車東西（公眾號：chedongxi）
文 | 曉寒
車東西6月15日(ri)消息，國(guo)內自動(dong)駕駛(shi)芯(xin)片(pian)公司黑芝麻今(jin)天發布了(le)旗下第二(er)(er)款(kuan)產(chan)品(pin)——華山二(er)(er)號芯(xin)片(pian)。
該(gai)芯(xin)(xin)片(pian)是(shi)黑芝(zhi)麻創業四年來的(de)(de)最重磅產品，單芯(xin)(xin)片(pian)AI算力(li)最高可(ke)達70TOPS（A1000）。由兩(liang)顆(ke)華山二號組成的(de)(de)域控制器，最高可(ke)實(shi)現140TOPS的(de)(de)AI算力(li)，功耗25W，可(ke)支持L3級自(zi)動(dong)駕(jia)駛。
▲黑芝麻華(hua)山二號（A1000）芯片
作(zuo)為(wei)對比，目前量產車中最強自動駕駛芯(xin)(xin)片——特斯(si)(si)拉(la)FSD芯(xin)(xin)片單(dan)顆(ke)為(wei)72TOPS。兩顆(ke)特斯(si)(si)拉(la)FSD芯(xin)(xin)片構(gou)成的(de)域控制器（HW3.0），算(suan)力為(wei)144TOPS，功耗72W。
很明(ming)顯，黑(hei)芝(zhi)麻(ma)華(hua)山二號實(shi)現了接(jie)近特斯(si)拉(la)(la)FSD芯片的算(suan)力，但是能耗卻(que)只是特斯(si)拉(la)(la)差不多(duo)三分之一(yi)，同(tong)時成(cheng)本也比特斯(si)拉(la)(la)更低。
從數據上來看(kan)，華山(shan)二號毫(hao)無疑問是國內最強自(zi)動駕駛芯(xin)片，性(xing)能已逼近特(te)斯拉FSD芯(xin)片，同時還擁有明顯的(de)功耗和(he)成(cheng)本(ben)優(you)勢(shi)。
那(nei)么問題來(lai)了，作為一家創業公司(si)，黑芝麻的(de)(de)(de)華山二號(hao)(hao)芯片究竟是如何實現這種炸裂(lie)性(xing)能的(de)(de)(de)？華山二號(hao)(hao)芯片的(de)(de)(de)問世，又將(jiang)給風(feng)起(qi)云涌的(de)(de)(de)自動駕駛(shi)市場帶來(lai)怎(zen)樣(yang)的(de)(de)(de)改(gai)變呢？
帶著這些疑問，車東西(xi)也與硅谷芯片老炮——黑(hei)芝麻CEO單(dan)記章(zhang)進行了長(chang)達兩個小時的對話，找到了問題(ti)的答(da)案。
一、豪華芯片團隊推王牌產品 性能叫板特斯拉
今天晚(wan)上，芯(xin)(xin)片創企黑芝麻舉行線上發布會，推(tui)出了旗下的第二(er)款產品，也是創業(ye)四年來的最重(zhong)磅產品——華山二(er)號自(zi)動(dong)駕駛芯(xin)(xin)片，包括A1000和A1000 Lite兩個版本。
其中單顆A1000最高(gao)可(ke)實現70 TOPS的(de)AI算力，功耗在8W以內。通過不同的(de)組合(he)，A1000可(ke)以支(zhi)持從L0到L4的(de)多種自(zi)動駕駛(shi)系統。
由單顆A1000組成的(de)控制(zhi)器，可以支(zhi)持(chi)(chi)L2+級自動(dong)駕(jia)駛(shi)，2顆、4顆并聯，則(ze)分別可以實現140 TOPS和280 TOPS的(de)算力，用來支(zhi)持(chi)(chi)L3，甚至(zhi)是(shi)限定場景的(de)簡單的(de)L4級自動(dong)駕(jia)駛(shi)系(xi)統。
▲基(ji)于(yu)A1000可組成不同的計算平臺
目(mu)前量產(chan)車中最(zui)強的(de)自(zi)動駕駛芯(xin)片為(wei)(wei)特(te)斯拉的(de)FSD芯(xin)片，單顆算(suan)力為(wei)(wei)72 TOPS，略高于A1000。兩顆FSD芯(xin)片組(zu)成了特(te)斯拉3.0版的(de)自(zi)動駕駛控制器（HW3.0），總算(suan)力144 TOPS，功耗為(wei)(wei)72W。
