如何共同構(gòu)建安全高效的自動(dòng)駕駛域（AD）與高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）集中計(jì)算解決方案

自動(dòng)駕駛甚至部分自動(dòng)駕駛所面臨的挑戰(zhàn)，比人們有時(shí)預(yù)想的要多得多，這并不是什么新鮮事，也不是新出現(xiàn)的情況。如今，從一個(gè)完全可運(yùn)行的原型到一個(gè)面向大眾市場(chǎng)的可交付解決方案之間，仍然存在許多障礙：道路基礎(chǔ)設(shè)施、可靠性、安全性、接受度、人類行為、法規(guī)……

盡管如此，進(jìn)步仍在不斷取得，有時(shí)會(huì)有重大突破，有時(shí)則是通過小的逐步改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)，正如今天在數(shù)十個(gè)城市運(yùn)營(yíng)的眾多全自動(dòng)駕駛共享車隊(duì)和穿梭巴士，以及配備L2+和L3自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)的汽車車型數(shù)量不斷增加所證明的那樣。

那么，如何加速這一進(jìn)步呢？歷史表明，合作和思想的交流能夠激發(fā)發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新。

那么，讓我們來探討一下工程師們面臨的一些實(shí)施挑戰(zhàn)，以及合作如何能夠提供幫助

正確地檢測(cè)和感知周圍環(huán)境

 使用多種傳感器有助于降低風(fēng)險(xiǎn)，例如避免漏檢或錯(cuò)誤識(shí)別物體。

更進(jìn)一步：將不同技術(shù)的傳感器結(jié)合起來，還可以彌補(bǔ)在某些運(yùn)行條件下的弱點(diǎn)，例如低光照、惡劣天氣、傳感器被遮擋等。

這種做法是合理的，而且不止一家自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）技術(shù)先鋒從依賴單一傳感器技術(shù)回歸到如今整合多種傳感器技術(shù)（例如視頻攝像頭和雷達(dá)、視頻攝像頭和激光雷達(dá)等）。

然而，解決一個(gè)挑戰(zhàn)又會(huì)帶來另一個(gè)挑戰(zhàn)：同時(shí)影響這兩種傳感器的問題是一種“共因故障”，基本上它們的處理過程必須是獨(dú)立的并且可靠地冗余。如何確保沒有“共因故障”影響本應(yīng)是冗余且獨(dú)立的傳感器？

正確處理所有這些數(shù)據(jù)并做出正確的決策

 最簡(jiǎn)單的答案是同時(shí)使用不同的計(jì)算系統(tǒng)，并有足夠的冗余。這種方法在早期開發(fā)階段、預(yù)算充裕的情況下，或者在像航空航天這樣無法提供備用方案且生產(chǎn)數(shù)量相對(duì)較少的特定應(yīng)用中是可行的。但在汽車這種大規(guī)模生產(chǎn)的情境中，這種方法顯然是反生產(chǎn)力的，甚至與電子電氣（E/E）架構(gòu)集中化處理的趨勢(shì)不兼容：

當(dāng)不同的軟件（SW）處理過程本應(yīng)是冗余且互補(bǔ)的，卻相互干擾而導(dǎo)致系統(tǒng)故障或異常行為時(shí)（例如一個(gè)軟件任務(wù)破壞了另一個(gè)任務(wù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，或者一個(gè)軟件任務(wù)獨(dú)占了另一個(gè)更關(guān)鍵任務(wù)所需的資源等），也會(huì)面臨類似的挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)以及任何潛在的共因故障，需要采用防止干擾的機(jī)制。但具體來說，什么不應(yīng)該相互干擾？什么應(yīng)該與什么一起使用？要回答這些問題，就需要密切關(guān)注實(shí)現(xiàn)過程并確定這些“規(guī)則”。

好的，但如何才能擁有一套能夠保障這些規(guī)則并且已經(jīng)可供開發(fā)者使用的系統(tǒng)呢？我們可以盡可能多地進(jìn)行預(yù)估，但從邏輯上講，通過緊密合作并確保這些我們剛剛提到的“規(guī)則”從系統(tǒng)規(guī)格階段開始就成為系統(tǒng)的要求，我們能夠取得更好的效果。

憑借其跨越多代的汽車系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）經(jīng)驗(yàn)，瑞薩（Renesas）基于多年的合作經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了片上機(jī)制，確保不同安全級(jí)別的軟件任務(wù)能夠在SoC上并行運(yùn)行而不相互干擾，從而增強(qiáng)ASIL D控制的功能安全。這些機(jī)制首次在2021年國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議上展示，并隨著R-Car系列的不斷升級(jí)而持續(xù)改進(jìn)，例如如今的R-Car第四代以及最近發(fā)布的R-Car第五代。

