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英伟达发布新一代自动驾驶芯片,它能战胜特斯拉?#24067;?.0吗?| 硬核时间

2019-12-25 06:58

来自 :电动星球News

作者 :毓肥

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北京时间18号,英伟达正式公布了他们最新一代自动驾驶计算芯片Drive AGX Orin的技术细节。?和2018年3月份时公布的路线图不太相同,Orin的定位并非接替旗舰级别的Pegasus,而是将会直接取代如今炙手可热的Xavier,定位于主流自动驾驶芯片。?

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▲ 2018年3月英伟达自动驾驶路线图

尽管并非英伟达下一个世代的自动驾驶计算旗舰,Orin却依然拥有相当可观的理论性能。根据英伟达的官方表述,Orin将会拥有Xavier 7倍的理论算力,同时功耗只会比Xavier高出一倍。

另外,Orin还将支持单个摄像头最高8K(7680x4320)?#30452;?#29575;的视频识别,支持4个万兆端口传输数据。?与此同时,英伟达第三次喊出了「支持L5级别自动驾驶」的口号——从2016年的Drive PX2 Auto Chauffer,到2017年的Drive PX Pegasus,再到如今的Drive AGX Orin(2018年推出的Drive AGX Pegasus实际上是PX Pegasus通过ASIL-D认证的安全版马甲)。?

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时间定格在2019年的深冬,全自动驾驶的热潮已经渐趋冷静。出行世界更期待的,是2020开启L3元年(当然马斯克认为2020年是他的L5元年)。所以英伟达为什么坚信他们现在就可以提供L5级别的解决方案??

■ 全新一代架构,从L2到L5都支持

Drive AGX Orin是英伟达针对自动驾驶领域全新研发的SOC,之所以说全新,是因为它真的全新——每一个部分单独拿出来,都是下一代的技术。?

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架构上,Orin和MobileyeEyeQ5、特斯拉FSD芯片一样,都采用了CPU处理器领?#35745;?#20182;各个xPU的组合方式,打包成一个SOC。与前两代自动驾驶芯片显得保守不同,这一次的Orin在CPU部分大胆地采用了12个ARM 「Hercules」架构核心。?ARM相信大家?#32423;?#29087;能详,这位移动世界叱咤风云的巨人在车载电子领域也一直是头号幕后玩家。尽管不亲自下场造芯片,但却为芯片的基础架构制定规范——以古希腊神话中宙斯之子,大力神赫拉克勒斯命名的Hercules CPU,就是ARM最新一代性能利器。?

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2018年,ARM推出最新一代嵌入式芯片架构A76,我们手上的华为Mate 20和三星S9都采用了A76架构的芯片,而Hercules则是A76架构的二次优化版?#23613;?#31532;一个优化版本是被命名为「Deimos(火卫二)」的A77架构,刚刚发布的骁龙865就是A77架构首作。?Hercules号称能比A77架构提升15%的性能,而根据ARM官方提供的数据换算,Hercules单核心同频率性能可以达到特斯拉FSD芯片和骁龙820A CPU部分采用的A72架构的接近3倍。即使比起自家AGX Xavier的CPU部分,Orin的效率也能领先接近一倍。?

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当然这样的比较非常不严谨,首先英伟达没?#22411;?#38706;自己芯片的运行频率,其次高通820A只是数字座舱芯片,并非自动驾驶芯片。举这个例子只是想说明英伟达这次产品路线之激进。?但在自动驾驶领域,CPU只能算是辅助,负责深度学习的芯片才是真正干活的角色。作为世界上最大的GPU厂商,英伟达当然也在自动驾驶领域布局了自家最先进的深度学习GPU。?

