計(jì)算平臺(tái)：智能網(wǎng)聯(lián)汽車下一個(gè)主戰(zhàn)場(chǎng)

趙世佳

智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算平臺(tái)是基于高性能芯片和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)構(gòu)建的整車計(jì)算控制核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛進(jìn)行狀態(tài)判斷、行為決策和整車控制。J.P.摩根預(yù)測(cè)，隨著車載計(jì)算平臺(tái)的規(guī)?；瘧?yīng)用，全球汽車芯片市場(chǎng)在2025年前將會(huì)達(dá)到730億美元的規(guī)模。智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算平臺(tái)的技術(shù)研發(fā)，將實(shí)現(xiàn)汽車與通信、信息、交通等多領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng)新、融合發(fā)展，是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的重要支撐，有助于我國(guó)建設(shè)智慧交通和智慧城市，對(duì)我國(guó)搶占汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點(diǎn)和汽車強(qiáng)國(guó)建設(shè)具有重要意義。

汽車產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局面臨新挑戰(zhàn)

從硬件方面來(lái)看，由于駕駛場(chǎng)景復(fù)雜和難以預(yù)測(cè)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車相比手機(jī)，需要超過(guò)100倍的計(jì)算能力、超過(guò)10000倍的數(shù)據(jù)生成速度，具有更加嚴(yán)格的最低延遲要求。這些能力正是英特爾、高通、英偉達(dá)等公司所擅長(zhǎng)的。從軟件方面來(lái)看，目前在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)已逐步取代傳統(tǒng)算法?；谏疃葘W(xué)習(xí)的人工智能已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車的計(jì)算機(jī)視覺(jué)、傳感器融合、目標(biāo)識(shí)別等各個(gè)領(lǐng)域。谷歌已經(jīng)完成TPU計(jì)算芯片自主研發(fā)設(shè)計(jì)，英特爾斥資2500億元收購(gòu)Mobileye，加快布局自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，國(guó)際IT巨頭戰(zhàn)略布局已經(jīng)轉(zhuǎn)移到以人工智能和自動(dòng)駕駛為核心的未來(lái)計(jì)算領(lǐng)域，集算法與芯片于一體，發(fā)力智能網(wǎng)聯(lián)汽車大腦。

汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展趨勢(shì)不僅使汽車自身結(jié)構(gòu)發(fā)生變革，也推動(dòng)汽車互聯(lián)、汽車共享經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，信息技術(shù)和智能服務(wù)在汽車產(chǎn)品價(jià)值鏈中的比重快速上升。汽車產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局正逐漸從垂直整合走向水平擴(kuò)展，產(chǎn)業(yè)門檻將逐步降低，產(chǎn)業(yè)邊界漸趨模糊。ICT企業(yè)正從底層零部件供應(yīng)商走向前臺(tái)，成為國(guó)際整車及零部件巨頭的戰(zhàn)略合作者。

（一）計(jì)算平臺(tái)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展關(guān)鍵

從內(nèi)部條件看，一是汽車本身計(jì)算能力需求大幅增長(zhǎng)。隨著汽車功能電子化，數(shù)據(jù)種類、數(shù)量以及處理需求都在不斷增加，同時(shí)涉及汽車安全的功能對(duì)時(shí)延和準(zhǔn)確性都要求極高。二是自動(dòng)駕駛對(duì)計(jì)算能力的需求更高。智能網(wǎng)聯(lián)汽車需要攝像頭、雷達(dá)、V2X通信模塊等多源數(shù)據(jù)融合，為了保證實(shí)時(shí)性要求，對(duì)于計(jì)算資源的要求也變得極高。目前，傳統(tǒng)CPU的計(jì)算能力已經(jīng)不能滿足計(jì)算平臺(tái)的計(jì)算需求，基于人工智能和深度學(xué)習(xí)的自動(dòng)駕駛計(jì)算量甚至達(dá)到了10個(gè)TOPS（每秒萬(wàn)億次操作）的級(jí)別。從外部環(huán)境看，硬件計(jì)算能力不斷升級(jí)，手機(jī)等消費(fèi)電子的硬件性能已經(jīng)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)汽車電子硬件，同時(shí)人工智能等技術(shù)已接近應(yīng)用階段，圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理等應(yīng)用精度不斷提高。

