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地平线负责人罗恒:坚持开放赋能 围绕智能汽车芯片展开全新探索

作者:森林 2022-04-25 22:23:42 来源:新能源汽车网

  专题自2015年成立之初,地平线便前瞻性地决定做边缘人工智能芯片,这在当时云计算大行其道的背景下,是一个反共识的选择。地平线是业界第一家专注于开发汽车智能芯片的公司。

  如今,汽车智能化的实现与功能迭代对高性能汽车智能芯片的需求已成为行业共识。与此同时,除了外界熟知的汽车智能芯片,地平线在创立之初就前瞻性地确定了软硬融合的技术路线,面向智能驾驶场景构建了强大的软件算法能力。地平线持续致力于产品技术创新迭代,开放协同产业合作伙伴打造智能汽车生态。近期,本刊记者与地平线BPU算法负责人罗恒展开对话,围绕智能汽车芯片展开全新探索。

地平线BPU算法负责人罗恒

  地平线BPU算法负责人 罗恒博士

  记者:请您介绍贵司概况、主营产品与技术及发展规模。

  罗恒:回顾过往,地平线创下多个重要发展里程碑,加速助力中国汽车产业智能化转型。2017年,地平线推出了中国首款边缘人工智能芯片;2019年,地平线又先后推出中国首款车规级AI芯片——征程2、新一代AIoT智能应用加速引擎——旭日2。2020年,地平线进一步加速AI芯片迭代,推出新一代高效能汽车智能芯片征程3和全新一代AIoT边缘AI芯片平台旭日3。

  对于地平线来说,里程碑式的节点在2021年7月29日,地平线以引领行业的新产品继续开拓汽车智能化新路径,正式发布高性能大算力全场景整车智能中央计算芯片征程5。征程5是地平线继征程2、征程3之后的第三代车规级产品,单颗芯片AI算力最高可达128 TOPS,真实AI性能可以达到1283 FPS(frames per second),支持16路摄像头感知计算,毫秒必争高效协同,能够支持自动驾驶所需要的多传感器融合、预测和规划控制等需求。随着征程5芯片的发布,地平线成为业界唯一能够覆盖从L2到L4全场景整车智能芯片方案的提供商。

  同时,地平线发布了一系列基于征程系列汽车智能芯片打造的智能驾驶解决方案,包括Horizon Matrix智能驾驶解决方案以及Horizon Halo车载智能交互解决方案,共同打造多层级的自动驾驶以及持续进化的车载智能交互功能。其中,基于以征程5为核心的整车智能计算平台,地平线发布集成全场景自动驾驶、车载人机交互和车内外联动体验于一体的Horizon Matrix SuperDrive整车智能解决方案。Horizon Matrix SuperDrive融合47个传感器,可互为补充,能够满足高速、城区、泊车以及智能人机交互等全场景整车智能需求。同时,地平线拥有自动驾驶和车载智能交互的量产级解决方案,在统一芯片架构的基础上,Horizon Matrix SuperDrive可快速打通车内外功能,能够基于车外路况和车内驾驶员状态融合判断主动介入;或基于车内场景感知和理解动态调整驾驶策略,从而建立人机互信,打造智能化、人性化的人车共驾新体验。

  2020年,地平线正式开启中国汽车智能芯片的前装量产元年,成为全球继Mobileye、英伟达后第三个实现专用ADAS芯片规模化量产的厂商。截至目前,地平线征程芯片出货量已突破100万片,获得40多个前装量产项目定点。

  记者:群雄并起的竞争业态下,芯片企业如何保持核心优势?

  罗恒:科技创新是引领发展的第一动力,硬核技术是科技企业立身之本。

  地平线致力于研发高性能大算力车规级芯片。2021年7月发布的征程5芯片,是地平线继征程2和征程3开启中国车规级人工智能芯片量产先河之后的第三代车规级产品,兼具大算力和高性能。单颗芯片算力最高可达128 TOPS,真实AI性能(自动驾驶核心负载——物体检测任务,COCO(业内主流检测数据集)精度(mAP)34.6%可以达到1283 FPS(frames per second),并且FPS随编译器优化,后续还有提升空间。