做個對比，兩(liang)顆黑芝(zhi)麻A1000組成的L3級自動駕駛(shi)控(kong)制(zhi)器(qi)算力(li)為140 TOPS，功耗(hao)(hao)25W，能效比為5.6 TOPS/W。特斯(si)拉FSD控(kong)制(zhi)器(qi)為2 TOPS/W，英偉達Xavier單芯(xin)片則為1 TOPS/W（控(kong)制(zhi)器(qi)功耗(hao)(hao)略(lve)大(da)，能效比更低）。
這樣的(de)(de)數據表現，不僅讓A1000成了國內目前(qian)最(zui)強的(de)(de)自動(dong)駕(jia)駛芯片，并且還(huan)有實(shi)力叫(jiao)板特斯(si)拉FSD芯片。
那么到底是怎樣一個團隊，打造出了參數這么優秀的一個自動駕駛芯片呢？
答案是一支(zhi)芯片老炮+車企老將組成的創業團隊(dui)。
▲左右(you)分別(bie)為黑芝麻COO劉(liu)衛紅、CEO單記(ji)章(zhang)
黑芝(zhi)麻(ma)CEO單記章此(ci)前(qian)是全(quan)球視覺芯(xin)片(pian)領軍企業OmniVision創(chuang)始團隊成員，在(zai)硅谷芯(xin)片(pian)行業打拼了20多年，在(zai)圖(tu)像處理芯(xin)片(pian)和軟件算法上(shang)具有豐富的經驗和技(ji)術積累(lei)。
CTO齊(qi)崢是英(ying)特爾(er)奔(ben)騰二(er)代(dai)芯(xin)片主要設計(ji)成員、CSO曾(ceng)代(dai)兵是中興微(wei)電子(zi)總工(gong)程師，COO劉衛紅(hong)則曾(ceng)是博世中國ADAS主力部門——底(di)盤與(yu)控制系統(tong)事(shi)業(ye)部的中國區總裁(cai)。
正是這(zhe)樣一支豪華(hua)創業(ye)團隊，也讓其(qi)在成(cheng)立之(zhi)初就(jiu)迅速獲得了資本(ben)的青睞。
2017年(nian)，蔚來(lai)、芯動能等資(zi)方向其投(tou)資(zi)了(le)近(jin)億元。2019年(nian)4月，黑芝(zhi)麻又(you)獲得了(le)上汽、SK中國(guo)、招商局(ju)等機構的B輪投(tou)資(zi)。
▲黑芝麻美國辦公室
蔚來(lai)和上(shang)汽分別是國內最強的新造車和傳統車企，芯動能背后(hou)是國家集成電路產業投資基(ji)金和屏(ping)幕巨頭京東(dong)方(fang)，SK則是韓國電信巨頭。
黑(hei)芝麻的股東背景(jing)同樣豪華，尤其是蔚來和上汽的入(ru)局，也讓華山(shan)二(er)號芯(xin)片的量(liang)產落地充滿了看點(dian)。
二、如何做到高算力？自研AI加速器和ISP是關鍵?
自動(dong)駕駛系統非常依賴神經網絡，對芯片(pian)的AI算力要求極高。
各大芯(xin)片(pian)玩家們(men)則紛紛推出了整合有CPU、GPU、ISP、DSP等多個處理器的(de)SoC芯(xin)片(pian)來予(yu)以(yi)對應——黑芝麻(ma)的(de)華山二號芯(xin)片(pian)就(jiu)是一顆整合了20多個核心的(de)SoC。
在(zai)SoC內部，不同(tong)芯片(pian)企(qi)業也(ye)選擇了不同(tong)的技術(shu)路徑。
比如英(ying)偉(wei)達Xavier內(nei)部使用(yong)了自家極強的GPU來增(zeng)強AI算力，賽(sai)靈思的MPSoC內(nei)部則(ze)整合了自己擅長的FPGA，特斯拉(la)FSD芯片則(ze)靠自研的NPU加(jia)速。
在單記章(zhang)看來，GPU加(jia)速確實性能(neng)很強，但(dan)問題是(shi)(shi)GPU相比專用的AI加(jia)速器(qi)還是(shi)(shi)太通用了，它(ta)可以適配各類神經網絡是(shi)(shi)一(yi)個優(you)勢，但(dan)問題是(shi)(shi)功(gong)耗大成本高。
FPGA的優(you)點是硬(ying)(ying)件(jian)可編程，可以適配不同(tong)算法。但是對車企和Tier1的軟件(jian)工程師來(lai)(lai)說，還需要(yao)掌(zhang)握硬(ying)(ying)件(jian)編程語言，用起來(lai)(lai)太(tai)復雜。
最終，黑芝(zhi)麻選擇(ze)了跟特斯(si)拉一樣的(de)NPU路(lu)線，在SoC里面集成了一個名(ming)為DynamAI NN引擎的(de)NPU來進行AI加速。
