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寶馬自動駕駛計算架構剖析：姍姍來遲的EyeQ5

2020-05-07 23:01:43·  來源：佐思汽車研究  作者：周彥武  
　
Mobileye或者說英特爾的EyeQ5第一次宣布是在2016年5月，當時宣稱2018年有工程樣片，2019年量產(chǎn)。2017年12月，英特爾收購Mobileye后宣布2020年量產(chǎn)。而英偉達的Xa
Mobileye或者說英特爾的EyeQ5第一次宣布是在2016年5月，當時宣稱2018年有工程樣片，2019年量產(chǎn)。2017年12月，英特爾收購Mobileye后宣布2020年量產(chǎn)。而英偉達的Xavier在2016年9月透露，2017年3月宣布與博世合作開發(fā)自動駕駛控制器盒子，2018年1月CES大會上正式宣布，2018年6月即量產(chǎn)。
 
顯然，在2016年底，應該就有了Xavier的工程樣片。2019年英特爾宣布EyeQ5在2021年3月量產(chǎn)，而采用Xavier的量產(chǎn)車小鵬P7已經(jīng)上市了，即便一切順利，采用EyeQ5的量產(chǎn)車也要到2022年上市了。第一輛采用EyeQ5的車是寶馬的iNext。
 
英偉達主要合作伙伴是博世、ZF、沃爾沃、奔馳、奧迪、豐田。英特爾主要合作伙伴是寶馬、蔚來。在2019年中期，安波福、奧迪、百度、寶馬、大陸集團、戴姆勒、菲亞特克萊斯勒、Here、英飛凌、英特爾和大眾這11家企業(yè)組成的聯(lián)盟發(fā)表了一份白皮書（自動駕駛安全為先，Safety First For Automated Driving，SaFAD）。在2020年2月，日本豐田、電裝、法雷奧、馬自達和日產(chǎn)與SaFAD聯(lián)盟也舉行了聯(lián)合會議。
 
SaFAD聯(lián)盟正在主導一項ISO標準，即ISO Draft Technology Report(DTR) 4804。試圖打造一個取代ISO26262的自動駕駛行業(yè)標準。ISO 4804標準的主席是寶馬自動駕駛最重要（Principal）的專家Simon Fürst，4月底，EE時代對Simon Fürst進行了采訪，https://www.eetimes.com/unveiled-bmws-scalable-av-architecture/，透露了眾多有關寶馬自動駕駛計算系統(tǒng)的信息。
 
上圖為寶馬智能駕駛硬件系統(tǒng)路線圖，實際這個路線圖早在2017年初就已經(jīng)制定，寶馬當時已決定和英特爾（Mobileye）合作。寶馬的邏輯是盡可能最大化復用研究成果，降低研發(fā)成本，模塊化設計，可靈活添加或刪除。
 
按照這副圖，我們可以看出寶馬的基本模塊是L1級使用EyeQ4加英飛凌的Aurix MCU。L2使用英特爾的denverton 雙核CPU加EyeQ5加兩片英飛凌的Aurix MCU。一般來說L3系統(tǒng)不設Fallback，但寶馬還是增加了一套Fallback（完全獨立，包括電源和線控執(zhí)行系統(tǒng)），寶馬的L3的Fallback系統(tǒng)就是L2系統(tǒng)。L4系統(tǒng)也是如此。而L3的主系統(tǒng)是一片CV版的EyeQ5和一片開放版高端EyeQ5，加兩片英特爾denverton的8核CPU。英飛凌的Aurix MCU當然還在。傳感器方面則增加一個前向激光雷達，應該是法雷奧Scala二代。L4用一個24核的至強處理器代替L3的兩片8核處理器，又增加一片開放版高端EyeQ5。傳感器方面增加側方和后方激光雷達。
 
L2系統(tǒng)稱之為mPAD，L3為hPAD，L4為uPAD。在2018年底寶馬曾經(jīng)公開展示過這些控制器盒子。L3和L4系統(tǒng)都是水冷。
 
