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地平线:“算力大”还是“算得快”?探索自动驾驶芯片的未来方向

2023/04/14
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在汽车行业中,自动驾驶技术被认为是未来汽车的重要发展方向。而地平线公司则是这个领域中的领军企业,他们致力于将人工智能技术应用于汽车驾驶领域,并成为了全球领先的自动驾驶芯片供应商之一。2023年4月6日下午,地平线举办了技术开放日活动,主题为「一路征程,胜算在5」。活动邀请了地平线联合创始人兼CTO黄畅博士和地平线副总裁兼软件平台产品线总裁余轶南博士作为嘉宾,共同探讨公司在智能驾驶领域的最新技术进展。与非网也作为受邀媒体参加了此次开放日活动。

2020年,地平线正式开启中国汽车智能芯片的前装量产元年,实现从0到1的突破。时至今日,地平线征程芯片累计出货量已突破200280万片,成为中国最大规模前装量产的车载智能芯片公司,与超过20家车企签下了超过70120款车型前装量产项目定点。目前,地平线已同多家主机厂及Tier1达成深度合作,快速搭建开放共赢的智能汽车芯生态。

地平线公司不仅在国内市场取得了显著成绩,还与国际车企建立了深度战略合作,覆盖中汽协公布的销量排名前十的中国车企和主流新势力车企等。通过开放共赢的战略,地平线将自身技术和产品转化为智能汽车产业生态合作伙伴的商业价值。目前已连接100多家生态合作伙伴,形成了繁荣的软硬件生态阵容,面向高阶智能驾驶全场景落地,开放满足车企的差异化量产需求。

地平线征程系列的不同产品定位

地平线联合创始人兼CTO黄畅博士

黄畅博士对与非网记者介绍,地平线的产品线主要包括征程®2、征程®3和征程®5三款车载智能芯片,分别满足不同级别的自动驾驶需求。

征程2是中国首款车规级智能芯片,搭载高性能的BPU®伯努利1.0计算架构,能够高效灵活地处理多类智能任务,对多类目标进行实时检测和精准识别,为ADAS视觉感知、视觉建图定位以及座舱DMS等智能驾驶场景提供支持。征程®2实现了中国车规级智能芯片前装量产的突破,广泛应用于ADAS视觉感知、视觉建图定位以及座舱DMS等智能驾驶场景。

征程3则是业内首款支持行泊一体L2+ADAS场景,并在国内率先实现规模化量产的车载智能芯片,是地平线基于自研的BPU®伯努利2.0架构,符合AEC-Q100车规级标准。

征程5是高性能、大算力高等级智能驾驶专用芯片,是国内首款量产级百TOPS大算力车规级智能芯片,能够高效支持如BEV等领先智能驾驶算法模型的应用部署。

据介绍,这三款产品目前定位有所区分,其中征程3芯片提供“丰俭由人”的算力方案,面向10-25万经济车型,推动性价比域控快速落地。生态伙伴已基征程3打造出多款的量产级行泊一体域控方案。征程5则面向中高端的新能源车型,专为高等级智能驾驶打造,。征程5芯片单颗算力128TOPS,原生支持BEV等先进算法,最多支持16路摄像头感知计算,支持激光雷达等多传感器融合感知。基于征程5芯片打造的行泊一体域控方案,超越同级配置,开放上层应用差异化开发和软件OTA升级,助力车企打造更领先、更具差异化的人机共驾产品。

值得一提的是,征程5已获得超过10个车型的前装定点,并在2022年完成了10万+的出货。除了算力领先之外,征程5芯片还利用了先进的技术和算法,如DETR物体检测算法和Transformer模型,在物体检测和跟踪方面取得了非常好的成果。征程5的引擎和数据流动考虑了能效和灵活性,整合这些元素使得在架构上能够对性能和功耗进行更细颗粒度的实时调控,进一步提升了芯片的性能和能效比。

地平线科技团队的深入研究和创新在征程5芯片的研发过程中发挥了关键作用,采用了诸如片状存储容量的增大和数据排布的转换引擎等先进芯片架构和优化技术,进一步提升了芯片的性能和能效比。在高速NOA等自动驾驶技术的应用场景下,征程5芯片已经证明了其优越性能。在算力和能耗方面,征程5也达到业内领先水平。征程5芯片作为地平线科技的核心产品,在自动驾驶领域具有显著的竞争优势。凭借其出色的性能、稳定性和能效比,征程5为智能汽车提供了坚实的技术基础,助力汽车行业实现从传统驾驶到自动驾驶的转型升级。

在NOA域控芯片领域,地平线如何做到市场第一?TOP?