（二）智能化網(wǎng)聯(lián)化對(duì)計(jì)算平臺(tái)提出更高要求

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的特點(diǎn)是通過(guò)增加更多的智能傳感器，如高清攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等，并且對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、分析、共享，從而逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛和車路協(xié)同。要實(shí)現(xiàn)車輛的智能化和網(wǎng)聯(lián)化，需要掌握控制器芯片處理能力以及信息安全管控能力。為此，以博世、大陸、德?tīng)柛槭椎牧悴考揞^提出了域控制器（DCU，Domain Control Unit）的概念，根據(jù)汽車電子部件功能將整車劃分為動(dòng)力總成、車輛安全、車身電子、智能座艙和智能駕駛等幾個(gè)域，利用處理能力更強(qiáng)的多核CPU/GPU芯片相對(duì)集中地控制每個(gè)域，以取代目前的分布式汽車電子電氣架構(gòu)。汽車電子安全件和非安全件的融合，已經(jīng)成為智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的必然趨勢(shì)，同時(shí)，逐步引入了虛擬機(jī)管理的概念，基于AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)提出的AUTOSAR Adaptive Platform版本，拓展到了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的應(yīng)用領(lǐng)域。引入虛擬機(jī)管理的關(guān)鍵意義在于虛擬機(jī)可以提供一個(gè)同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)獨(dú)立操作系統(tǒng)的環(huán)境，在智能座艙ECU中同時(shí)運(yùn)行Android（車載功能）和QNX（電控功能），為智能網(wǎng)聯(lián)的應(yīng)用提供高性價(jià)比且符合安全要求的平臺(tái)，目前面向汽車的虛擬機(jī)管理程序QNX、Wind Rive等已開(kāi)發(fā)商用化產(chǎn)品。

我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算平臺(tái)仍存短板

（一）互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)加快計(jì)算平臺(tái)研發(fā)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算平臺(tái)的研發(fā)需要巨大的資金投入、雄厚的技術(shù)儲(chǔ)備和強(qiáng)大的資源整合能力，目前國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)普遍未將其提升到戰(zhàn)略高度加以重視，推進(jìn)速度較慢。然而，以BAT、中興、華為等為代表的信息技術(shù)企業(yè)卻十分重視、大力投入，依托強(qiáng)大的用戶資源和較強(qiáng)的軟件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)能力，從車載系統(tǒng)、芯片等入手，搭建生態(tài)，搶占市場(chǎng)，倒逼整車企業(yè)加快布局，加緊重塑汽車產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈，成為汽車領(lǐng)域新力量。

（二）硬件設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)剛起步，芯片被外資掌控

智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算平臺(tái)對(duì)傳感、控制和執(zhí)行系統(tǒng)提出的高計(jì)算效率、高實(shí)時(shí)性和高可靠性等需求，需要高效的汽車級(jí)芯片或?qū)Ｓ锰幚砟K作為硬件支撐。我國(guó)90%的車用傳感器技術(shù)及產(chǎn)品市場(chǎng)被大陸、博世、德?tīng)柛！⒒裟犴f爾等外資企業(yè)壟斷，尤其是在激光雷達(dá)、攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等高性能傳感器方面，對(duì)外依存度非常高。汽車電子控制器硬件的核心在于微處理器，自動(dòng)駕駛的發(fā)展使得汽車微處理器處理的數(shù)據(jù)量成幾何級(jí)增長(zhǎng)，需要汽車微處理器有高性能計(jì)算能力，特別是汽車識(shí)別行人物體的計(jì)算機(jī)視覺(jué)和深度學(xué)習(xí)功能要求芯片具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)計(jì)算處理能力。全球微處理器市場(chǎng)主要由外資企業(yè)恩智浦、TI、英飛凌、瑞薩、ADI等壟斷。目前，國(guó)內(nèi)院校和企業(yè)尚不具備設(shè)計(jì)能滿足需求的計(jì)算平臺(tái)硬件的研發(fā)能力，雖積累了一定的集成電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，但智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算平臺(tái)需要的產(chǎn)品級(jí)硬件設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)工具鏈等主要由國(guó)外企業(yè)掌控，實(shí)際使用的芯片大多依靠進(jìn)口。