運(yùn)行效率

 與在強(qiáng)大的個(gè)人電腦上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不同，汽車中央計(jì)算解決方案需要高效運(yùn)行，并在車輛使用期間的惡劣條件下持續(xù)工作：這意味著例如它需要在不依賴過于復(fù)雜的冷卻機(jī)制的情況下成功散發(fā)產(chǎn)生的熱量（如果每輛汽車都能像數(shù)據(jù)中心那樣擁有精確的氣候控制，那生活將會(huì)簡(jiǎn)單得多），而這直接取決于盡可能少地消耗電力。瑞薩在市場(chǎng)上以提供最高效的解決方案而著稱，無論是在處理方面：在最惡劣的運(yùn)行條件下達(dá)到16 TOPS/Watt（即每秒萬億次運(yùn)算）；還是在整體芯片功耗方面：用于實(shí)現(xiàn)5星NCAP評(píng)級(jí)的前置攝像頭在最壞情況下功耗不到幾瓦。但這些只是容易的部分！真正的效率是在芯片設(shè)計(jì)考慮了用例以及如何在芯片上實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)現(xiàn)的。憑借我們開放的平臺(tái)和生態(tài)系統(tǒng)，瑞薩與領(lǐng)先的汽車制造商（OEM）、一級(jí)供應(yīng)商（Tier 1）和二級(jí)供應(yīng)商（Tier 2）持續(xù)合作，不斷改進(jìn)、深化甚至有時(shí)糾正我們對(duì)AD和ADAS實(shí)現(xiàn)方式的理解。這有什么幫助呢？以下是一些例子：

• 理解用例使瑞薩能夠提出最適合的安全機(jī)制，而不是簡(jiǎn)單地將所有內(nèi)容都冗余實(shí)現(xiàn)。

• 理解要實(shí)現(xiàn)的不同算法（即在R-Car上使用的算法），使我們能夠識(shí)別出在實(shí)現(xiàn)、性能和效率方面最適合的處理單元，并在R-Car中提供它們。

• 進(jìn)一步識(shí)別和區(qū)分常用的算法和功能，使我們能夠開發(fā)專門針對(duì)它們的硬連線處理單元，這為經(jīng)常使用的功能提供了最佳性能和效率，并釋放了通用CPU用于其他任務(wù)。R-Car V3H和V4H中的視頻IP就是這一理念的體現(xiàn)。

• 從另一個(gè)角度來看，這些深入研究還可以量化潛在的使用情況，這使我們能夠估算所需的數(shù)據(jù)帶寬，并正確規(guī)劃通信總線、內(nèi)部存儲(chǔ)器、壓縮機(jī)制和外部存儲(chǔ)器接口的尺寸：市面上有許多芯片雖然擁有不錯(cuò)的處理能力，但卻因這里或那里的瓶頸而受限。

  
  

合作不能單向進(jìn)行：因此，瑞薩對(duì)這些算法的反饋對(duì)于R-Car用戶來說可能非常有用，以下是一些例子：

• 理解哪種處理單元最適合特定的場(chǎng)景。

• 指出在哪里采用不同的方法或改變實(shí)現(xiàn)方式可能會(huì)非常有利，以及在哪里可能存在潛在的權(quán)衡。一個(gè)反復(fù)出現(xiàn)的例子是從浮點(diǎn)運(yùn)算切換到整數(shù)運(yùn)算：在原型階段，這可能看起來并不重要，但如果優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，精度損失很小或可以控制，可能會(huì)得到一個(gè)更簡(jiǎn)單、更小、更便宜的解決方案，并節(jié)省幾瓦的功耗。

• 引入新的解決方案或想法，例如利用系統(tǒng)中可用功能在數(shù)據(jù)“就在那里且可用時(shí)”進(jìn)行的“免費(fèi)”操作。這可以減輕數(shù)據(jù)帶寬的負(fù)擔(dān)，因?yàn)榉駝t這些操作可能需要稍后再次獲取相同的數(shù)據(jù)。

進(jìn)步并非只帶來挑戰(zhàn)！如今，得益于瑞薩的虛擬軟件開發(fā)環(huán)境，我們的合作可以更早地開始：R-Car用戶現(xiàn)在可以在芯片可用之前就開始設(shè)計(jì)和測(cè)試軟件，而過去只能在芯片出來后才能開始。他們提供的反饋以及上述瑞薩的指導(dǎo)現(xiàn)在從第一天起就開始了。難道我們?cè)谶@里停下來就可以稱之為成功了嗎？顯然不是！進(jìn)步是沒有極限的，通過合作，我們能夠不斷更新我們對(duì)明天自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的理解，并通過提供最先進(jìn)的處理解決方案來預(yù)見并成功地將其推向大眾市場(chǎng)。