在具体应用案例上,单颗征程5芯片就可以支持实现流畅的高速NOA功能(点对点领航辅助驾驶)。地平线与理想汽车仅用了不到一年就在理想L8上落地了AD Pro系统,支持预测、规控等高阶智能驾驶算法,实现高速NOA功能。征程5还支持面向城区NOA的大模型算法落地,在100%自主研发的BPU贝叶斯架构支撑下,满足各种自动驾驶场景下所需的170多种不同算子。

去年至今,NOA(点对点领航辅助驾驶)功能量产上车热度不断升温。标配智驾域控制器芯片市场份额榜单显示,地平线占49.05%,英伟达占45.89%,合计近95%。换言之,中国市场每2台NOA新车,一台搭载地平线芯片,另一台搭载英伟达芯片。

英伟达Orin芯片作为中高端新能源车标配,占45.89%市场份额。地平线作为国产芯片公司,2020年实现量产突破,2022年市场份额超越英伟达。准确地说,地平线在智能驾驶细分市场——NOA功能的标配域控芯片市场份额超越英伟达。虽然NOA功能仍处早期阶段,2022年前装搭载率仅1.06%,但地平线的市场份额第一意义重大。随着L0-L2 ADAS功能渗透率提升,L2+的NOA成为车企差异化技术营销主力。

基于领先的国产智能芯片及完善的开发平台,地平线吸引了众多Tier 1伙伴共同推动NOA量产落地。轻舟智航、小马智行、福瑞泰克等推出基于征程芯片的NOA方案。轻舟智航发布基于单地平线征程5芯片的城市NOA方案,“高速+城市”NOA在上海完成复杂道路场景挑战,证明成熟度和稳定性达到量产水平。

博越L搭载福瑞泰克基于征程3芯片打造的ADC20域控。比亚迪、大众集团合作为地平线争夺2023年NOA智驾域控芯片市场份额第一奠定基础。各家Tier 1基于征程芯片的NOA方案将在2023年陆续量产。预计小马智行基于征程5芯片的高速NOA解决方案、城区NOA整体方案上市;福瑞泰克基于3颗征程5芯片的ADC30高性能域控、禾多科技基于2颗地平线征程3芯片的HoloArk 1.0等NOA软硬件解决方案将量产。预测2025年NOA前装标配搭载量超380万辆,渗透率超17%。在NOA全面爆发前夜,地平线占据优势地位。

下一代BPU架构纳什将有哪些提升?

相比竞争对手,地平线的核心竞争力之一是自主设计研发的智能计算架构BPU(Brain Processing Unit),具有高性能、低功耗、低成本等优势。此外,地平线智能计算开发平台基于征程5,包含芯片开发套件、硬件参考设计、软件开发平台等,使生态伙伴快速部署智能驾驶算法应用。

BPU是地平线自主设计研发的创新性智能计算架构,具有高性能、低功耗、低成本等优势,可将算法集成在智能计算平台上,提供设备端上软硬结合的智能计算解决方案。贝叶斯是地平线推出的最新一代第三代智能计算架构,专为高等级智能驾驶应用打造,具备高性能、低能耗、低延迟的特点,凝聚了对深度学习和智能驾驶场景的深度洞察。此外,地平线智能计算开发平台基于征程5打造,包含芯片开发套件、量产级硬件参考设计、软件开发平台和参考算法等,生态伙伴能够在地平线的芯片上快速部署智能驾驶算法应用,开发差异化产品方案,抢占市场先机。

地平线正在研发名为纳什的下一代BPU架构,相对于征程5芯片的BPU有显著改善。纳什采用了更深层次的存储架构体系,同时提升了计算阵列规模,从而进一步提升了峰值算力。此外,纳什还增强了数据排布的转换引擎和加入了高性能的浮点加速单元,从而使得算法的精度和可验证性都得到了很好的提升。另外,地平线科技的引擎兼数据流动也考虑了能效和灵活性。数据排布的转换引擎大幅增强,能更好地应对新形态算法,如以Transformer为代表的算法对于数据的data layout进行更灵活、高效的转换需求。这是非常重要的,因为在整个Transformer算法中有大量的数据操作,这可能会形成计算架构的瓶颈。同时,地平线还首次加入了一个高性能的浮点加速单元,使得算法的精度和可验证性都得到很好的提升。

智能计算的新摩尔定律是什么?