地平线BPU算法负责人罗恒

  同时,地平线有深厚的算法基因,既是最懂芯片的算法公司,也是最懂算法的芯片公司。地平线对重要场景中的关键算法趋势进行预判,前瞻性地将其计算特点融入到计算架构的设计当中,使AI芯片随着算法演进趋势,始终能够保持极高的有效利用率,从而真正意义上受益于算法创新带来的优势。这一技术指导思想的集中体现为基于实际AI算法需求设计的BPU,例如:搭载BPU3.0贝叶斯架构的征程5可充分匹配高等级自动驾驶的需求,支撑更复杂的感知以及预测、规控功能。

  地平线已经构建起了一支算法、软件和芯片高效协同的产品研发团队,具备两方面独特的技术优势:一是软硬结合,用算法定义芯片并将芯片的性能发挥到极致;二是以终为始,始终用系统的视角审视其中每个模块的设计与实现。这使得我们提供给客户的,不仅有自动驾驶芯片,还有开放的算法和软件支持服务,我们称之为“软硬结合的开放式解决方案”。

  基于自研芯片,地平线打造了地平线SuperDrive全场景智能驾驶方案,可支持高速、城区、泊车全场景自动驾驶,其背后基于感知中融合的BEV(Bird's eye view)技术、基于软件2.0开发范式的4D标注和预测都处于行业前沿,系统领先的算法和软件能力将帮助合作伙伴更高效的构建智能驾驶的闭环能力。

  大规模量产是检验企业技术能力的唯一标准。经过7年的发展,地平线在量产落地上也经受住了市场的考验,不仅是国内首个,更是唯一一个实现了车规级人工智能芯片前装量产的企业。2020年,地平线正式开启中国汽车智能芯片的前装量产元年,实现从0到1的突破,时至目前,地平线征程芯片出货量已突破100万片,获得40多个前装量产项目定点,携手合作伙伴实现从1到N的价值共探。

  最后,我很想强调的一点是,芯片是大投入、长周期的科技成果,地平线的营收随着芯片上车在逐渐提升,但芯片的迭代研发仍然需要很大的投入,除了2021年7月在市场上推出的高性能大算力全场景整车智能中央计算芯片——征程5,地平线还在定义下一代芯片,只有这样才能够保持不断进步和技术优势。在这种长周期中地平线近两年仍会持续投入、培育,并且我相信,随着芯片的不断上车,羊群效应会使地平线的国内市场不断扩张,造血能力也会越来越强,保持不断的进步和技术优势,形成良性循环。

  记者:TOPS已经成为车企最常用的算力单位,芯片企业如何为客户提供更强有力的算力支持?

  罗恒:一般所说的TOPS是峰值算力,指的是AI芯片每秒运算次数,通常是指Int 8、FP 32、FP 16的乘法和乘法之后的累加。峰值算力是衡量AI芯片能力重要的指标。

  在峰值算力之外,其实用户真正关心的是实际运行AI算法的性能,这个通常是指FPS(某个模型下实际运行时每可以处理的帧数)、可用算力(FPS*模型理论计算量)。实际性能意味着客户使用芯片究竟能实现怎样的应用功能和效果。

  地平线作为一个新晋的玩家,中国AI芯片领军企业,有着自己独特的思考。

  地平线有两个观点,一个是,算力大,不如“算得快”;一个是,好芯片更要是“好用”的芯片。

  一方面,算力更高的芯片带给客户的不只是价值,还有成本。一般来说,芯片的成本与其面积大致成正比,1000 TOPS芯片的成本就是100 TOPS芯片的10倍。因此,芯片算力并不是越高越好,要从性价比的角度判断客户究竟需要多大算力的芯片。另一方面,做企业必须有效平衡现实主义和理想主义,不能下意识地觉得这两件事一定是矛盾的。在我看来,我们应该用极度现实主义的方法,去努力实现极度理想主义的结果。具体来说,地平线肯定会追求芯片算力的不断提升,但在量产产品上,我们更注重凭借自身在算力与算法匹配方面的优势,为客户节省成本、创造价值。

  当前智能汽车发展的核心瓶颈是算力不足,汽车智能芯片成为决定竞争胜负最重要的筹码。但受摩尔定律的功耗限制,追求纯算力突破并不可持续,同时算力也并不代表汽车智能芯片“真实性能”,芯片计算效率也同样需要关注。正如对于汽车来说,马力(单位为HP)不如百公里加速时间(单位为秒)更真实反映整车动力性能,算力(单位为TOPS)并不反映汽车智能芯片实际性能,而每秒准确识别帧率FPS才是更真实的性能指标。

