人工智能？自動駕駛？聽著就讓“芯片”覺得壓力山大，在對算力的雙重超高要求下，如何推出一款面向復雜場景的車載AI芯片是一道業(yè)界難題。

車規(guī)級AI芯片有多難做？

首先，對于自動駕駛芯片而言，毫秒級的低延遲是安全之根本。自動駕駛技術雖然有望減少96%的車禍率，但這是以芯片擁有超低延遲為前提的。

其次，自動駕駛技術帶來的海量計算，對芯片的功耗提出了極致要求。在車載環(huán)境下的數(shù)據(jù)吞吐量非常巨大，一輛自動駕駛汽車每天能夠產(chǎn)生600-1000TB的數(shù)據(jù)計算，而且未來將成為主流的新能源汽車本身也是通過電池供能的，在封閉環(huán)境中散熱很困難。所以車載AI芯片需要具備極低功耗的特性。

海量計算還需要更強悍的計算平臺資源作為支撐，但這會帶來很高的成本。如果芯片的成本能夠相對更低，這將為產(chǎn)品的競爭力添磚加瓦。

低延遲、低功耗、低成本，提出要求很簡單，怎么去解決就需要設計人員耗費心血了。國內(nèi)AI 芯片技術公司地平線創(chuàng)始人余凱博士指出，拋開芯片的這些基礎特性，首先要闖的一關就是車規(guī)級驗證。地平線于今（30）日剛剛推出了中國首款車規(guī)級AI芯片——征程二代（Journey 2）邊緣人工智能視覺芯片。

據(jù)了解，車規(guī)級質(zhì)量測試標準（AEC-Q100）需要經(jīng)過環(huán)境壓力加速測試、使用壽命模擬測試、封裝組裝整合測試、電氣特性確認測試、瑕疵篩選監(jiān)控測試和封裝凹陷整合測試。

普通的消費類電子產(chǎn)品對環(huán)境工作溫度的要求是0~85℃，而車規(guī)級的要求是-40~125℃；前者的最大缺陷故障率為0.03%，而車規(guī)級要做到硬件故障率為0。

車規(guī)級芯片產(chǎn)品的開發(fā)周期長、難度大，是硬科技的比拼和長跑道的創(chuàng)新。余凱表示，車規(guī)級就意味著極高的安全性、可靠性和穩(wěn)定性要求。在車載半導體領域，跑在前面的公司就會一直跑在前面，因為這樣的公司擁有非凡的、超常的技術壁壘。

全面優(yōu)化的征程二代

“我們的企業(yè)文化就是：耐得寂寞?！庇鄤P在談到車規(guī)級產(chǎn)品的開發(fā)時說道。

據(jù)余凱介紹，地平線的征程二代已經(jīng)通過了AEC-Q100測試標準，該芯片采用臺積電的28nm HPC+工藝制造，搭載地平線自主創(chuàng)新研發(fā)的高性能計算架構(gòu)BPU2.0（Brain Processing Unit）,可提供超過4 TOPS的等效算力，更重要的是典型功耗只有2瓦。

具體來說，征程二代還具有以下四大極致效能：

極高的算力利用率：典型算法模型的算力利用率大于90%。

極高的算力有效性：配合高效的算法，每TOPS 算力可以處理的幀數(shù)可達同等算力GPU的10倍以上。

出色的感知可靠性：典型目標的識別精度超過99%，延遲小于100毫秒。

卓越的感知豐富性：可以識別超過60個類別的目標，每秒目標識別數(shù)量超過2000個。

關于征程二代為何效能如此之高，地平線的聯(lián)合創(chuàng)始人黃暢向集微網(wǎng)表示，主要得益于地平線首重效能、兼顧靈活的BPU架構(gòu)。

除了BPU，地平線還重新定義了AI處理器性能的評估方式，經(jīng)典的芯片性能評估方式是PPA，包括Power（功耗）、Performance（性能）和Aera（面積），傳統(tǒng)AI芯片真實性能往往通過TOPS/Watt（能效比）和TOPS/$（性價比）來體現(xiàn)。