软件定义汽车是智能化和网联化的前提,让汽车具有更高的智能度和灵活性。通过车载操作系统和算法引擎等关键技术,实现汽车功能的升级和扩展。开放协作生态是实现软件定义汽车的关键。

地平线提出了“智能计算的新摩尔定律”,将芯片架构与神经网络或深度学习算法进行良好匹配,实现“软硬协同创新”。地平线采用这种技术路径,提升芯片算力、成本效益、安全性和舒适性,以应对智能驾驶领域不断增长的算力需求。

以征程5芯片为核心,地平线构建了开放、易用的智能计算开放平台,为自动驾驶等高级智能驾驶开发提供全流程支持。地平线副总裁兼软件平台产品线总裁余轶南指出,随着智能汽车技术的不断演进,OTA升级和软件定义汽车将带来新的可能性。消费者可以不再需要购买新的汽车,就能获得更高级别的智能驾驶功能。

地平线的软硬协同创新理念和技术路径,将为智能驾驶领域带来更多突破和进步,推动智能化落地的进程加速。地平线已成为中国市场推进智能化落地的首选合作伙伴。在“软硬协同创新”方面,地平线不断优化算法和硬件架构,从而不断提高芯片的效率和性能。

软件定义汽车是智能化和网联化的前提,让汽车具有更高的智能度和灵活性。通过车载操作系统和算法引擎等关键技术,实现汽车功能的升级和扩展。地平线以征程5为核心打造开放、易用的智能计算开放平台,为高等级自动驾驶开发部署提供全流程支持,并以此构成开放的生态平台,赋能更多合作伙伴实现机器智能的应用落地。

自动驾驶芯片为何不能“唯算力论”?

据余轶南介绍,自动驾驶市场分为一体机、芯模一体、高速NOA和城市NOA四层次。目前需求以芯模一体和高速NOA为主。未来可能演化为高、中、低分层全场景市场。安全性和舒适性等需求使得算力被堆积,但TOPS指标不能完全代表实际效率。实用指标为FPS,综合考虑算法、软件和硬件。自动驾驶安全性和用户体验将得到提升,算力价格降低。

余轶南认为,自动驾驶市场将在未来十年内转向低算力、中算力和高算力的全场景市场。硬件价格将降低,市场中出现更多全场景自动驾驶产品。双TDA4和征程3+TDA4方案算力约为15-20tops,但在压缩成本的情况下可能不够安全。50-100tops的算力范围内将出现更好的自动驾驶产品。随着芯片集成度、算力密度提高和传感器成本降低,整体成本将快速下降,预计明年年底50-100tops的产品将进入市场。

针对目前业界对于自动驾驶芯片“唯算力论”的观点,余轶南认为合适的硬件和软件系统匹配才能发挥最佳智能化效果,综合实力才是衡量智能芯片的最重要因素。事实上,此前地平线副总裁兼智能汽车事业部总裁张玉峰在接受媒体采访时就批评了“唯算力论”,他认为单一TOPSCPU性能指标不能代表全部。性能背后是用户价值,没有用户价值的价格优势是没有意义的,需结合起来思考。

事实上,FPS(即每秒准确识别帧率)已经开始被越来越多的AI 芯片企业和智能驾驶头部车企采用。马斯克在2019 年提到,特斯拉FSD 芯片算力为72 TOPS,是英伟达Drive PX2的 3倍,但在进行自动驾驶任务时其FPS 却为后者的21 倍!仅从TOPS 看,可能会做出与实际表现偏离7倍的误判! 仅有128TOPS算力的征程5,架构与算法优化后,在进行自动驾驶任务时其FPS 却高达1531,且具有30W超低功耗。

在自动驾驶芯片领域,算力是关键之一,但算法也很重要,在计算架构领域,地平线公司不断推进着技术的演进。从征程5到下一代的BPU架构纳什,地平线公司在存储架构、整个计算的阵列规模、数据排布的转换引擎、高性能的浮点加速单元等方面做出了显著改善,从而在未来3-5年时间里,仍然在最先进的包括Transformer、GPT这类算法,同时兼顾传统的卷积的类型算法的仍然在快速发展很混合的行业里占据非常领先的地位。

地平线为何要开放IP授权模式?