  何为新摩尔定律?在经典摩尔定律时代,大家用“PPA”指标来衡量一颗芯片的性能,即 Power、Performance、Area,对应功耗、处理任务的性能和芯片成本。在AI芯片时代,需要新的范式来定义性能,即新摩尔定律,可以从几个维度来衡量:单位成本下峰值算力、峰值算力的有效利用率,以及有效算力转化为 AI 性能的比率。新摩尔定律最早由地平线提出,目前已逐渐成为业界共识。

  作为一家算法基因很浓的芯片公司,地平线从征程1开始就针对自动驾驶场景设定了独特的算法模型,并基于对关键算法发展趋势的预判,前瞻性地将其计算特点融入到伯努利、贝叶斯等芯片架构的设计中,从而实现很高的计算资源利用效率。通常,GPU在跑深度神经网络算法的时候,算力利用率有时会很低,而地平线的征程3和征程5则有很高的算力利用率。反映出来的就是征程5的每秒准确识别帧率(单位为FPS)可以大幅领先GPU。

  作为面向高等级自动驾驶的专用处理器架构,贝叶斯架构能够保证经过较长的研发周期后,征程5芯片在正式推出时仍然能够快速适应最新的主流算法,并随着算法的迭代,持续提供更高的每秒准确识别帧率,从而使终端用户真正意义上受益于算法创新带来的优势。

  记者:车辆驾驶过程中,除了保障算力,芯片还要在哪些方面发挥性能?比如FPS也是业界谈及较多的一点。您认为该如何界定与衡量芯片的真实性能?

  罗恒:未来的智能汽车就是一台四个轮子上的超级计算机,其中最核心的器件就是汽车智能芯片,是智能汽车的数字发动机。而制约当前智能汽车发展的核心瓶颈就是汽车智能芯片的算力不足,算力就好比智能汽车的脑容量,自动驾驶每往上走一级,所需要芯片算力就要翻一个数量级,要实现完全自动驾驶,我们需要在四个轮子上搭载天河二号级别的计算能力。

  当前智能汽车发展的核心瓶颈是算力不足,汽车智能芯片成为决定竞争胜负最重要的筹码。受摩尔定律的功耗限制,追求纯算力突破并不可持续,同时算力也并不代表汽车智能芯片“真实性能”,芯片计算效率也同样需要关注。

  在我看来,铺物理算力并不真正产生用户价值,物理算力峰值计算效能等于晶体管数目乘以主频,这个由芯片生产商决定,也即车企的成本;真正的价值应该在于最先进的神经网络在芯片上面能够跑多快,也即真实AI性能。

  地平线认为,评估芯片AI性能,本质上应该关注做AI任务的速度和精度,即“多快”和“多准”。而地平线提出的MAPS评测方法关注真实的用户价值,将每颗芯片在“快”和“准”这两个关键维度上的取舍变化直观地展现出来,并在合理的精度范围内,评估芯片的平均处理速度。

  MAPS的度量单位是FPS,全称为Frame Per Second,即“每秒钟可准确识别多少帧”。更高的FPS,代表着更快速的感知、更低的延时,这意味着更高的安全性能和行驶效率。显然,与TOPS相比,FPS是一个更有价值的性能指标。

  MAPS其实是在物理算力的基础上,通过对大量模型的测试,综合各个模型的速度(FPS,每秒处理帧率)和准确率得到的最佳方案的量化结果。它更聚焦于使用户能够通过可视化的图表直观地感知AI芯片的真实算力。

  在体现芯片的真实AI性能的同时,MAPS评测方法还留有最大的优化空间。这里的“优化空间”,意思是指即便是一颗芯片出厂以后,它的实际性能FPS仍有可能提升,因为算法在往前演进,而随着算法不断演进,算法的精度或者速度也能够有所提升。这样的话,就使得这个芯片的FPS得到持续提升。

  随着汽车电子电气架构从分布式ECU架构进阶到域架构,最终到中央计算机架构,汽车也将进入全场景整车智能时代,智能汽车计算架构也将从传统的编程,用逻辑、用流程主导的1.0时代走向以神经网络计算、以数据驱动为代表的软件2.0时代。中央计算架构对整车计算性能也提出了更高的要求。

  记者:安全在任何领域都至关重要,如何确保芯片对于信息安全的支持?众多芯片供应商都具备系统化解决方案,并促成汽车E/E架构的简化,贵司是否也推出了综合性方案?

