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丰田和沃尔沃自动驾驶背后的推动者是谁?

汽车工程师 2019-06-17 16:48 次阅读

在汽车领域AI(人工智能)半导体的搭载已经司空见惯。对于早早布局自动驾驶时代的NVIDIA来说,其AI半导体如预期迅速发展,已经进入实用阶段。对于积极采用其芯片的沃尔沃和丰田汽车将会获得哪些优势?在美国圣何塞举行的“GPU技术大会(GTC)2019”开发者大会上,我们得以一窥未来的趋势。

沃尔沃将于2021年刷新其车载电子平台。高性能车载处理器将切换到以车辆电气/电子(E / E)架构为中心的“中央型”系统。为了充分利用自动驾驶汽车的大脑AI(人工智能)半导体,有必要放弃传统的“分布式”E / E架构。目标定位于自动驾驶时代而改变策略的公司不止沃尔沃一家,丰田汽车已经决定将验证AI自动驾驶系统是否能准确工作的验证工程委托给其他公司。

而为沃尔沃车载电脑提供AI半导体,并支持丰田验证工作的公司正是NVIDIA。

沃尔沃集团将全面采用NVIDIA

上图左侧是沃尔沃的车载AI人工智能处理器,计划2021年左右开始全面搭载在Volvo各个车型中,以实现L2+级自动驾驶功能。右侧的车载处理器可为L4-5级自动驾驶汽车提供更好的性能,配备了沃尔沃集团瑞典Zenuity开发的自动驾驶操作软件。(拍摄:日经汽车)

丰田自动驾驶子公司丰田研究院(TRI-AD)的CTO 鯉渕健先生表示,NVIDIA能提供“目前所能想象的最高性能的车载半导体处理器”。

然而尽管如此,丰田的AI半导体仍然不是仅仅拥有NVIDIA“唯一“1个选择。在计划于2020年实现商业化的自动驾驶车型中,丰田预计将采用NVIDIA和瑞萨电子芯片相组合的形式。随着竞争的加剧,NVIDIA要确保先发优势,就必须迅速开拓新客户并开发下一代芯片。

“分布式”将变得过于复杂

2019年3月在美国圣何塞举行的开发者大会“GPU技术大会(GTC)2019”上,负责沃尔沃AD和ADAS自动驾驶开发的高级经理Andreas Wallin先生表示 “重建电子平台的时机已经到来。”

到目前为止,Volvo已经使用数十个ECU构建了一个车载电子平台。然而由于分布式连接中采用各个ECU和汽车部件分别连接的方式,为了“增加以自动驾驶为中心的功能,将导致分布式系统过于复杂”,问题已经出现。

Volvo将中央处理器命名为“Core Computer”,计划在其中大型车辆平台刷新时进行安装。车辆的新平台“SPA2(可扩展产品架构)”计划于2021年左右引进注1)。

注1)现有平台“SPA”的商业化从2015年开始,并已从顶级SUV “XC90”车型开始,广泛部署在“90系列”和“60系列”车型中。目前计划6年内进行换代。

Core Computer尺寸为200 x 200 x 50 mm,搭载了NVIDIA的车载AI处理器“DRIVE AGX Xavier”。DRIVE AGX Xavier配备SoC(片上系统)“Xavier”,其处理能力高达30 TOPS(每秒30万亿次)。功耗为30 W,大于传统ECU的功耗,因此配备了水冷式的冷却机构。此外还具有OTA功能,可通过无线通信更新软件。

沃尔沃的目标是在2021年实现L2 +级自动驾驶的商业化。将在驾驶员监控和必要时交接的前提下,实现高速公路上的自动驾驶。Core Computer还能用于自动停车功能和通过车载摄像头监控驾驶员的监控系统。

丰田委托NVIDIA进行性能验证

丰田于2017年开始与NVIDIA合作,一直专注于创建自动驾驶开发“上游”的算法。例如,2019年1月丰田公布的自动驾驶开发用的实验车辆“TRI-P4”车载处理器中,就搭载了NVIDIA的Xavier注2)。

注2)TRI-P4在NVIDIA的Xavier上配备了自动驾驶系统,并处理摄像头与激光雷达等的传感器数据。收集的传感器数据存储在“Amazon Web Services(AWS)”中,并且改进了自动驾驶算法。

在GTC2019上,NVIDIA首席执行官(CEO)Jensen Huang先生在主题演讲中表示,“我们将扩大与丰田的合作关系,在自动驾驶开发从上游到下游的广泛领域建立合作伙伴关系。