這個(ge)NPU內部(bu)最多(duo)可搭載4個(ge)3D卷積MAC陣列、1個(ge)2D GEMM陣列，以及1個(ge)EDP運(yun)算單元和5個(ge)DSP，支持4/8/16位多(duo)種(zhong)運(yun)算精度，工作頻率為1.2GHz。
這么多(duo)的計(ji)算單元，既保(bao)證了大算力，同(tong)時(shi)又能夠(gou)適(shi)配不同(tong)的神經網絡(luo)，并進行(xing)壓縮和稀(xi)疏性(xing)加速，從而(er)讓A1000最高可以實現(xian)70 TOPS的AI算力，以及超過80%的硬件利用率。
▲A1000芯片的(de)AI加(jia)速引擎
自動駕駛系統對攝像頭的依賴極強，視頻畫面又是進行AI計算的基礎。對于一款自動駕駛芯片來說，能夠對圖像進行優質的前端處理至關重要。
這(zhe)方面，基于單記章等核(he)心(xin)成員在圖像處理芯片領域的(de)積累，黑(hei)芝麻在A1000這(zhe)顆SoC內還(huan)集成了(le)自研的(de)高性能ISP，以保證讓汽(qi)車看(kan)的(de)更(geng)清。
單記章告訴(su)車東西，得益于高性能ISP，A1000可(ke)以最多(duo)接入(ru)12路高清攝像頭的(de)畫面(mian)，（最高甚至可(ke)以達到4K分(fen)辨率(lv)）。再加上高達30Gbps的(de)高帶寬(kuan)，讓其可(ke)以每(mei)秒處理12億像素(su)。
此外，A1000還支持HDR處理(li)，通過講長曝(pu)光和短曝(pu)光的圖像進行擬合，來讓汽(qi)車在黑暗、逆光等不利環境(jing)下(xia)也能看的清楚。
▲A1000支(zhi)持HDR技術
一款自動駕駛芯片想要大規模量產，高算力只是第一步，適配性、安全性和經濟性也是重要指標。
單記章介紹(shao)稱(cheng)，A1000不僅支(zhi)持毫米(mi)波(bo)雷達(da)、超聲波(bo)雷達(da)、攝像頭、IMU、GPS等(deng)常見傳(chuan)感器，并且還(huan)可(ke)接入高(gao)等(deng)級自(zi)動駕駛常用的激光雷達(da)、V2X等(deng)數據(ju)。
該芯片從研發之初就嚴格(ge)遵循了車規(gui)標(biao)準，滿足AEC-Q100 G2、ISO26262 ASIL-B的(de)要求。
在A1000內(nei)部(bu)，專(zhuan)門(men)部(bu)署了一個安(an)全(quan)核(he)(he)心(xin)(xin)，在其他核(he)(he)心(xin)(xin)失效時來保證基礎功(gong)能(neng)。同時在實現L3及以上級別自動(dong)駕駛時候，多顆A1000芯片(pian)互為冗余，則可以達(da)到(dao)ASIL D級認證。
經濟性(xing)上，A1000選擇了目前汽車芯片主流的(de)16nm工(gong)藝，并(bing)通(tong)過巧妙(miao)的(de)設(she)計(ji)，將SoC封裝(zhuang)尺寸降低至90平方毫米。
作(zuo)為(wei)對比，特斯(si)拉采用(yong)的是(shi)三星14nm工(gong)藝，尺寸為(wei)260平方毫米。英特爾家Mobileye的最新(xin)產品(pin)EyeQ5則采用(yong)了7nm工(gong)藝。
較(jiao)成(cheng)熟的(de)工藝以及較(jiao)小的(de)封裝面積，讓A1000擁有(you)了(le)不錯的(de)成(cheng)本優勢。再加(jia)上強大的(de)AI算力(li)、較(jiao)低(di)的(de)功(gong)耗和廣泛(fan)的(de)傳感器(qi)適配性，讓這款芯片(pian)真正具備了(le)大規模前(qian)裝量產的(de)潛力(li)。
三、自動駕駛產業迎來中國芯 將加速L2/L3量產
從谷歌2009年成立自動駕駛(shi)(shi)團隊開始計算，自動駕駛(shi)(shi)產(chan)業(ye)已經走過了(le)10個(ge)年頭。
雖(sui)然(ran)(ran)研發進(jin)程依然(ran)(ran)熱火(huo)朝(chao)天，但業界目前(qian)對L4級(ji)以上高等(deng)級(ji)自動駕(jia)(jia)駛系統的(de)量產落地則較為悲觀——L4級(ji)無人(ren)車仍(reng)然(ran)(ran)需(xu)要安全員隨時(shi)監督，自動駕(jia)(jia)駛系統僅能在簡單環境行駛，真正規模化部署遙遙無期。
不過好消息是L1/L2級(ji)自(zi)動駕駛已(yi)經迎來爆(bao)發(fa)期(qi)——甚至成了新(xin)車標配功能。而(er)L3級(ji)自(zi)動駕駛，也到(dao)了量產前夜。
