自動(dòng)駕駛的“最強(qiáng)大腦”：NVIDIA Drive PX到Xavier的演進(jìn)

本文作者：吳德新

2017-05-22 19:18

導(dǎo)語：Drive PX是NVIDIA專門針對(duì)自動(dòng)駕駛的產(chǎn)品線，Xavier又是Drive PX家族中最高階的計(jì)算機(jī)。

Drive PX是NVIDIA專門針對(duì)自動(dòng)駕駛的產(chǎn)品線，Xavier又是Drive PX家族中最高階的計(jì)算機(jī)。

Xavier最早于2016年GTC Europe上被公開，到2017年CES上黃仁勛第一次對(duì)外展示了Xavier的樣機(jī)，而在剛剛落幕的硅谷GTC上，官方又展示了從Drive PX2到Xavier，從端到云的完整自動(dòng)駕駛計(jì)算平臺(tái)規(guī)劃。

NVIDIA Drive PX是在移動(dòng)芯片Tegra家族的基礎(chǔ)上搭建起來的。Tegra在一開始就提供了傳統(tǒng)車載計(jì)算平臺(tái)所不具備的高性能和高能效，因而為輔助駕駛和自動(dòng)駕駛的開發(fā)提供了可能，而經(jīng)過從Maxwell - Pascal - Volta 三代架構(gòu)和工藝的優(yōu)化，Drive PX系列在針對(duì)深度學(xué)習(xí)的訓(xùn)練和推理上日益精進(jìn)。加上與全球各地技術(shù)團(tuán)隊(duì)、Tier 1以及車企的自動(dòng)駕駛開發(fā)實(shí)踐，NVIDIA在初代Drive PX的基礎(chǔ)上又形成了一套從傳感器融合、高精地圖的生成和定位、司機(jī)行為檢測(cè)、駕駛態(tài)勢(shì)感知在內(nèi)的一系列軟硬件配置方案。

可以說到GTC 2017，NVIDIA真正完成了自動(dòng)駕駛計(jì)算平臺(tái)的完整布局，它與ZF、Bosch深度綁定，并且與Tesla和Audi有了明確量產(chǎn)自動(dòng)駕駛汽車的時(shí)間線。對(duì)外，NVIDIA用了2年時(shí)間從一家提供圖形計(jì)算芯片的公司變成目前推動(dòng)自動(dòng)駕駛商業(yè)化鏈條中最重要的公司。

在移動(dòng)芯片Tegra基礎(chǔ)上搭建的自動(dòng)駕駛超級(jí)計(jì)算機(jī)

2015年CES上，NVIDIA一下子發(fā)布了2款車載計(jì)算機(jī)：用于自動(dòng)駕駛開發(fā)的Drive PX和用于數(shù)字化座艙開發(fā)的Drive CX。

NVIDIA對(duì)這兩款產(chǎn)品的設(shè)想是，借助Drive PX，汽車可以運(yùn)用深度學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)視覺形成對(duì)環(huán)境的感知理解，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航、自動(dòng)泊車這樣的功能；而Drive CX除了支撐車載信息系統(tǒng)需要的圖形計(jì)算外，還會(huì)通過對(duì)車內(nèi)和車身周圍360度影像的處理提供導(dǎo)航和駕駛行為檢測(cè)。

值得注意的是Drive PX和Drive CX的內(nèi)核都是基于Maxwell架構(gòu)的Tegra X1 SoC（Drive CX還有一個(gè)可選配置是Tegra K1 SoC）。初代Drive PX集成了2顆Tegra X1，最高能支持12路高清圖像輸入，每秒最高能處理13億顆像素點(diǎn)，而Drive CX則是整合了一顆Tegra X1/K1，最高能驅(qū)動(dòng)多個(gè)屏幕上總計(jì)1680萬像素點(diǎn)。

實(shí)際上，Tegra家族被應(yīng)用到車載系統(tǒng)已經(jīng)由來已久。Tesla Model S和Model X上的中控大屏都是Tegra SoC驅(qū)動(dòng)的，而Audi 2012年就宣布將采用Tegra 3作為車載信息娛樂系統(tǒng)和數(shù)字儀表的中央處理器并陸續(xù)部署到了后來旗下的全系車型內(nèi)。

Tegra SoC讓NVIDIA很早就進(jìn)入了Tesla、Audi、BMW、BENZ等一批頂級(jí)車企的供應(yīng)商體系，而從Tegra開始NVIDIA也建立了符合ISO 26262 ASIL汽車級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)線。