为了在市场中保持竞争优势,地平线始终保持着非常开放的态度,不断探索更多的合作模式和商业模式,。例如像英伟达一样提供一个计算平台,把操作系统这方面也开放出来和伙伴一起共建。

地平线积极探索合作模式及商业模式,如提供计算平台与操作系统开放共建,推动BPU授权模式。该模式鼓励整车开发从芯片到操作系统的共创、共建,实现共享共赢的商业生态,促进自动驾驶行业发展。地平线发布了首个开源自动驾驶计算平台BPU-Plus,吸引更多合作伙伴及开发者加入技术创新。此外,地平线与各大研究机构及高校合作,推动技术研究与应用。

地平线的合作模式类似于Arm和Android。核心在于与伙伴共同构建整车开发方案,开放BPU授权,让合作伙伴共同参与设计与开发。该模式能满足客户需求、适配整车电子电气架构。目前,地平线的IP授权对象主要是头部车厂,但未来有可能更加开放。

自研芯片可提升整车竞争力,成为企业核心竞争力。地平线通过BPU IP授权模式,与客户和伙伴共同完成设计与开发,推动产业链发展。尽管目前地平线主要面向主机厂,机器人厂商可能成为潜在客户。地平线将根据市场需求调整策略和商业模式,以适应市场变化。

黄畅指出,系统级的智能驾驶计算方案需要针对产品需求进行设计,因此一个芯片无法适配所有场景,而整车电子电气架构又非常复杂。在这种情况下,地平线授权BPU IP是合理的。这种模式可以让客户和伙伴完成整个设计和开发,同时把最通用和最标准化的部分做到极致,赋能机器,让人们的生活更安全更美好。

黄畅博士对与非网记者表示,目前地平线主要的IP授权对象是主机厂,因为它们是行业内头部车厂,拥有自主研发芯片的实力和资金。对于小车企来说,自研芯片的成本很高,而且要看出货量。如果量达不到一定规模,就会面临亏损的困境。但随着自动驾驶技术的快速发展和市场竞争加剧,芯片厂商将会成为整个产业链中的核心企业之一。因此,地平线采用IP授权的商业模式,不仅有助于推动整个产业链的快速发展,也能够为自身带来更多的商业机会。

虽然目前地平线主要面向主机厂,但机器人厂商也有可能成为潜在客户。目前机器人厂商的体量和需求尚未达到成熟的阶段,但随着人工智能和机器人技术的快速发展,机器人厂商的需求也会不断增加。地平线可以根据市场需求不断调整自己的策略和商业模式,以更好地适应市场变化。

地平线如何构建生态,赋能驾驶行业?

最后,本次地平线技术开放日活动展示了征程5芯片在自动驾驶领域的应用,展示了地平线在算法、芯片和软件方面的技术突破和开放策略。这些创新和策略助力智能驾驶技术的快速落地和普及,为全球汽车行业发展带来新动力。

地平线公司在技术上也始终保持着开放、共建、合作的态度。公司不仅仅是一个自动驾驶芯片的提供商,而是一个致力于赋能整个行业,推动行业发展的技术公司。正如刘桂平所说:“我们的愿景是成为全球领先的自动驾驶技术公司,我们的使命是赋能整个行业的自动驾驶发展。”

作为一个技术公司,地平线在持续打造更高性能计算方案的同时并不满足于只做芯片的生产和销售研发设计,他们还着眼于整个自动驾驶产业生态圈的构建。作为Tier-2公司,地平线采取灵活开放的商业合作模式,与100多家产业伙伴深度合作,协同创新,为消费者创造美好驾乘体验。地平线芯片解决方案覆盖L2到L4全场景智能驾驶量产,构建高效开放技术平台,助力合作伙伴开发丰富多样的解决方案。

地平线与多家主机厂深入合作,如奥迪、北汽、比亚迪、长安、长城、东风、大众、广汽、红旗、江汽、理想、奇瑞、上汽、哪吒、自游家、吉利等。与德赛西威、东软睿驰、大陆、Freetech、佛吉亚、华阳、亚太、英博超算等Tier1达成深度合作,搭建开放共赢的智能汽车芯生态。

我们相信,通过打造开放的生态圈能让地平线的自动驾驶技术得到更好发展和应用。通过与合作伙伴共同探索并开发更多应用领域,将更好的推动自动驾驶技术普及和应用,让人工智能在驾驶领域发挥更大价值。

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