丰田采用NVIDIA进行自动驾驶软件的性能验证

丰田自动驾驶子公司TRI-AD采用了由NVIDIA开发的仿真环境“DRIVE Constellation”。车载处理器使用NVIDIA SoC。

自动驾驶开发的“下游”是上述自动驾驶系统的操作验证。TRI-AD采用NVIDIA开发的模拟环境“DRIVE Constellation” 注3)。

注3)DRIVE Constellation是一个AI平台,由两个部署在数据中心的服务器(“DGX-1”超级处理器)组成。配备NVIDIA GPU的第一台服务器使用名为DRIVE Sim的专有软件来创建各种驾驶模拟环境。它还会创建如摄像头,毫米波雷达,LIDAR等传感器数据,,并将其发送到第二台服务器。而搭载了NVIDIA车载AI处理器“DRIVE AGX Pegasus”的第二台服务器将根据这些传感器数据,发出加速/减速和转向等指令,并将其反馈给第一台服务器。通过两个服务器的协作,可视地验证自动驾驶车辆是否可以正确操作。

丰田集团一直在内部开发类似的仿真环境,但目前已经改变方针,将使用NVIDIA开发产品进行一部分验证。对于丰田来说,这相当于将掌握自动驾驶可靠性的一个关键领域委托给其他公司负责。此外,采用DRIVE Constellation不仅包括TRI-AD,包括美国丰田研究院(TRI)也将在开发中采用。

DRIVE Constellation可以再现虚拟空间中的各种驾驶环境,如天气,时区,交通拥堵情况。由于可以通过再现在现实环境中难以测试的各种危险驾驶条件来进行驾驶实验,因此可以说“可以有效地提高实验效率并且提高系统可靠性”(NVIDIA)。

DRIVE Constellation生成的虚拟道路环境示例。它可以再现虚拟空间中的各种驾驶环境,如天气,时区,交通拥堵状况

降低功耗并应用于EV

除了这些大型传统车企,NVIDIA也正在加强与中国新兴造车势力的合作。在GTC2019中,中国的小鹏汽车和蔚来汽车(NIO)等发表了自动驾驶开发的现状。

小鹏汽车将于2020年推出新的电动EV车型“P7”。该款车型将可对应L2 +级自动驾驶(图4)。车载处理器采用了与沃尔沃相同的DRIVE AGX Xavier。

小鹏汽车将于2020年量产的电动汽车平台

NVIDIA的DRIVE AGX Xavier被放置在后轮侧作为自动驾驶的处理器。照片摄于“2019年上海车展”。 

小鹏汽车自动驾驶系统中一个有趣的事情是对于降低功耗所进行的努力。在电动汽车中,电力消耗与续航里程缩短直接相关。“我们在确保感知能力的同时,减少了摄像头图像的处理量”小鹏汽车主导自动驾驶开发的公司副总裁谷俊丽表示。

具体是改变了高速公路和一般道路处理的图像的帧速率。一般道路以60帧/秒的速度处理,因为存在行人,自行车等,情况变化很快。而在高速公路中“通过每秒抽取15帧的速度进行处理”(Gu)。如果帧数减少到1/4,则可以显著降低功耗。

服务公司也将成为车载处理器的客户。例如,图森未来(TuSimple)正在开发使用自动驾驶卡车进行配送服务。公司创始人,总裁兼首席技术官侯晓迪先生于2019年在GTC宣布“将于2020年实现商业化运作”。

图森未来的自动驾驶卡车目标2020年实现商业化。采用摄像头进行图像识别的系统中搭载NVIDIA的车载处理器。2019年5月,该公司与美国邮政服务公司(USPS)签订合同,使用自动驾驶卡车测试运输服务。图森将根据USPS的需求验证自动驾驶能力。

“Orin”正在持续开发中

NVIDIA面向L2-3级自动驾驶的车载处理器正在按计划进行。但是目前急于开发的是面向L4~5级自动驾驶系统。例如,目前沃尔沃集团正与它合作正在开发的L4~5级自动驾驶系统,将采用NVIDIA的车载处理器“DRIVE AGX Pegasus”注4)。

注4)沃尔沃与瑞典Autoliv的合资企业Zenuity,将开发自动驾驶软件并将其安装在NVIDIA的DRIVE AGX Pegasus上。

但是GTC2019上令人感到担忧的是,对于面向L4~5级车载处理器的下一代产品“Orin”完全没有提及。Orin可以通过两个SoC实现与Pegasus相同的性能。Pegasus使用2个Xaviers和2个GPU。

NVIDIA首次宣布Orin存在是在2018年GTC上,对于一年后的进展如何,英伟达完全没有公布,这或多或少令人失望。2019年5月,在官方博客中公布了该处理器与美国特斯拉车载处理器的性能差异,由此唯一可以确认的是开发仍在继续。在保持DRIVE AGX Pegasus 320 TOPS的处理性能的同时,功耗可以降低多少呢?

原文标题:关注丨丰田、沃尔沃与英伟达的自动驾驶芯片

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