相比于獨(dú)立的Tegra SoC，Drive PX和Drive CX帶來的變化則是NVIDIA希望通過系統(tǒng)集成的方式提供一站式的智能駕駛計(jì)算平臺(tái)解決方案。

Drive PX2，從車載超級(jí)計(jì)算機(jī)到自動(dòng)駕駛生態(tài)

“自動(dòng)駕駛所需要的計(jì)算力，是過去任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)都沒有達(dá)到過的。”黃仁勛后來在公開場(chǎng)合一遍遍重復(fù)講道，這也是Drive PX系列追逐的方向。

自動(dòng)駕駛的“最強(qiáng)大腦”：NVIDIA Drive PX到Xavier的演進(jìn)

2016年，Drive PX2 VS. 百度無人車當(dāng)時(shí)搭載的計(jì)算機(jī)

第二年的CES上，NVIDIA發(fā)布了第二代自動(dòng)駕駛超級(jí)計(jì)算機(jī)Drive PX2。Drive PX2的核心從上一代Maxwell架構(gòu)的Tegra X1更新到Pascal架構(gòu)的Tegra Parker，整體性能從上一代的2.3 teraflops（每秒萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算）提升了至少十倍，達(dá)到 24 teraflops。

據(jù)雷鋒網(wǎng)新智駕所知的數(shù)據(jù)，初代Drive PX大約吸引了50家左右的開發(fā)者，到2016年8月隨著Drive PX2推出，這個(gè)數(shù)字變成了80多家，再到2017年5月開發(fā)者數(shù)量繼續(xù)增加到200多家。大部分主流車企和Tier 1都在早期開始了Drive PX平臺(tái)上的試驗(yàn)和開發(fā)，后期推動(dòng)開發(fā)數(shù)量快速增長(zhǎng)的更多的是中小型的技術(shù)公司。

在性能提升之外，Drive PX2與初代產(chǎn)品最大的差異是NVIDIA跟車企、Tier 1和技術(shù)公司們花了一年多時(shí)間搭建了一套完整的自動(dòng)駕駛技術(shù)架構(gòu)DriveWorks，一套從云端服務(wù)器和超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行大規(guī)模訓(xùn)練、在車載計(jì)算機(jī)上進(jìn)行小型模型的訓(xùn)練和推理的硬件框架，一套包含物體/行人/車輛檢測(cè)、高精地圖生成、定位、路徑規(guī)劃等能力在內(nèi)的軟件參考解決方案/SDK。

自動(dòng)駕駛的“最強(qiáng)大腦”：NVIDIA Drive PX到Xavier的演進(jìn)

云端+本地配合的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練平臺(tái)

自動(dòng)駕駛的“最強(qiáng)大腦”：NVIDIA Drive PX到Xavier的演進(jìn)

NVIDIA DriveWorks目前提供的SDK

2016 - 2017年，Drive PX2也逐步分化成3個(gè)版本：

Drive PX2 for AutoCruise，搭載一顆Tegra Parker，主要支持高速公路自動(dòng)駕駛和高精地圖繪制的計(jì)算；
Drive PX 2 for AutoChauffeur，搭載2顆Tegra Parker和2顆獨(dú)立的Pascal架構(gòu)GPU，支持點(diǎn)到點(diǎn)的自動(dòng)駕駛；
Drive PX 2 for Fully Autonomous Driving，由多套Drive PX2組成的計(jì)算矩陣。

這3個(gè)版本也說明，基于Pascal架構(gòu)和Tegra SoC的Drive PX2是具有一定定制空間的。

2016年10月中旬之后Tesla量產(chǎn)的每一臺(tái)Model S和Model X都會(huì)搭載一塊Drive PX2，這塊Drive PX2也是兩家一起定制的。

商業(yè)落地的一大步：ZF、Bosch和Delphi

2016年9月的GTC Europe上，NVIDIA對(duì)外公布了比Drive PX2更高階的Xavier，到次年CES黃仁勛展示了Xavier的樣機(jī)?；赩olta架構(gòu)的Xavier把“性能/功耗”做到了1 terflops/watt。不過Xavier到2017年Q4才會(huì)向客戶小批量提供樣機(jī)。從黃仁勛最近的兩次公開演講看，Xavier似乎還在持續(xù)改進(jìn)（Xavier最初公布的性能是20 terflops/20 watt，到GTC 2017已經(jīng)是30 terflops/30 watt ）。

