算力为2.5 TOPS,功耗为3W,能效0.83 TOPS/W,相比之下,华为昇腾310的优势也格外明显。而且昇腾310芯片后续还会以每两年一次的速度持续迭代优化。

华为发布的能够支持L4级别自动驾驶的计算平台MDC 600,基于8颗昇腾310 AI芯片,同时还整合了CPU和相应的ISP模块。MDC 600的算力高达352TOPS(TOPS:万亿次/秒),整体系统的功耗算力比是1TOPS/W。虽然MDC 600瞄准的是L4级别自动驾驶,但现阶段市场对于L4级别的自动驾驶需求并不旺盛。因此,华为推出了MDC 300。MDC 300主要瞄准的是L3级别自动驾驶,即拥堵跟车、高速巡航、自动泊车等应用场景。等之后高级自动驾驶市场需求起来之后,华为将会做更多的MDC 800/900这样系列化的新产品。

综合起来,相比当前业界其他自动驾驶计算平台,华为MDC具有“三高一低”的技术优势:

高性能:搭载多颗华为最新发布的人工智能Ascend芯片,MDC600最高可提供352TOPS的算力,满足L4级别的自动驾驶需求。高算力意味着可以接入与实时处理更多的外部传感器数据流(如摄像头、毫米波雷达、激光雷达、GPS等),为自动驾驶提供更安全可靠的计算力支持,能够应付处理更复杂路况。

高安全&可靠:凝聚华为30年的ICT设备研发、设计、生产制造经验,端到端的冗余备份设计,规避单点故障;支持-40°C~85°C的环境温度,应对苛刻外部环境;遵从业界车规级可靠性与功能安全等级(如ISO 26262的ASIL D级)要求。

高能效:领先业界的端到端1TOPS/W的高能效(业界一般为0.6TOPS/W)。高能效的主要价值,不仅在于节能和延长续航里程,还可以实现同等算力下功耗温度更低,提升电子元器件的可靠性,且无需配置风扇散热或水冷散热等易损部件,减小体积,降低对车辆现有结构的影响。

确定性低时延:底层硬件平台需要搭载实时操作系统,高效的底层软硬件一体化优化集成,内核调度时延低于10us,内部节点通信时延小于1ms,为客户的端到端自动驾驶带来小于200ms的低时延(业界一般是400~500ms),提升自动驾驶过程中的安全性。

华为MDC还是一套开放的平台,具备组件服务化、接口标准化、开发工具化的特性,基于此平台可快速开发、调测、运行自动驾驶算法与功能。针对不同级别的自动驾驶算法,采用一套软件架构和不同硬件配置,支持L3~L5自动驾驶算法的平滑演进升级。举例来说,在一套能够实现L4级自动驾驶的架构中,通过增减激光雷达、摄像头等传感器数量和算力配置,来实现Robo-taxi、中高端车型、普通车型的需求。算力方面,可以根据实际需求增减MDC智能驾驶计算平台上昇腾310芯片的数量,来达到自动驾驶对算力的不同需求。

此外,华为MDC智能驾驶计算平台还能够兼容AUTOSAR与ROS,结合配套提供的工具链与HIL仿真平台,车企可灵活快速开发不同级别的智能驾驶应用。

基于MDC解决方案,华为与奥迪开展了L4级别自动驾驶的联合创新。搭载华为MDC的奥迪Q7汽车在国内某地段的测试情况显示,在傍晚光线昏暗的某城乡结合部道路上,针对复杂的交通状况,如车道线不清晰、横过马路的行人、自行车及电动车等,顺利完成了高速巡航、拥堵跟随、交通灯识别、行人识别、地下车库自动泊车等场景下的自动驾驶功能。联合创新开发的自动驾驶相关算法,也在业界权威KITTI的2D、3D、BEV等测试项中取得了不俗的成绩。除奥迪外,一汽、沃尔沃(乘用车)、东风、苏州金龙、山东浩睿智能、新石器等公司也都已跟华为在自动驾驶方面展开合作。

面对传统汽车产业升级转型、消费市场升级、挽救生命与普及平等出行权的时代趋势,华为MDC将通过芯片级的创新能力、平台级的工程能力与完善的开发调测诊断工具链,成为使能自动驾驶的“汽车大脑”,为传统汽车行业装上智能化的AI引擎,与汽车厂商一起,引领自动驾驶进入快车道。

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