  罗恒:传统汽车使用的分布式ECU计算架构需要大约50~150颗MCU,对应的芯片种类也特别多,而且大都是基于成熟工艺的芯片,没法充分利用新的工艺制程带来的高阶产能。如果把主机厂所需要管理的所有芯片型号加起来,更是超过1000种,可以说,不改变汽车电子电气架构(EEA),芯片供应链的安全就很难以保证。

  从技术上讲,靠增加ECU的数量来提升汽车的智能,已经难以为继。当前智能汽车正在掀起一场电子电气架构变革,从分布式计算架构往集中式的计算架构演进。当前的演进重点是域控制器架构,但从终局来看,集中式的计算架构打造的是一个高性能的中央计算平台。

  正如生物的智力进化史一样,从低等生物到高等生物,对应的是神经元的持续集中化,并最终进化出了大脑;计算集中化也让汽车的智能得到质的提升。

  汽车电子电气架构将由分布式ECU架构向域架构、中央计算架构发展,而所需要的芯片数量也呈数量级减少。现在这么多的小芯片、上百个MCU,随着电子电气架构向中央计算架构发展,最后走向中央计算,汽车所需要的芯片数量将大大减少,MCU、CPU都可以整合到高性能的SoC当中。届时,整个供应链管理要简单得多,效率也要高得多。

地平线BPU算法负责人罗恒

  所以,地平线也提出了一个观点:芯片缺货的终极解决之道——计算集中化。

  记者:贵司与哪些汽车品牌展开了合作?这些年,主机厂对于搭载芯片的需求是否发生了变化?它们在哪些方面提出了更高的要求?

  罗恒:凭借强大、可靠的技术实力,地平线目前已同(按照首字母排序)奥迪、比亚迪、长安汽车、长城汽车、东风汽车、广汽集团、红旗、江汽集团、理想汽车、奇瑞汽车、上汽集团等主机厂达成深度合作,快速搭建开放共赢的智能汽车芯生态。

  同时,基于征程5,上汽集团、长城汽车、江汽集团、长安汽车、比亚迪、哪吒汽车、岚图汽车众多汽车厂商已经与地平线达成征程5芯片首发量产合作意向,并与理想汽车达成基于征程5的预研合作,加快推动高等级自动驾驶功能的普及上车。

  地平线征程2、征程3芯片在2021年加速实现量产上车,助力车企实现自动驾驶和车载智能交互体验的升级。截至目前,地平线征程芯片出货量已突破100万片,广泛搭载至多家主流车企的明星车型。

  记者:芯片技术下一步发展方向会在哪里?远瞩未来,企业如何面对新一轮机遇与挑战?

  罗恒:随着汽车智能化的发展,现在对AI计算的需求高涨。汽车是四个轮子上的计算平台——最大的母生态,会诞生Intel、微软级别的企业。未来智能汽车,会像PC时代,不断升级,形成10年以上周期的发展路径。

  地平线是一家算法基因的公司,与别家企业做AI芯片的最大不同是我们认为算法是动态的、不断变化的,我们随时都在预估未来的趋势,同时,我们又是一家芯片公司,并不仅仅看算法本身,更看重算法对计算架构的影响。所以基于软硬结合,我们用算法定义芯片并将芯片的性能发挥到极致。

  当前商业模式,地平线坚持底层赋能,定位Tier 2,以芯片+算法+工具链+开发平台为核心,开放赋能,支持合作伙伴开发有竞争力的智能驾驶解决方案,总结起来就是我们的战略slogan——AI on Horizon, Journey Together。

  AI on Horizon,就是通过底层的人工智能处理器进行开放的赋能,提供丰富的工具链,提供强大的服务,使得我们的客户、我们的合作伙伴能够在芯片之上去构建它的产品、构建它的应用、提供它的服务。而贯穿在其中精神内涵,就是Journey together,一路成就客户,因为我们相信只有以成就客户作为信仰的企业才能够获得越来越多的社会的支持,才能不断地往前发展。在底层哲学上,我们深刻地相信,只有充分开放,才能真正地成就客户,只有把我们的AI芯片、工具链乃至所有的资源都开放出来,让我们的客户不光能打造无与伦比的产品,而且能够实现充分的差异化,使他们在市场上有差异化的竞争力。

  未来商业模式将进一步开放,余凯博士在近期的百人会高层论坛的演讲中也提出,“让开放更开放”,地平线将向部分整车厂开放BPU IP授权,推动汽车芯片产业跃迁。我们帮助车企自主设计开发芯片,提升差异化竞争力,在加快芯片研发速度的同时,大幅降低研发投入。

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