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明镜汽车 08-01

5000 字详解地平线的新战略 :128 万亿次 / 秒算力的征程 5 芯片,只是冰山一角

7 月 28 日,在 C 轮融资之后,已经在处于 IPO 传闻中的地平线(北京地平线机器人技术研发有限公司)在上海举办了一次超大规模的发布会。

地平线创始人 CEO 余凯表示,这是该公司成立 6 以来最重要的一次发布会,现场有数十家车企和零部件高层到场,这令参会的媒体颇觉意外。在这天,这家新兴明星边缘人工智能企业一口气发布了多款产品,包括新一代的自动驾驶芯片征程 5,以征程 5 为基础的整车智能计算平台 Matrix 5、开源安全实时操作系统 TogetherOS ,Matrix SuperDrive 整车智能解决方案等。

同时,地平线还发布了针对智能汽车产业链上下游合作伙伴的生态合作理念和举措,即其生态战略。作为生态建设的关键部分,地平线将提供能够降低开发门槛的 AI 开发工具链——天工开物全链路开发平台,以及智能汽车 AI 软件工具平台——地平线艾迪,提供包括 AI 训练、测试、管理等工具,通过关键场景问题挖掘、模型迭代全流程自动化、开放对接各类终端,协助提升合作方的算法研发效率。同时配合 TogetherOS 打造自动驾驶的底层架构。

这被认为是地平线全面向汽车自动驾驶领域进军的冲锋号。" 智能驾驶芯片的竞争从一开始它就不是嘉定区域的联赛,也不是海淀区域的联赛,而是世界性的决赛。我们的目标是世界冠军。" 余凯说。在 2020 年 C 轮融资上,余凯就曾判断,2020 年是车规级芯片企业拿到竞赛入场券的最后一年,而到了 2023 年竞赛就会结束。地平线表示,征程 5 预计会在 2022 年下半年量产上车。

而彼时,市场上支持高级别自动驾驶的芯片主要为:英伟达的 OrinX、高通 SA9000A/B 和华为昇腾 610。现在开始,地平线要与英伟达、高通、华为等大厂正面肉搏。

征程 5 足够强大吗

自动驾驶的大脑是核心的自动驾驶芯片,地平线的其余产品和生态、开发战略都是基于芯片的强大基础上。那么,这次发布的征程 5 是否能够支撑地平线的庞大规划呢?

余凯表示,征程 5 芯片有三个关键词:高效、开放、安全。官方的资料显示,征程 5 是单芯片达到 128 万亿次 / 秒(即 128TOPS),这种空前的物理算力使得其足够适应高级别 L3、L4 自动驾驶需要。算力只是一个技术参数,在实际应用场景下面的软件的性能表现更为重要。比如作为自动驾驶的关键指标,物体检测数据上,可以做到在保持高精度的前提下,计算帧率达到每秒钟 1283 帧,这是目前所有公开芯片所能够达到最强的计算性能。

另一项关键指标是计算的延迟。在自动驾驶中,失之毫秒,差之的就是人的生命,这是最直接的关于生命安全的指标。在征程 5 的设计中,地平线专门对于延迟做了软硬件优化。这使得通过 8 兆摄像头采集超高图像的输入,完全感知结果的输出,征程 5 只需要 60 毫秒,而行业中大部分的竞争对手都是 150 毫秒以上。在功耗上,低功耗意味着在系统的散热设计,复杂度降低,也提升电子元器件的稳定性、可靠性。征程 5 也有新专门设计。" 我们总是用(竞品)几分之一的功耗去实现更加强大的计算。" 余凯说。

当然,对芯片 " 高效 " 的含义其实也在发生变化。余凯说,过去讲服务器上的处理器,追求高性能,一般是通过一次处理 16 张甚至 32 张完成。但是自动驾驶上,情况是必须拿到数据的时候第一时间进行处理。在这个情况下还要让整个系统维持高效的运作,挑战难度很大。要做到算力上的高效率,地平线采用了新的 BPU 的芯片架构,BPU 的第三代架构叫贝叶斯。

这种结构的特点是采用大规模的异构的进程计算,针对场景配比最佳的计算模式,从而大大降低计算的功耗和延迟,以及提升计算的效率。从 2017 到 2019 年 , 地平线以一年一代架构的技术路径——高斯架构、伯努利架构、贝叶斯架构 , 不断迭代人工智能芯片。其中,大并发的数据桥是地平线专门为设计高带宽数据传输通路,将多个计算单元和存储阵列灵活的边界,进而提高它们的利用率,不至于因为数据吞吐而一些计算单元保持在空转。

简单来说,就是通过减少不必要的功耗而集中提升关键部位的运算。其次,BPU 贝叶斯架构专门采用了新设计的计算单元,有很高的数据互用率,在保证 MAID 阵列数据共用的前提下,大幅降低存储的访问次数,降低计算功耗。" 同时增加软硬件冗余设计,在运行的过程中,不是在制造的生产过程中,而是芯片的运行过程中用自写的机制使得整套系统能持续的不断解决硬件失效造成的难以弥补的的错误。" 该公司联合创始人、CTO 黄畅介绍到。

