中国车规级边缘计算芯片或落地日内瓦 地平线吹响车上算力集结号
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发布时间：2022-04-26 06:00
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时间：2022-06-24 11:49
虽然欧洲当下也受到疫情的影响，但截至目前，将于3月5日开幕的日内瓦国际车展，官方并没有正式发布推迟或取消的计划。包括中国车企在内的多家汽车产业巨头仍将如约参展。相比往年，今年中国车企的参展作品具有特别的意义，因为搭载中国车规级边缘计算芯片的全新车型即将在车展上亮相。这意味着，中国车企的竞争力，已不再局限于以往的发动机、变速箱、车身、底盘、外观，而是面向着汽车更高层次的发展，面向着汽车发展的未来——人工智能，吹响集结号。而号手——这枚车规级边缘计算芯片的生产商，便是来自中国的地平线。
故事要从边缘计算说起
近些年来，中国互联网企业在全球享有着极高的赞誉，特别是在人工智能领域，走在了世界的前沿。究其原因，因为中国的人口红利与宽松环境，让用户通过使用移动互联网产生大量的数据，这些数据在云端被分析，从而建立大量的数据模型，这些模型为各类公司的发展提供了极大的便利，同时这些产业场景和规模也培育了很多人工智能人才。
但在5G的时代，数据的产生主体将不再仅仅是人。随着网速的大幅提升和网络延时的大幅降低，物联网将得到广泛应用。而被联网的物，也就是各类智能设备，将通过自身搭载的传感器，产生更多更复杂的数据，例如汽车、摄像头、温度传感器、无人机等等。而这些数据的分析、计算、建模将产生更大的价值。通常，这些数据都是在云计算中得到处理。但伴随着人工智能的铺开，边缘计算（edge computing）的概念也得到了越来越多的认可。
什么是边缘计算？通俗地讲，就是把计算工作放在产生数据的设备自身之上，或者是离设备较近的服务器之上，而不是远在云端。边缘计算相对于云计算有几点优势，首先是延迟较小，在云端和终端通常有几十毫秒到几百毫秒不等的网络延迟，对于汽车自动驾驶、工业应用等对延迟有高要求的应用来说云端部署人工智能无法满足其对于延迟的需求；其次是数据隐私，有些应用不希望把数据传输到云端，一方面担心云端数据被云运营商看到，另一方面担心数据传输过程中被黑客劫持；最后是可靠性，如果把人工智能部署在云端那么一旦网络断了在终端的人工智能程序就无法工作了，这对于要求高可靠性的汽车应用来说难以满足要求，但是如果把人工智能部署在边缘就没有这个问题。
边缘人工智能计算中包含了多个层次，一种是终端设备（如手机）上的人工智能计算，这样的规划把人工智能计算直接放到终端设备上，可以实现最低的延迟。然而，由于终端设备的电池容量有限或者对于散热容忍度较低，因此在终端设备上做人工智能计算对于AI芯片的能效比提出了极高的要求。另一种是在离设备较近的位置假设边缘服务器，无人驾驶是最好的一个例子，因为在无人车里面需要做传感器融合做大量计算，相当于在无人车上部署了一个边缘服务器。
中国第一款车规级边缘计算芯片
但在车上架设服务器可并不简单。首先你要制作一款在众多巨头都已涉猎的芯片领域，仍然能够独树一帜的芯片，同时，它还要符合车规级的稳定需求，并最终用一套可行的方案将其组成服务器。
纵观当下全球的人工智能芯片市场，上有英特尔、英伟达这样的芯片巨头，中有谷歌这样的互联网软件大亨，下有飞思卡尔、瑞萨、德州仪器这样的传统车届tier1供应商，前三者都是在互联网领域家大业大，且有着大量资金、资源的投入，在人工智能领域有较大的技术优势，后者则是拥有高可靠性，低成本，高品质管理，巨大的车企客户群体等行业积累。要在这样的竞争中存货，地平线必须要有自己的"杀手锏"。
地平线给出的答案是征程系列芯片（Journey）。它的BPU（Brain Processing Unit）处理器是基于ASIC（即专用集成电路，是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。?）进行深度神经网络学习优化而推出的，在功耗、成本、和垂直领域的算力方面具备优势。
BPU处理器的解决方案研发路线分为高斯架构、伯努利架构和贝叶斯架构三个阶段。基于高斯架构，地平线发布了两款芯片，其中征程1.0芯片可以支持L2级别的驾驶辅助功能，技术参数介于Mobileye Eye Q3 和 EyeQ4两款产品中间，同时功耗均显著低于二者，典型功耗为1.5W。
2018年CES上，地平线发布的征程2.0芯片，为基于伯努利架构的车规级高级计算芯片，面向L3及以上自动驾驶。基于该架构，地平线科技同样推出了高级别自动驾驶计算平台Matrix 1.0，其核心芯片为采用征程2.0架构的FPGA，并在该板卡上也整合了其他辅助芯片。
Matrix 1.0支持多传感器融合，能以30帧/s的实时速率同时处理4路720P视频，并将功耗控制在31W。Matrix1.0同时也为验证、开发、进一步优化征程2.0芯片打下良好基础。