博(bo)(bo)世底盤控制系(xi)統中國區駕駛員(yuan)輔助業務單元副總裁(cai)蔣京芳此(ci)前表示，僅(jin)2019年，就至少有40款新車搭載了博(bo)(bo)世的(de)L2級(ji)自動駕駛，呈(cheng)現出井(jing)噴(pen)的(de)態勢。
▲A1000開發板
到了2020年，廣汽、長安等(deng)自(zi)主(zhu)車(che)企又加速了L3級自(zi)動駕(jia)駛(shi)技術(shu)(shu)的(de)(de)量產進(jin)程(cheng)，先后(hou)進(jin)行了L3級自(zi)動駕(jia)駛(shi)技術(shu)(shu)的(de)(de)演示，并發(fa)布了支持L3級自(zi)動駕(jia)駛(shi)系(xi)統的(de)(de)量產車(che)型。
L1~L3級(ji)自(zi)動(dong)駕駛技術(shu)火熱的同時，卻也存在著明顯的缺芯現象(xiang)。
對于L0/L1級系統(tong)，使用傳(chuan)統(tong)的車規級CPU/MCU即可滿足需(xu)求，但(dan)到(dao)了L2以及L2+、L3級別，就需(xu)要引(yin)入越來越多的AI算法，也意味著需(xu)要AI加速器的支持。
目前使用(yong)較多的(de)是FPGA和(he)GPU加速，但是都(dou)不(bu)是最合適的(de)產品(pin)。
“有Tier1就向我(wo)們反饋，現在(zai)使用(yong)的FPGA芯片雖然算力足，但是硬(ying)件編程復雜性太(tai)高，用(yong)起來并不(bu)順(shun)手。”單記章這樣向車(che)東西說(shuo)道，“GPU算力也強(qiang)，但功耗和價格又太(tai)高了(le)，不(bu)適合大規模量產。”
單記章(zhang)說的不無道理。
特斯拉(la)的(de)車型早期就選用了(le)英偉達的(de)計算平臺(tai)，但隨后(hou)又果斷(duan)下決心(xin)自研了(le)FSD芯片，降低了(le)對GPU的(de)依(yi)賴。
奧迪是全球(qiu)首(shou)個發布L3級自動駕駛(shi)量產車（現款A8）的(de)玩家，但因為(wei)沒有現成的(de)芯(xin)片(pian)可用(yong)，無奈只能用(yong)Mobileye EyeQ3、英偉達K1、Altera Cyclone等多款芯(xin)片(pian)并聯起來，自己(ji)做了一(yi)個名為(wei)zFAS的(de)域控(kong)制器。
▲奧迪zFAS架構
“多(duo)(duo)個(ge)芯片(pian)一起使用的協同(tong)難度肯(ken)定(ding)比單個(ge)SoC芯片(pian)高的多(duo)(duo)，總結一下就是(shi)效率(lv)低功耗還高。”單記章這樣說道。
面對這一(yi)現狀，技(ji)術實力極(ji)強的(de)特斯拉選(xuan)擇自(zi)研芯片(pian)來解決(jue)，但其他(ta)車(che)企則只能(neng)等待供應商推出更適合(he)汽(qi)車(che)的(de)自(zi)動(dong)駕駛芯片(pian)。
這次發布的高算力(li)、低(di)功耗和低(di)成本的華山二號，就是為了解(jie)決了這一問題而推出。
單(dan)記(ji)章(zhang)告訴車東西，華山二號已經(jing)送至多個(ge)車企(qi)展(zhan)開測試。
“爭取今年能有多個(ge)落(luo)地突(tu)破。”單(dan)記章說道，“多個(ge)車企對我(wo)們的芯片都很有興(xing)趣(qu)。”
很明(ming)顯，華山二號的推出，將為(wei)汽車行業提供了一個更加(jia)合(he)適(shi)的自動(dong)駕駛(shi)芯片，從而促進(jin)更多新的自動(dong)駕駛(shi)功能逐(zhu)步落地。
最后，自動(dong)駕駛技術(shu)(shu)作(zuo)為各個國(guo)家激烈(lie)競爭(zheng)的(de)未來技術(shu)(shu)高地，極具(ju)戰略意(yi)義。我(wo)國(guo)政府在《智能汽(qi)車創新發(fa)展戰略》等文件中指出，要加快推動(dong)車載高性能芯片技術(shu)(shu)的(de)發(fa)展，實現自主(zhu)可控。
黑芝(zhi)麻華山二號的(de)發布，就為增強我國(guo)自動駕駛產業的(de)整體實力，實現自主可控(kong)做出了貢獻。