价格依然将会是地平线的芯片的关键利器,其开发思路在征程 5 上显示出了一贯性。在 2020 年 C 轮融资沟通会上,黄畅曾对明镜 pro 记者介绍,地平线采用了不同的开发思路,这可以大幅提升性价比并降低功耗,还可以在稳定性上有更好的表现。地平线的开发策略是,面对未来重要场景的关键算法,与处理器的架构设计和芯片的 SOC(系统级芯片)实现充分结合到一起,再经过妥协与优化,得到最佳的平衡。从当天的介绍来看,征程 5 的思路基本一致。

AI 开发平台和生态系统构建

据介绍,征程 5 具有丰富的软硬件接口,以方便搭建各种软硬件产品,另外在 2020 年发布的工具链 " 天工开物 " 配合下,形成了余凯口中地平线例外一个 " 核心竞争力 " ——形成了一个完整、成熟的并且有很多合作伙伴去检验的工具链。" 能够支持我们的客户自由地进行差异化的创新。" 余凯表示。基于地平线的软硬件的支持,使用者可以灵活去搭建不同档位的计算平台。

在平台上,算力可以从 128T 到 1204T(即配备 8 颗芯片),在软件上可以支持多场景的应用,满足全场景整车计算的计算需求。比如地平线已经联合其他软件企业开发了面向智能驾驶的 MATRIX 方案,面向智能交互的 Halo 方案。但扩充产品并不表示地平线的方向改变了。" 我们坚持不做量产硬件,不软软件捆绑,不做封闭的打包方案。" 余凯强调。地平线希望,征程芯片不仅仅只是意味着选择一款芯片,而是一个生态,里面有丰富的资源,可以自由开发出差异化的产品。

要完成这生态的建设,地平线还开发了 Together OS 操作系统。据其介绍,Together OS 是兼容包括不仅仅是地平线的征程芯片,也包括我们业界主流的车载芯片,它具有轻量级的虚拟化,多域的安全隔离,开放的软件架构,高度的可扩展,它支持智能座舱,支持智能驾驶、智能网联等多场景的智能应用。它在虚拟机制上,它开放地支持业界主流的操作系统,包括 Linux、Android、斑马、UNIX、鸿蒙等等。

" 挺方便的也不怕缺芯片了以后。" 汽车工程师社区飞灵汽车的一位工程师对明镜 Pro 记者表示," 以前是,包子是 A 面粉厂,饺子 B 面粉厂……现在只要买地平线这个就行。相当于地平线提供面粉然后帮你活好面,你可以拿去做包子,饺子,馒头,面条…… " 该工程以一个简单的比喻形容地平线操作系统的作用。目前,包括斑马、长安汽车、长城汽车、江汽机车、上汽集团等均已经加入。

地平线这一系列产品的是一整逻辑套贯穿的。高等级自动驾驶,因为传感器不断的扩张,尤其是图像传感器的持续增加,对 AI 算力的需求持续性的增加。而芯片的研发是从 0-1-N 的过程,高性能大算力是基础的保障,但仅有大算力这是不够的,还要低延时、低功耗,否则很难量产。完成这三个要求的基础上,还需要高可靠性,否则潜在造成的威胁就会越多。

" 我们更需要构建一个足够容易的开发系统,否则我们即便勉强的完成从 0 到 1 的过程,把原形拿出来开始量产,我们也会面对量产之后发生的无数各种的情况,更不用说复制到其他的场景。所以这是一个非常复杂的全面的效率问题。" 黄畅对明镜 Pro 记者表示。

这一套容易上手的开发工具就是 " 天工开物 "+ 地平线艾迪 +"Together OS 操作系统 ",是一套相互配合的系统。人工智能未来会像水电一样,降低使用门槛是关键。天工开物,基于地平线自研的 AI 芯片打造的一个开放式平台,地平线艾迪智能汽车 AI 软件工具平台。这些工具解决在 AI 研发中,尤其是从 0 到 1 再到 N 中的算法迭代问题、提升算法研发效率。而 Together OS 操作系统的目标是整个行业一起共建一个基础的 OS 系统,构建起一个兼容并茂的软硬件体系。

除此之外,地平线提供的表示,其整套方案可以形成巨大的经济效益。" 使用地平线提供的全面技术工具,用完备的开发套件,基础软件,工具链,参考算法以及完整的解决方案,帮助合作伙伴去降低 70% 的开发成本,缩短 50% 的开发周期,减少 50% 的人力投入。" 地平线首席生态官徐健表示。

自定位 " 二级供应商 " 背后

那为什么地平线会选择去做一个底层架构的工作,是否有机会做成呢?黄畅认为,如果像电脑、手机一些非常成熟的行业体系,地平线就不应该做底层基础设施,在这些行业中后来者很难有机会,面对这种情况就应该做上层应用。但目前在自动驾驶领域,地平线正处于成熟的前夜,是有这个机会的。但同时,这也是一个略带有危险性的选择。