在2020年的CES上，地平线展出了征程2代芯片（Journey 2）和由其打造的Matrix 2平台。这款处理器在2019年初流片成功，采用台积电28nm HPC+工艺，基于地平线自主研发的BPU（Brain Processing Unit） 2.0架构，集成了2个Cortex-A53核心，典型功耗2W下就可以提供4TOPS（Tera Operations Per Second的缩写，1TOPS代表处理器每秒钟可进行一万亿次计算）的性能，是同等级GPU的10倍以上。
除了低功耗前提下的强大算力，征程2处理器还可以提供高精度且低延迟的感知输出，典型目标识别精度超过99%，延迟不超过100毫秒。在识别物品方面，征程二代目前已经能识别超过60个类别的目标，单帧目标识别数量更是超过2000个。此外，这款处理器能够高效灵活地实现多类AI任务处理，对多类目标进行实时检测和精准识别，可全面满足自动驾驶视觉感知、视觉建图定位、视觉ADAS等智能驾驶场景的需求，以及语音识别，眼球跟踪，手势识别等智能人机交互的功能需求。最为关键的是，征程2处理器在研发之初就严格按照车规级可靠性要求设计，通过了汽车电子可靠性标准AEC-Q100认证，成为国内首款车规级AI芯片。
基于征程2处理器，地平线还推出了新一代Matrix 2.0自动驾驶计算平台，在算力提升高达16倍的同时，功耗仅为原来的2/3，同时可支持高达800万像素的视频输入，行人检测距离高达100米，并满足多个国家、不同场景下自动驾驶运营车队以及无人低速小车的感知计算需求，预计今年内上市。
同时，在今年的CES上，地平线高层还介绍了基于BPU 3.0架构的第三代征程处理器征程3，专为自动驾驶和域控制器打造，同样符合AEC-Q100和ISO 26262车规级标准，而预计明年发布的Matrix 3.0自动驾驶计算平台也会使用征程三代处理器，算力提升到192TOPS，具备支持ASIL D的系统应用场景的能力。
双位数的前装车型定点与日内瓦落地首秀
在2020 CES现场，地平线副总裁、Auto产品线副总裁张玉峰告诉BAO爱车工作室：征程二代芯片开发套件已完全就绪，可支持客户直接进行产品设计。该芯片已在高级别自动驾驶、辅助驾驶（ADAS)、多模交互等方向获得5个国家的客户的前装定点，且获得了双位数的前装车型定点。在即将到来的日内瓦车展上，搭载有征程2芯片的国产品牌即将亮相。
虽然张玉峰并没有提及具体品牌和车型。但从地平线的合作伙伴中不难猜测此次日内瓦车展落地的具体车辆。根据BAO爱车工作室掌握的材料，地平线推出的自动驾驶解决方案，直接服务于商业车队、主机厂和Tier 1。公开的合作伙伴包括博世、奥迪、长安等。而此次国内参展日内瓦的品牌仅有长安汽车与爱驰汽车两家。在此次车展上，长安的主打成型便是以设计与科技主城的Uni-T（中文名：引力）。
通过长安汽车公布的官方图片，能够发下车辆搭载了包括毫米波雷达与前置摄像头在内的L2级解决方案。而背后的支撑芯片很有可能来自地平线。张玉峰表示，ADAS功能的落地量产是未来国内汽车界的重大机遇，因为这一功能目前在国内的装车率低于10%。对于地平线来说，ADAS的市场占有率增长是巨大的机遇。所以今年地平线工作的重中之重是征程2代芯片的落地量产。
但这并不是地平线在自动驾驶领域努力的全部。根据张玉峰的介绍，地平线采取的是"两条腿走路"策略，一方面与主机厂、Tier1紧密合作，一方面也在与推广Robotaxi业务的商业车队进行广泛合作。在与自动驾驶出租车车队合作时，地平线为每辆车提供3块地平线Matrix计算平台，组成12路摄像头的系统，而这套方案受到了市场的认可。在后装方面，地平线同包括首汽约车、SK电讯在内的多家国内外知名出行服务商、运营商达成合作，已实现批量部署。此外，地平线已赋能国内外自动驾驶厂商和Robotaxi运营车队近千辆L4级别的自动驾驶车辆。此次继续来到美国参加CES，也是为了进一步拓展其在北美地区的Robotexi支持业务。
地平线在自动驾驶领域的车规级芯片量产落地，对于中国汽车业整体无疑是一个好消息。可以预见的是，未来汽车以及人工智能产业对算力的需求是惊人的。在过去的数年里，我们看到智能驾驶的等级每提高一级，算力差不多要提升一个数量级。如果要实现全自动驾驶，车辆需要数千个TOPs量级的算力。但当下汽车市场上的产品，其平均算力也没能达到个位数的TOPs。所以在庞大的市场需求面前，中国企业的力量就显得至关重要。如果我们并不注重这块战略高地，或许依旧会像飞机发动机、汽车的动力总成一样受制于海外。而中国国力量的出现，不仅意味着我们的战略高地有望得到坚守，并可能在世界市场上攻城略地。有行业内专家预计，征程芯片两年内将有望达到百万量级的前装装车量，五年内则有望完成千万量级的目标。
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