黃仁勛在BCW 2017（Bosch Connect World）上說“NVIDIA今年會(huì)提供能夠支撐L3自動(dòng)駕駛的技術(shù)，到明年底將提供L4自動(dòng)駕駛能力的技術(shù)”。前者指的就是穩(wěn)定量產(chǎn)的基于Drive PX2的方案，而后者指的自然是Xavier。

2017年，NVIDIA率先宣布與ZF合作量產(chǎn)基于Drive PX2的車載自動(dòng)駕駛系統(tǒng)ZF ProAI：

將基于Drive PX2 AutoCruise的配置，第一款產(chǎn)品叫做ZF ProAI for highway automated driving（顧名思義，主要用于高速公路的自動(dòng)巡航）；
支持?jǐn)z像頭、激光雷達(dá)、超聲波傳感器、雷達(dá)等多傳感器融合，支持V2X；
適用于乘用車、貨車以及叉車等工業(yè)用車。

隨后到今年3月份，NVIDIA又聯(lián)合Bosch推出Bosch AI Car Computer：

Bosch AI Car Computer基于Drive PX Xavier設(shè)計(jì)和制造，將為L(zhǎng)evel 4的自動(dòng)駕駛提供計(jì)算能力。

而在ZF和Bosch之前，還有一家Tier 1更早布局了基于NVIDIA SoC的自動(dòng)駕駛計(jì)算機(jī)——Delphi。

2015年3月份，Audi對(duì)外公布了駕駛輔助中央控制器zFAS，zFAS正是基于NVIDIA Tegra K1 SoC，并且集成了Mobileye的視覺專用芯片EyeQ3。這一中央控制器也是Audi聯(lián)合Delphi、NVIDIA、Mobileye以及TTTech一同開發(fā)的，其中NVIDIA和Mobileye分別提供計(jì)算平臺(tái)的IP，TTTech負(fù)責(zé)車載以太網(wǎng)等聯(lián)網(wǎng)解決方案，設(shè)計(jì)整合由Audi和Deliphi完成，最后交由Delphi來生產(chǎn)。因?yàn)橛辛藌FAS，Audi A8L目前也是“全球第一款量產(chǎn)的L3級(jí)別自動(dòng)駕駛車型”最有力的競(jìng)爭(zhēng)者。

不過有意思的是，在準(zhǔn)備zFAS量產(chǎn)的同時(shí)，Delphi和Mobileye還共同研發(fā)了一套中央感知定位規(guī)劃自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（CSLP），這是一套面向OEM開放的turnkey的自動(dòng)駕駛感知與計(jì)算解決方案，計(jì)劃的量產(chǎn)時(shí)間是2019年。CSLP集成了Mobileye的EyeQ4/Q5以及REM系統(tǒng)，同時(shí)Delphi整合了收購Ottomatika之后積累的軟件算法。CSLP在公布之初并沒有明確會(huì)使用何種平臺(tái)作為主要的計(jì)算平臺(tái)，不過在CES 2017上Delphi工程師告訴雷鋒網(wǎng)新智駕他們正在測(cè)試不同的Intel平臺(tái)的處理器，晚些的信息也驗(yàn)證了Delphi將聯(lián)合寶馬、英特爾、Mobileye共同研發(fā)量產(chǎn)高度自動(dòng)駕駛解決方案，這是后話。

從zFAS（Tegra K1內(nèi)核）到ZF ProAI到Bosch AI Car Computer，恰好是NVIDIA Maxwell - Pascal - Volta 3代架構(gòu)的演進(jìn)，也是初代Drive PX到Xavier的進(jìn)階之路。

NVIDIA通過跟Delphi、ZF、Bosch的緊密開發(fā)合作，完整布局了各個(gè)級(jí)別自動(dòng)駕駛所需要的計(jì)算平臺(tái)，并且摸清了OEM和Tier 1在自動(dòng)駕駛開發(fā)中所需要的工具和服務(wù)。作為一家計(jì)算平臺(tái)提供商，NVIDIA真正從一家汽車電子“局外人”變成了自動(dòng)駕駛的“最強(qiáng)大腦”。

附上：從初代Drive PX到Xavier的工程之美

自動(dòng)駕駛的“最強(qiáng)大腦”：NVIDIA Drive PX到Xavier的演進(jìn)