在 2020 年之前,地平线还不太为外界所关注——至少不像现在一样成为明星公司,直到芯片短缺的供应链危机出现,这家公司迅速蹿红。其生产的自动驾驶车规级芯片,是国内第一家国产设计的自主芯。尽管截至到目前,芯片短缺主要是 MCU 类芯片,但牵一发动全身,这家新兴公司获得了汽车企业的迅速关注。在其去年底的 C 轮融资中,多家汽车企业现身。

尽管在躯干和灵魂之争中,主机厂拒绝了整包方案,像车规级自动驾驶芯片这样的部件也被提升至 " 核心部件 " 的地位,但车企对外部的合作机会并不排斥。" 因为它不是‘灵魂’,只是‘灵魂’的一部分。" 上汽集团研究院一位高层对明镜 pro 记者这样表示。尽管如此,地平线还是小心翼翼,尽量不去触碰主机厂敏感的神经。

"在产业里做好自己的定位,我们就是产业里是二级供应上,坚持做 Tier2。" 在现场,余凯多次这样强调。

但在整车企业眼中,车规级的自动驾驶芯片甚至包括普通芯片,已经被当做是一级供应商。地平线 CTO 黄畅想记者进一步解释了为何把自己定位于二级供应商。" 汽车不会轻易被颠覆,它非常稳定,尽管现在有一点点松动的迹象,我们让整个生态仍然去尊敬过去的 Tier2、Tier1、OEM 这样的状态。" 黄畅。

" 今天这种动荡的产业关系,可能再过几年又会平稳下来,又会恢复到过去的那种产业结构上,因为这个是被行业本身的交付关系所决定的。" 地平线副总裁兼智能驾驶产品总经理余轶南对明镜 pro 表达了相类似的观点。而黄畅甚至说,地平线 " 要把自己往回拉 "。因为这 " 只是阶段性的 OEM 会跟 Tier2 对话,我们现在都是围绕 OEM 展开的 "。这样的低调,有其逻辑在里面。

简单来说,这是为了避免陷入百度、华为或者说是比亚迪曾经面临过的两难境地中。从燃油车到电动车,从机械车到智能车,汽车产业链确实在改变。博世中国总经理陈玉东在 2020 年年底与明镜 ro 记者交流时候表示,现在汽车供应链中最大的变化就是原本 Tier1、Tier2、Tier3 这样的树状结构被打破,边界变得模糊。比如电池、芯片这样的新兴核心供应商出现,是此前未有过的。

但整车企业也在保持警惕。比如在电池上,整车企业不会让这个最核心的部件掌握在别人手里,他们的动作频频。比如大众在中国入股了合肥国轩、戴姆勒入股了孚能科技。宝马尽管扶持了宁德时代,但是其已经宣布将要自己生产电芯。大众和奔驰都已经发布了标准电池模型,这他们在不断削弱电池企业的话语权。这是一场较劲的长期过程,在芯片领域也是如此。

全球芯片制造企业一般分为三种:1. IDM(垂直整合制造):拥有设计、制造、封测全套能力的厂商称之为 IDM 厂商。代表公司是英特尔、三星、德州仪器、闻泰科技;2.Foundry:在集成电路领域是指专门负责生产、制造芯片的厂家,具体的公司有:台积电、中芯国际等;3. Fabless:指 " 没有制造业务、只专注于设计 " 的集成电路设计的一种运作模式,也用来指代未拥有芯片制造工厂的 IC 设计公司,具体的公司有:高通、博通、海思等。

目前国内只有比亚迪这家车企是采用的 IDM 模式发展,其他车企基本采用 Fabless 模式,只做芯片的设计。上述上汽研究院高层对明镜 pro 记者表示,严格意义来说现在制造是瓶颈,芯片设计上市可以突破的。而从现实的路径选择来看,诸多车企也已经在芯片设计上进行布局,比如上汽、东风、长城、吉利等,都有自己的芯片公司。这就和地平线的业务存在一定竞争关系。" 现在地平线主动退一步的姿态,是为了让合作伙伴放心。" 一位业内人士指出。

新项目尚待揭晓

值得一提地是,黄畅公布了一个地平线的内部项目,它是基于征程 5 打造的下一代自动驾驶感知," 这实际上是一个在开放的道路上,在没有激光雷达、没有高精地图,在这个场景下验证这个体系。" 黄畅说。这在外界看来更多像是特斯拉所采用的的视觉系自动驾驶路线。地平线以多视觉传感器为主,它的基本的技术理念是将多传感器进行中央集中融合,目前该公司只是把感知结构化,预测部分端到端建立好,未来准备把规划和控制整个自动驾驶体系都在里面完成。

但地平线强调自己只是一个底层的计算平台公司,不太对这个路线做预设,而是寻求技术的边界和高峰。

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