上圖為安波福為寶馬打造的mPAD
 
上圖為mPAD內(nèi)部拆解圖，英特爾CPU在背面
不過按照采訪Simon Fürst的文章，則和寶馬提供的路線圖大相徑庭。Theplatform’s baseline uses Infineon’s Aurix and Renesas’ R-CAR SoCs to optimize its application in stereo front cameras.按照文章里所說的，寶馬智能駕駛的基本系統(tǒng)是瑞薩的H3加V3H構成的前向立體雙目系統(tǒng)。而在路線圖里瑞薩的H3加V3H只是自動泊車部分。
 
眾所周知，寶馬自2018年似乎放棄了立體雙目，全面轉向三目系統(tǒng)。這讓人非常疑惑。有幾種可能，第一種，采訪文章完全是錯的，路線圖是對的。第二種，采訪文章是對的，路線圖錯了，但錯誤不多，寶馬結合了EyeQ5的三目和瑞薩的立體雙目，寶馬又重走立體雙目的回頭路了。第三種，采訪文章和路線圖都是錯的，寶馬沒說實話。感覺第二種的可能性大一點，寶馬在立體雙目上雖不如奔馳那樣技術深厚，但也算有不錯的積累。不過第一種的可能性也存在，Mobileye一直強調單目也可以做到立體雙目的深度計算，完全可以取代雙目，Mobileye系統(tǒng)里使用雙目可能性很低。
 
寶馬L3/L4智能駕駛軟件架構
 
寶馬L3/L4主系統(tǒng)計算路徑，F(xiàn)allback系統(tǒng)監(jiān)督主系統(tǒng)，當?shù)弥飨到y(tǒng)計算的路徑會發(fā)生事故或碰撞時，F(xiàn)allback系統(tǒng)會切換為主系統(tǒng)，主系統(tǒng)使用人工智能的非確定性算法，F(xiàn)allback系統(tǒng)使用經(jīng)典的確定性算法來保證安全。Simon Fürst認為大部分地方ASIL B級即可，D級只用在極少地方。對于感知，寶馬認為關鍵不是探測目標，而是預測目標的移動軌跡并根據(jù)軌跡計算出可行使空間。這些恰恰是激光雷達和雙目最擅長的（光流法）。
 
對于軌跡規(guī)劃，寶馬主要依靠激光雷達估算道路曲率，激光雷達制作的地圖也可以提供曲率，卡迪拉克的超級巡航就是如此，激光雷達高精度地圖也有助于定位，Simon Fürst對Mobileye推崇的視覺定位REM只字未提。
 
對于傳感器融合，Simon Fürst不以為然，他認為傳感器融合目前只是科研階段，遠未到實用階段，這與特斯拉觀點一致，特斯拉就是純視覺系統(tǒng)，沒有傳感器融合。The industry still needs to build a fundamental understanding on howdifferent algorithms should apply to different sensor modalities.傳感器融合目前對性能提升微乎其微，有時可能更多漏報，安全性反而降低，但成本和復雜度都大幅度增加。
 
寶馬智能駕駛安全等級
拋開是否雙目的難題，我們來看英特爾的CPU，denverton是英特爾在2016年下半年推出的邊緣計算Atom C3XXX系列CPU，采用14納米工藝，代號為“Denverton”和“Denverton-NS”。C3XXX系列分三個目標市場，一個是服務器和云存儲，一個是網(wǎng)絡與企業(yè)存儲，最后一個是IoT。C3XXX系列沒有針對車載的產(chǎn)品，英特爾車載Atom是A39X0系列。不過IoT系列最高運行溫度85度，勉強可算車規(guī)。所以寶馬使用水冷而不敢用自然冷卻。
 
自從特斯拉對車規(guī)不屑一顧后，傳統(tǒng)車廠也有所動搖，EyeQ5未通過功能安全認證，Xavier申請功能安全認證已經(jīng)超過兩年，但目前官方還只能說Target。所以用C3XXX系列也不奇怪。顯然雙核Denverton是C3308，8核是C3708。
 
C3XXX系列平臺內(nèi)部框架圖
寶馬為何要采用非車載應用的C3XXX系列芯片，主要是看重C3XXX的以太網(wǎng)MAC和交換功能，C3XXX系列針對的目標市場主要就是CPE。
 