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可惜英伟达没有详细标明Orin搭载的GPU到?#36164;?#21738;一款,仅仅粗略地说是「Next Gen(下一代)GPU」——但这并不能阻挡我们找到它的蛛丝马迹。?目前英伟达主打的AGX Xavier芯片,在GPU部分采用的是Volta伏特架构(冷知识,英伟达的产品代号均为著名物理学家)。Volta架构最早于2017年5月的英伟达GTC大会上正式发布,它也是英伟达第一款「科学级GPU」。?我们曾经在《特斯拉AP?#24067;?.0:马斯克不为人知的野望,他的芯片会攻陷IT界?》一文中讨论过为什么GPU更适合应用于自动驾驶,而Volta架构则是英伟达第一次专门为深度学习打造的。除了针对深度学习实验室推出的专业显卡之外,英伟达还将Volta架构应用于Drive系列产?#20998;校?#26500;建深度学习的完整生态系?#22330;?

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▲ Xavier主板

比如前两年的PX Xavier/AGX Xavier上面,就搭载了拥有512个核心的Volta架构GPU(GPU的核心并不能直接和CPU核心比?#24076;?#23436;整版Volta架构拥有5120个核心),即将于明年大规模装车的英伟达方案,全都是Volta架构驱动的。?自从Volta之后,英伟达就再也没有全面更新过GPU架构,目前英伟达消费级GPU采用的Touring图灵架构,本质上只是将Volta架构中负责深度学习的张量单元TPU换成光线追踪核心Ray Tracing Core。?

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直到2018年,有关英伟达下一代GPU架构Ampere(安培)的消息开始放出。截止到目前,电子领域几大主流国际媒体,包括台湾《电子时报》、德国《Computerbase》、《Igor’s lab》等也?#35745;毓?#36807;Ampere架构的消息。?目前较大概率可以确定的,是Ampere架构GPU将会采用7纳米工艺打造,性能和功耗控制都会领先特斯拉FSD目前采用的三星14纳米FinFET工艺。这也能够解释为什么英伟达宣称Orin可以用两倍的功耗(60-70W)实现7倍(200TOPS)的性能。?另外,Orin还支持多芯片并联的工作方式,一组两块Orin芯片可以各自外接英伟达下一代GPU芯片组成类似Pegasus的计算平台,最高可以提供2000TOPS的算力,英伟达称其可?#26376;?#36275;L5级别自动驾驶的运算需求。?

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针?#38405;?#20123;算力需求在L2级别的客户,英伟达还推出了Orin 4摄像头版和Orin S 单摄像头版,功耗只有40W/15W,价格相信?#19981;?#26356;低。而针对L3-L4级别需求,英伟达也有双路Orin芯片的方案,算力400TOPS,功耗130W。?相信大家也发现了,无论是CPU还是GPU,Orin似乎都采用了2020年级别的消费级技术,而车规级电子又是出了名的迟到,所以Orin到?#36164;?#20040;时候可以上车??英伟达给出的官方时间是:2022年——但这并不是重点,重点是,它能不能战胜特斯拉的FSD芯片?

■?对比特斯拉FSD:迟到3年可以超车吗?

上文我们已经知道了,Orin系列标准版单芯片性能参数是200TOPS,功耗约60-70W,双路版本是400TOPS,功耗130W,平均每TOPS功耗大概是0.325W。那么这个参数对比特斯拉FSD芯片来说如何??

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上图是特斯拉?#24067;?.0的主板图,上面焊接了两块FSD芯片。特斯拉称两块FSD芯片可以提供最高144TOPS的算力,而?#24067;?.0工作时的功耗大概在200W,平均每TOPS功耗大概是1.4W。?这么一看,Orin站在2022年的?#23884;齲?#25104;功地吃到了大量的时间红利,平均每TOPS功耗只有FSD芯片的四分之一。?然而,马斯克在今年FSD芯片发布会的时候?#36864;?#36807;,第二代FSD芯片大概会在两年后面世,性能大概是初代的3倍。假设功耗不变,那么FSD二代的平均每TOPS功耗将降低到0.46W,和英伟达Orin相差不大。?所以特斯拉真的追上了Tier1级别的芯片厂商吗??这里我们要说一说FSD芯片的工作机制——异步锁止。实际上我们只需要引用特斯拉芯片总工程师 Pete Bannon的一句话就可以了:「它们会确保只有在独立得出的结果相同时,才会行动并驾驶汽车,以确保安全」。?意思就是两颗FSD芯片会分别运算,然后将结果互相对比,完全一样之后才输出结果。这就意味着两个芯片不是并行计算,总算力的?#32933;?44TOPS,但真正得到利用的算力,应该极其接近72TOPS。?

