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地平线:打造好用的芯片,搭建开源车载操作系统,向车企授权芯片IP

发布日期:浏览量:2567

导读:中国的智能芯片和操作系统,能不能有所作为?3月26日,在2022百人会论坛上,地平线创始人余凯在演讲中抛出这一个让人振奋的问题。

智能汽车是我国发展智能芯片和操作系统的千载难逢机会。回顾过去历代智能终端,从个人电脑到智能手机,都孕育出了巨大成功的科技公司,比如微软、英特尔、高通、苹果……

第三代智能终端,毫无疑问是智能汽车,这让中国企业迎来了前所未有的机遇。智能汽车、电动车革命一开始,中国在整个消费端、产品端就主导了全球市场,成为全球发展智能电动汽车的风暴中心。但回顾一下三代智能终端的发展,我们也要正视一个现象。

中国的企业在面向消费者的终端产品的创新,以及品牌的竞争力打造,其实都赢得很精彩。无论是PC时代的联想,手机时代的华为、小米、OPPO、VIVO。同样的,在智能汽车时代,这场战役一开打,就已经能看到这样的趋势。但在操作系统和智能芯片的布局上,却亟待突破。比如在智能手机时代,获得巨大成功的操作系统是IOS、安卓,底层芯片供应商是ARM和高通,而中国企业毫无存在感。

在智能电动汽车时代,中国企业能打破这个困境吗?

基于这样的思考,地平线推演了自己的商业逻辑和商业使命,以及做出了三个关键的决策:基于AI时代的新摩尔定律,打造好用的芯片;搭建开源的车载操作系统;向车企授权芯片IP,帮助车企打造芯片。

地平线创始人余凯

一、后摩尔定律时代的思考

作为一个后进入者,踏进巨头林立的芯片市场,地平线必须要有创新的、差异化的打法。

在摩尔定律趋缓的情况下,余凯认为,不能再依靠提升晶体管的密度,提升计算性能。在人工智能时代,地平线提出一个新的标准,与其算力大不如算得快。也就是说,能不能在单位时间、单位成本里面去算更多的数据。

在“算的快”背后,有三个关键因素。

第一,峰值算力,也就是大家常说的峰值TOPS。

第二,算力资源的利用率。TOPS并不是唯一指标,算力资源的有效利用也十分关键,这则取决于架构设计、操作系统、编译器,以及动态运行库等。

第三,芯片架构能否适应软件算法的演化。未来的20年,人工智能的软件算法会持续地进化,芯片架构能否适应不断演进和创新的软件算法也至关重要。

余凯认为,这三个指标放在一起考虑,才是芯片企业应该追求的标准,地平线将之称为AI时代的新摩尔定律。根据这样的创新指导思想,地平线设计了高性能的自动驾驶处理器架构—— BPU (brain processing unit)。

BPU采用了大量的创新型技术,包括高性能、低延迟的数据并发处理技术,用脉动阵列去提高数据并行的速度,用进程计算使得存储和计算不再那么泾渭分明,还有稀疏化等的优化。

余凯谈到,基于新摩尔定律设计的征程5芯片,和英伟达的Orin-X 芯片去比较的话,尽管地平线只用一半的芯片面积,一半的计算资源,但通过先进的神经网络来做计算的时候,依然能够得到相当高的计算性能。

而且,地平线的芯片架构,对越先进的神经网络,加速性能越高,往往可以用更低的功耗完成更多的数据计算。如果除以单位功耗的话,地平线跟英伟达的计算效率相比,是两倍到三倍的提升。

这对于自动驾驶是非常重要。自动驾驶车辆不像是数据中心,有无限的能源供给,以及非常好的散热的、冷却的系统。车辆上的工况非常恶劣,因此对于低功耗的高效计算非常重要。

二、打造开源的车载操作系统

在历史上,芯片跟OS其实从来不分。这也是地平线基于芯片打造操作系统的思考逻辑。美国有一个“文泰来联盟”,就是Windows跟Intel组成的著名的Wintel 联盟。

微软的视窗操作系统,只配对英特尔的芯片。为什么两家商业公司要组成这种排他性的联盟?这是违反商业规律的。但实际上,这不是一个偶然的现象,在整个信息产业的历史上,凡是最成功、最有广泛生态的操作系统,它往往选择一家芯片架构做紧密的联盟,余凯介绍。

包括PC时代Windows 跟 Intel的Wintel 联盟,智能手机时代的AA ——安卓跟ARM之间的联盟,以及在人工智能时代,英伟达自己的操作系统CUDA 跟其GPU架构的耦合。

为什么会有这样的现象?这主要是因为,只有软件跟硬件的高度协同才能保证计算高效,那么也就意味着,软件在一个芯片架构上优化得很好的时候,它很难迁移到另外一个芯片架构上,这是信息产业软件硬件发展的规律。

