自動駕駛的「最強大腦」:NVIDIA Drive PX 到 Xavier 的演化

僅僅兩年,NVIDIA就從一家提供圖形計算晶片商,變成目前推動自動駕駛產業鍊中最重要的公司。
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Photo Credit: Nvidia
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本文來自合作媒體 雷鋒網 ,INSIDE 授權轉載

Drive PX 是 NVIDIA 專門針對自動駕駛的產品線,Xavier 又是 Drive PX 家族中最高階的晶片。

Xavier 最早於 2016 年 GTC Europe 上被公開,到 2017 年 CES 上黃仁勳第一次對外展示了 Xavier 的原型機,而在剛剛落幕的矽谷 GTC 上,官方又展示了從 Drive PX2 到 Xavier,從端到雲的完整自動駕駛計算平台規劃。

NVIDIA Drive PX 是在行動晶片 Tegra 家族的基礎上搭建起來的。Tegra 在一開始就提供了傳統車載計算平台所不具備的高性能和高效能,因而為輔助駕駛和自動駕駛所開發,而經過從 Maxwell -- Pascal -- Volta 三代架構和技術的優化,Drive PX 系列在針對深度學習的訓練和推理上日益精進。加上與全球各地技術團隊、Tier 1 以及車廠的自動駕駛開發經驗,NVIDIA 在初代 Drive PX 的基礎上又形成了一套從感應器融合、高精地圖的生成和定位、司機行為檢測、駕駛態勢感知在內的一系列軟硬體配置方案。

可以說到 GTC 2017,NVIDIA 真正完成了自動駕駛計算平台的完整佈局,它與 ZF、Bosch 深度綁定,並且與 Tesla 和 Audi 有了明確量產自動駕駛汽車的時間線。對外,NVIDIA 用了 2 年時間從一家提供圖形計算晶片的公司變成目前推動自動駕駛商業化鏈條中最重要的公司。

在行動晶片 Tegra 基礎上搭建的自動駕駛超級電腦

2015 年 CES 上,NVIDIA 一下子發佈了 2 款車載電腦:用於自動駕駛開發的 Drive PX 和用於數位化環境開發的 Drive CX。

NVIDIA 對這兩款產品的設想是,借助 Drive PX,汽車可以運用深度學習和電腦視覺形成對環境的感知理解,從而實現自動巡航、自動停車這樣的功能;而 Drive CX 除了支援車載資訊系統需要的圖形計算外,還會通過對車內和車身周圍 360 度影像的處理提供導航和駕駛行為檢測。

值得注意的是 Drive PX 和 Drive CX 的內核都是基於 Maxwell 架構的 Tegra X1 SoC(Drive CX 還有一個可選配置是 Tegra K1 SoC)。初代 Drive PX 內含 2 顆 Tegra X1,最高能支援 12 路高畫質圖像輸入,每秒最高能處理 13 億顆像素點,而 Drive CX 則是整合了一顆 Tegra X1/K1,最高能驅動多個螢幕上總計 1680 萬像素點。

實際上,Tegra 家族被應用到車載系統已經由來已久。Tesla Model S 和 Model X 上的中控大螢都是 Tegra SoC 驅動的,而 Audi 2012 年就宣佈將採用 Tegra 3 作為車載資訊娛樂系統和數位儀表的中央處理器,並陸續部署到了後來旗下的全系車型內。

Tegra SoC 讓 NVIDIA 很早就進入了 Tesla、Audi、BMW、BENZ 等一批頂級車廠的供應商體系,而從 Tegra 開始 NVIDIA 也建立了符合 ISO 26262 ASIL 汽車級安全標準的生產線。

相比於獨立的 Tegra SoC,Drive PX 和 Drive CX 帶來的變化則是 NVIDIA 希望通過系統集成的方式提供一站式的智慧駕駛計算平台解決方案。

Drive PX2,從車載超級電腦到自動駕駛生態

「自動駕駛所需要的計算力,是過去任何一台電腦都沒有達到過的。」黃仁勳後來在公開場合一遍遍重複講到,這也是 Drive PX 系列追逐的方向。

▲2016 年,Drive PX2

第二年的 CES 上,NVIDIA 發佈了第二代自動駕駛超級電腦 Drive PX2。Drive PX2 的核心從上一代 Maxwell 架構的 Tegra X1 更新到 Pascal 架構的 Tegra Parker,整體性能從上一代的 2.3 teraflops(每秒兆次浮點運算)提升了至少十倍,達到 24 teraflops。

據所知的數據,初代 Drive PX 大約吸引了 50 家左右的開發者,到 2016 年 8 月隨著 Drive PX2 推出,這個數字變成了 80 幾家,再到 2017 年 5 月開發者數量繼續增加到 200 多家。大部分主流車廠和 Tier 1 都在早期開始了 Drive PX 平台上的試驗和開發,後期推動開發數量快速成長的更多的是中小型的技術公司。