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于是特斯拉FSD芯片的能耗表现,实际上不应该单纯通过算总算力评价。但正是因为特斯拉采用了异步锁止的运算方式,我们才认为他真正追上了芯片界的顶级思路。?英伟达Orin在发布的时候强调其通过了ASIL-D级别的安全认证,符合最?#32454;?#30340;车规级安全要求。而目前的Xavier则通过了ASIL-C级别的安全认证,可以通过?#24178;?#35745;」实现ASIL-D级别安全指标。?

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这种?#24178;?#35745;」叫做冗余。?ASIL等级越高,对系统的安全性要求越高,为实现安全付出的代价越高,意味着?#24067;?#30340;诊?#32454;?#30422;率越高,开发流程越?#32454;瘢?#30456;应的开发成本增加、开发周期延长。为了加速产品上市却又想凸显安全性能,厂家往往会通过相对?#22270;?#30340;安全认证,同时设计一套冗余系?#24120;?#22312;理论上可以实现更高级的安全性能。?对于马斯克来说,向消费者宣传ASIL认证并不重要(ASIL非强制认证),只要我真的能保证系统冗余就足够了。而FSD芯片的工作机制正好能在提供足够鲁棒性的同时,也不会丢失过多的性能。?当然,这篇文章没?#22411;?#27004;成特吹文,英伟达Orin的实力是毋庸置疑的,不仅能耗?#21364;?#24133;度提升,同时还给传统厂商提供了最高级的安全保证,组合并联也确保满足L5级别的运算要求。

作为智能汽车的绝对头部厂商,英伟达依然选择加速进步,这一点值?#27599;?#23450;。

■ 结语

我们其实并不认为特斯拉FSD芯片和英伟达Drive AGX系列会形成直接?#36203;?#20851;系。?

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首先,FSD芯片仅为特斯拉所用。拥有自研芯片能力的特斯拉基本不会再次和英伟达合作,而如果特斯拉想向其他汽车厂商销售芯片,那马斯克首先得说服全世界接受纯视觉自动驾驶路线。?其次,英伟达并不造车。作为供应链源头厂商,英伟达只需要保持芯片设计业务的先进性,便足以获取大量订单。?#38405;?#21069;的情况来看,德国的大众系、奔驰系和美国的通用,还有日本的丰田,都是英伟达的忠实合作伙伴,英伟达已经成为了?#29575;?#19978;的自动驾驶芯片头号供应商。

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如果说特斯拉走上了?#36824;?#24335;的一揽子工程道路,那么英伟达在芯片领域很明显是站在了?#21364;?#38470;博世更高的位置。两者殊途同归,却又分道扬镳。?英伟达深耕供应链的结果,我们已经能初见端倪。除了上文所说的国际一流主机厂,国内的出行公司和造车新势力也?#36861;准?#20837;了英伟达的朋友圈。在Orin发布会上大出风头的,就是宣布与英伟达合作研发无人出租车的滴滴出行。?

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此外,明年上市的小鹏P7,也将会是首批搭载Xavier芯片的智能电动汽车。?

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汽车电子领域当然必须把安全放在第一位,但自动驾驶技术需求的确也在肉眼可见地推动车规级芯片成长。至于这次英伟达说的L5级别自动驾驶能不能真的相约2022,也许反而没有技术的进步本身更值得我们欢呼。

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