圖為C3XXX系列的LAN控制器部分，雙核也有4個2.5G的AMC，8核則有4個10G的MAC。在L3/L4計算系統(tǒng)里，除了主芯片，最貴的就是以太網(wǎng)絡交換芯片，如果端口較多且多10G級別，性能強大，以太網(wǎng)絡交換芯片價格可能超過EyeQ5這樣的主芯片。C3XXX系列CPU用的好的話，傳感器不多的話，可以不用昂貴的以太網(wǎng)絡交換芯片。當然Phy物理層還是少不了的，英特爾產(chǎn)品線齊全，以太網(wǎng)絡交換和物理層芯片都有，但都沒有車規(guī)版的。
 
至于24核的至強處理器選擇范圍很窄，大部分24核至強處理器功耗都在160瓦以上，標準零售價都在4500美元以上，寶馬只能選擇至強金牌6262V，功耗是24核至強里最低的，只有135瓦，標準零售價2900美元。不過英特爾在2020年4月剛剛推出的針對5G服務器的Atom P5962B也可以，這是首款基于10nm制程和新的Tremont架構的Atom處理器，最高運行溫度為85度，勉強達到最低級車規(guī)級別。功耗參數(shù)未提供，預計80瓦左右。
 
R-CAR V3H推出于2018年2月，2019年3季度量產(chǎn)。內(nèi)含4個A53內(nèi)核，一個Cortex-R7@0.8GHz內(nèi)核，也達到了ASIL B級別。
 
瑞薩使用三種加速器，一種是基于管線引擎的IMP-X5加速器，它擁有用于固定功能的流水線計算，近似于GPU。也有電腦視覺引擎CVE，采用可編程的電腦視覺引擎將浮點運算降至最低。另一種是硬核加速器，包括針對雙目的立體視差和光流。還有一個聚類器。最后是一種類似多核DSP的CNN加速器。總性能達到426GMAC，也就是每秒4260億次乘積累加，功耗僅為0.3瓦。
 
瑞薩產(chǎn)品規(guī)劃第四代R-CAR大約在2023年量產(chǎn)，而V3U也是第四代產(chǎn)品，預計將在2022年量產(chǎn)，這是一款12納米芯片。瑞薩表示12nm工藝R-Car SoC V3U的AI性能可以達到6.0TOPs/W，遠高于英偉達的Xavier平臺和Mobileye的EyeQ5平臺。
 
瑞薩V3H已經(jīng)慢慢建立了自己的生態(tài)系統(tǒng)。在初創(chuàng)公司領域有韓國的Stradvision、以色列Cortica和加拿大的Leddar tech合作伙伴。Stradvision是韓國現(xiàn)代和LG投資的初創(chuàng)企業(yè)，早在瑞薩開發(fā)V2H時已經(jīng)和瑞薩合作，順便提一下，日產(chǎn)號稱L3的用于天籟（北美型號是Skyline）的 ProPILOT 2.0就使用了瑞薩的RH 850和V2H，當然主芯片還是Mobileye的EyeQ4。系統(tǒng)由日立提供。
 
初創(chuàng)公司外，瑞薩主要與博世和海拉合作。同時V3H也有望取代日立的雙目ASIC。
 
博世寄予厚望的下一代主前視覺系統(tǒng)MPC3內(nèi)置了瑞薩的V3H。于2019年底量產(chǎn)，已經(jīng)獲得大眾和奧迪的訂單。除傳統(tǒng)深度學習外，還有基于光流的非模型算法，能夠預測目標運動軌跡。對運動目標敏感度高，260萬像素，幀率達每秒45幀，比30幀更安全可靠，能夠適應LED燈的閃爍現(xiàn)象，能夠適應復雜的環(huán)境。明確表示達到ASIL-B級，是使用深度學習系統(tǒng)中唯一能夠達到ASIL-B級的攝像頭。因為V3H是唯二已經(jīng)拿到ASIL-B級認證的芯片，而不是正在申請功能安全認證（大部分都是寫Target），Mobileye是沒有功能安全認證的。
 
寶馬的自動駕駛安全性遠超特斯拉FSD。但馬斯克搞SpaceX，全球星鏈，移民火星，儼然一位科技教主，在全球范圍內(nèi)贏得眾多鐵桿粉絲，公眾對其自動駕駛安全性寬容度極高，即使事故頻發(fā)、頻繁降價、減配等也絲毫無損特斯拉和馬斯克神一般的地位。可以說除特斯拉外的車廠安全性需要高特斯拉10倍才能被認同。 
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