在性能提升之外,Drive PX2 與初代產品最大的差異是 NVIDIA 跟車廠、Tier 1 和技術公司們花了一年多時間搭建了一套完整的自動駕駛技術架構 DriveWorks,一套從雲端服務器和超級電腦進行大規模訓練、在車載電腦上進行小型模型的訓練和推理的硬體框架,一套包含物體/行人/車輛檢測、高精地圖生成、定位、路徑規劃等能力在內的軟體參考解決方案/SDK。

▲雲端+本地配合的深度神經網絡訓練平台
▲NVIDIA DriveWorks 目前提供的 SDK

2016 -- 2017 年,Drive PX2 也逐步分化成 3 個版本:

  • Drive PX2 for AutoCruise,搭載一顆 Tegra Parker,主要支援高速公路自動駕駛和高精地圖繪制的計算;
  • Drive PX 2 for AutoChauffeur,搭載 2 顆 Tegra Parker 和 2 顆獨立的 Pascal 架構 GPU,支援點到點的自動駕駛;
  • Drive PX 2 for Fully Autonomous Driving,由多套 Drive PX2 組成的計算矩陣。

這 3 個版本也說明,基於 Pascal 架構和 Tegra SoC 的 Drive PX2 是具有一定定制空間的。

2016 年 10 月中旬之後 Tesla 量產的每一台 Model S 和 Model X 都會搭載一塊 Drive PX2,這塊 Drive PX2 也是兩家一起定制的。

商業實用化的一大步:ZF、Bosch 和 Delphi

2016 年 9 月的 GTC Europe 上,NVIDIA 對外公佈了比 Drive PX2 更高階的 Xavier,到次年 CES 黃仁勳展示了 Xavier 的樣機。基於 Volta 架構的 Xavier 把「性能/功耗」做到了 1 terflops/watt。不過 Xavier 到 2017 年 Q4 才會向客戶小批量提供樣機。從黃仁勳最近的兩次公開演講看,Xavier 似乎還在持續改進(Xavier 最初公佈的性能是 20 terflops/20 watt,到 GTC 2017 已經是 30 terflops/30 watt)。

黃仁勳在 BCW 2017(Bosch Connect World)上說「NVIDIA 今年會提供能夠支援 L3 自動駕駛的技術,到明年底將提供 L4 自動駕駛能力的技術」。前者指的就是穩定量產的基於 Drive PX2 的方案,而後者指的自然是 Xavier。

2017 年,NVIDIA 率先宣佈與 ZF 合作量產基於 Drive PX2 的車載自動駕駛系統 ZF ProAI:

  • 將基於 Drive PX2 AutoCruise 的配置,第一款產品叫做 ZF ProAI for highway automated driving(顧名思義,主要用於高速公路的自動巡航);
  • 支援鏡頭、雷射、超聲波感應器、雷達等多感應器融合,支援 V2X;
  • 適用於乘用車、貨車以及怪手等工業用車。

隨後到今年 3 月份,NVIDIA 又聯合 Bosch 推出 Bosch AI Car Computer:

  • Bosch AI Car Computer 基於 Drive PX Xavier 設計和製造,將為 Level 4 的自動駕駛提供計算能力。

而在 ZF 和 Bosch 之前,還有一家 Tier 1 更早佈局了基於 NVIDIA SoC 的自動駕駛電腦——Delphi。

2015 年 3 月份,Audi 對外公佈了駕駛輔助中央控制器 zFAS,zFAS 正是基於 NVIDIA Tegra K1 SoC,並且集成了 Mobileye 的視覺專用晶片 EyeQ3。這一中央控制器也是 Audi 聯合 Delphi、NVIDIA、Mobileye 以及 TTTech 一同開發的,其中 NVIDIA 和 Mobileye 分別提供計算平台的 IP,TTTech 負責車載以太網等聯網解決方案,設計整合由 Audi 和 Deliphi 完成,最後交由 Delphi 來生產。因為有了 zFAS,Audi A8L 目前也是「全球第一款量產的 L3 級別自動駕駛車型」最有力的競爭者。

不過有意思的是,在準備 zFAS 量產的同時,Delphi 和 Mobileye 還共同研發了一套中央感知定位規劃自動駕駛系統(CSLP),這是一套面向 OEM 開放的 turnkey 的自動駕駛感知與計算解決方案,計劃的量產時間是 2019 年。CSLP 集成了 Mobileye 的 EyeQ4/Q5 以及 REM 系統,同時 Delphi 整合了收購 Ottomatika 之後積累的軟體算法。CSLP 在公佈之初並沒有明確會使用何種平台作為主要的計算平台,不過在 CES 2017 上 Delphi 工程師說,他們正在測試不同的 Intel 平台的處理器,之後也驗證了 Delphi 將聯合寶馬、英特爾、Mobileye 共同研發量產高度自動駕駛解決方案,這是後話。

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

NVIDIA 通過跟 Delphi、ZF、Bosch 的緊密開發合作,完整佈局了各個級別自動駕駛所需要的計算平台,並且摸清了 OEM 和 Tier 1 在自動駕駛開發中所需要的工具和服務。作為一家計算平台提供商,NVIDIA 真正從一家汽車電子「局外人」變成了自動駕駛的「最強大腦」。

▲初代 Drive PX
▲Drive PX2 for AutoChauffeur
▲Xavier

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