但黃暢指出，真正的AI芯片性能還包括算法處理速度和精度，算力的利用率以及算力轉(zhuǎn)化為AI性能的效率等。隨著算法的演進，趨勢是用更少的計算次數(shù)達到更高的AI性能，征程二代芯片對于典型、高效、先進的算法可以保持芯片利用率大于90%，而GPU只能做到20~30%。

黃暢強調(diào)，全面的優(yōu)化還要包括編譯器和Runtime的優(yōu)化，以及連接芯片的軟件優(yōu)化，而不僅僅只有算法和芯片的優(yōu)化。

據(jù)介紹，芯片的內(nèi)部和外部都有存儲器。如果使用片外存儲器，那么傳輸帶寬僅為10G/s，傳輸延遲高達100ns，傳輸功耗大約為640PJ。但是如果使用片內(nèi)存儲，那么傳輸帶寬將達到1000G/s，延遲則低至5ns，傳輸功耗同樣也降低到5PJ。

所以，地平線將數(shù)據(jù)和計算拆分至合適大小在片上緩存，采用多級并行、數(shù)據(jù)復用的方式，直接在片內(nèi)完成，達到降低功耗和提升性能的目的。通過編譯器的自動優(yōu)化，可以將單幀計算延遲降低一半， 單幀帶寬也從142MB降低到34MB。

黃暢表示：“地平線的征程二代芯片設計較為激進，這是為了適應未來最主流的算法，讓處理器繼續(xù)高效運行?！?/p>

過去、現(xiàn)在和將來

地平線成立于2015年，是臺積電全球首個AI芯片客戶。2017年，地平線基于人工智能專用計算架構(gòu)BPU，成功流片量產(chǎn)了中國首款邊緣人工智能處理? “征程”系列處理?和專注于AIoT的“旭日”系列處理?，并已大規(guī)模商用。

今年年初，地平線車規(guī)級芯片征程二代成功流片后，已在高級別自動駕駛、輔助駕駛（ADAS)、多模交互等方向斬獲多達5個國家的客戶的前裝定點，并有望于明年上半年獲得雙位數(shù)的前裝車型定點。

在美、德、中、日全球四大主流汽車市場地平線獲得了多家重量級客戶的認可，已同包括奧迪、博世、上汽、廣汽、長安、比亞迪等國內(nèi)外頂級Tier 1和汽車廠商，以及禾賽科技、高新興、首汽約車、SK電訊等科技公司及出行服務商達成戰(zhàn)略合作。

基于征程二代，地平線還推出了Matrix二代自動駕駛計算平臺及視覺感知方案。相比上一代Matrix，Matrix二代在算力提升高達16倍的同時，功耗僅為原來的2/3，同時可支持高達800萬像素的視頻輸入，行人檢測距離高達100米。

伴隨著征程二代芯片正式量產(chǎn)，地平線還推出了AI芯片工具鏈 Horizon OpenExplorer（地平線“天工開物”）。Horizon OpenExplorer 包含面向?qū)嶋H場景進行AI算法和應用開發(fā)的全套工具。

關于未來，地平線上海芯片研發(fā)中心總經(jīng)理吳征透露，搭載BPU3.0的征程三代芯片將于明年正式推出，該芯片將符合AEC-Q100和ISO 26262車規(guī)級標準。屆時，基于該芯片的新一代Matrix自動駕駛計算平臺算力將高達192TOPS（特斯拉最新自動駕駛平臺為144TOPS）。

地平線副總裁 & 智能駕駛產(chǎn)品線總經(jīng)理張玉峰則興奮的表示，征程芯片兩年內(nèi)將有百萬量級的前裝裝車量，五年內(nèi)有望完成千萬量級的目標。

眾所周知，車載AI芯片是自動駕駛實現(xiàn)大規(guī)模落地的前提，但它也是人工智能行業(yè)的珠穆朗瑪峰。此次地平線率先推出首款車規(guī)級AI芯片不僅實現(xiàn)了中國車規(guī)級AI芯片量產(chǎn)零的突破，也補齊了國內(nèi)自動駕駛產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設的關鍵環(huán)節(jié)。

余凱博士表示：“未來，地平線將持續(xù)發(fā)揮AI時代底層賦能者的核心優(yōu)勢，秉持開放賦能的心態(tài)，助推自動駕駛時代早日到來?！?/p>