基于这个判断,地平线开始思考,如果要把征程芯片打造成中国自动驾驶芯片的底座,那么是不是需要给它配一个操作系统?这就是地平线布局操作系统的逻辑。

2021年,地平线提出要打造开源的实时操作系统——TogetherOS。

从命名就可以看出来,地平线所主张的理念:操作系统就是应该开放的、开源的大家一起参与的。同时,地平线也认为,操作系统是不应该挣钱的,它就是应该作为一个公共的技术资源,大家一起携手去推进、打造的操作系统生态。

这样一来,在地平线的征程芯片之上,既可以支持了现在主流的 Linux 、QNX、安卓、阿里 OS、鸿蒙等主流的操作系统,同时也专为智能汽车去打造一个开放开源的、不带商业目的 TogetherOS。

在TogetherOS 之上,可以支持各种各样的应用软件,地平线也提供各种开发工具、工具链以及云端的训练,包括数据管理及仿真平台。

三、向车企开放芯片IP

有了操作系统,地平线还觉得不够。余凯谈到,作为新一代创业者,一定要把开放这件事情去不断地推进。地平线在进一步地思考能不能做得更加的开放。

以芯片+算法+工具链+开发平台为核心,支持合作伙伴开发智能驾驶解决方案,这是地平线当前的商业模式。

在这个基础上,地平线计划将开放践行到底,支持车企自主开自动驾驶芯片。这意味着,地平线要拿出其最核心的BPU技术架构提供支持。也就是说,地平线要提供BPU的IP授权,包括整个BPU软件支持包以及参考设计等,以及各种技术支持。

这就有点像ARM模式,余凯认为,ARM是一个很值得学习的公司,它推进了物联网时代和智能手机时代,全球的产业创新和进步。地平线计划支持一部分车企自研的芯片,同时提供地平线自己的征程芯片,因为并不是所有的车企都要开发自己的芯片。

BPU IP授权带来的好处,就是提升车企的差异化竞争力,加快研发创新的速度。

余凯把芯片公司与车企的合作模式,进行了总结。

第一种是Mobileye模式。Mobileye把芯片架构、芯片以及操作系统,还有智能驾驶的软硬件系统,全部开发完了以后交付给车企。

也就是说,这是一个黑盒系统,车企的整车开发完全没有参与自动驾驶技术的开发过程。在过去20年时间里,这个模式是成功的。因为那个时候,智能驾驶并不像今天这样呈现出你追我赶、百舸争流的创新趋势。

但今天这种协同方式显然是不够的,为什么?如果把BPU、SOC、操作系统、自动驾驶的软件系统所需要的时间,以及交付到整车开发后所需要的时间加在一起,整个开发周期会需要6-7年的时间,这将会导致车企的创新速度远远落后于竞争对手。

第二种是英伟达模式,英伟达把GPU架构开发成芯片,然后包上自己的操作系统 CUDA, 再去让业界开发自动驾驶的软硬件系统。

在这个合作模式里面,其实是整车开发是参与了自动驾驶的开发过程,甚至是主导。这种模式下,自动驾驶的创新实际上是跟整车开发是一起的,也就有了更强的创新协同。

第三种就是地平线提出的Together OS 模式,把BPU跟SOC开发完了以后,中间的底层软件通过开源OS开放的模式跟整车一起系统开发。

那么,整车开发不光包括整个自动驾驶的应用软件,而是也深入到操作系统的底层,能够更高效地调用操作系统之下的各种资源。

余凯以地平线和理想汽车的合作举例,双方达成合作是在2020年的年底,理想汽车在2021 年5月就已经量产,从项目启动到量产也就是七八个月的时间。之所以量产的协同速度能那么快,就是以一个非常接近这种模式的方式在开发。

第四种就是BPU授权模式。BPU授权模式意味整车开发可以完全的跟从芯片到操作系统、到整个自动驾驶的软硬件系统,实现高度的协同,完全的透明。这对整车迭代的速度产生质的飞跃,这就是特斯拉的迭代速度。

特斯拉实际上就是在做芯片和整车打通的事情,国内一些玩家其实也在追求这样的一个迭代的速度。

在智能汽车时代,整个用户的体验逻辑和以前传统燃油车时代迭代逻辑已经完全不同。以前是面向供应链优化流程导向的形态,现在已经变成越来越像手机这样的市场。那么意味着,如果能像苹果一样,领先竞争对手6个月,而且持续领先,就赢了。因此,地平线认为,保持高效就是在智能汽车时代,打造开放创新生态的重要意义。

四、ARM是一个好榜样

余凯谈到,ARM是一个非常值得学习榜样,他们走出了和传统的芯片公司不一样的路线,开放自己芯片的架构授权,加速了整个产业迭代速度、缩短了迭代周期、降低了研发成本,让专业的人干专业的事情。

同时,计算架构IP授权模式也加速芯片产业发展。依托ARM IP授权和生态,芯片平均设计开发成本降低50%。

这造就了ARM+安卓在智能手机领域的繁荣生态,以及整个物联网的创新生态。地平线也希望打造智能汽车时代的”Wintel"和“AA”——“Window+Intel”,“ARM+Android”。

可以预见,路还有很长要走,但地平线表达了开放到底的决心,这对于智能汽车创新生态的发展,将是非常重要的推动。

来源:赛博汽车 作者:肖莹

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