（三）軟件獨(dú)立開(kāi)發(fā)能力不足

智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算平臺(tái)各類控制器設(shè)計(jì)所需的設(shè)計(jì)工具、程序庫(kù)和操作系統(tǒng)被國(guó)外企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)軟件開(kāi)發(fā)商尚未完全掌握應(yīng)用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算平臺(tái)的軟件解決方案。目前，國(guó)內(nèi)具備基于主流平臺(tái)進(jìn)行軟件二次開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的能力，而獨(dú)立開(kāi)發(fā)、更新和維護(hù)的能力尚有不足。在算法方面，近年來(lái)車載計(jì)算平臺(tái)國(guó)際上在集成控制和協(xié)同控制領(lǐng)域已取得較大進(jìn)展，雖初步形成了產(chǎn)業(yè)化能力，目前國(guó)內(nèi)公司在單車集成控制方面有若干企業(yè)的算法技術(shù)已經(jīng)能基本實(shí)現(xiàn)輔助駕駛的功能，在車輛識(shí)別率等關(guān)鍵指標(biāo)上與Mobileye差距不大，在視覺(jué)和語(yǔ)音計(jì)算領(lǐng)域具有一定競(jìng)爭(zhēng)力。但在部分領(lǐng)域另有較大差距，例如在激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及車載應(yīng)用研究中，難以掌握核心算法；高精度定位系統(tǒng)的相關(guān)研發(fā)企業(yè)少，尚未形成穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)鏈。

（四）缺乏車載計(jì)算平臺(tái)認(rèn)證測(cè)試規(guī)范

我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車車載計(jì)算平臺(tái)相關(guān)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、方法、設(shè)施缺乏系統(tǒng)性和完整性。由于缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，企業(yè)各自開(kāi)發(fā)的計(jì)算平臺(tái)產(chǎn)品及系統(tǒng)之間難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，更難以與車輛以外的網(wǎng)絡(luò)終端實(shí)現(xiàn)深度互聯(lián)，這對(duì)未來(lái)車載計(jì)算平臺(tái)的大規(guī)模應(yīng)用極其不利。此外，由于車載計(jì)算平臺(tái)的安全保障非常重要，任何漏洞都可能為黑客所利用，通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)控制車載電子系統(tǒng)，從而導(dǎo)致用戶隱私和商業(yè)數(shù)據(jù)失竊等一系列風(fēng)險(xiǎn)，甚至?xí)?duì)人身財(cái)產(chǎn)、社會(huì)安全造成威脅。

四招破解“瓶頸”

（一）加快汽車級(jí)芯片研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化

統(tǒng)籌利用國(guó)家研發(fā)計(jì)劃和重大專項(xiàng)，加大科技專項(xiàng)資金對(duì)車載計(jì)算平臺(tái)核心關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)支持，力爭(zhēng)在感知識(shí)別、多源信息融合、人機(jī)交互、深度學(xué)習(xí)算法等技術(shù)領(lǐng)域取得突破。培育具有自主研發(fā)能力的汽車級(jí)芯片企業(yè)，提高對(duì)關(guān)鍵核心技術(shù)的掌控能力，支持龍頭企業(yè)形成專利池。加快產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)，加大科技專項(xiàng)資金對(duì)車載計(jì)算平臺(tái)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的支持，建立自主可控技術(shù)體系。

（二）加強(qiáng)算法、大數(shù)據(jù)以及云端的集成創(chuàng)新

重點(diǎn)對(duì)算法、大數(shù)據(jù)以及云三端套系統(tǒng)實(shí)施集成創(chuàng)新。一是在算法方面，聚焦智能網(wǎng)聯(lián)汽車核心算法，強(qiáng)化基于深度學(xué)習(xí)的AI芯片與基于規(guī)則的ASIC芯片研發(fā)，加快布局車規(guī)級(jí)平臺(tái)操作系統(tǒng)、信息安全軟件、高精地圖定位軟件、驅(qū)動(dòng)程序、新型車載總線及通信協(xié)議等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，探索建立智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算平臺(tái)IP核庫(kù)。二是在大數(shù)據(jù)方面，緊抓《個(gè)人信息和重要數(shù)據(jù)出境安全評(píng)估辦法》、《智能網(wǎng)聯(lián)汽車公共道路適應(yīng)性驗(yàn)證管理規(guī)范》等政策文件制修訂和出臺(tái)的契機(jī)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)車輛測(cè)試數(shù)據(jù)的收集與管理，形成“邏輯統(tǒng)一、開(kāi)放共享”的關(guān)鍵數(shù)據(jù)資源池，加快開(kāi)展對(duì)數(shù)據(jù)挖掘，提升數(shù)據(jù)資源價(jià)值。三是在云端方面，加快建設(shè)國(guó)家自動(dòng)駕駛監(jiān)管云服務(wù)平臺(tái)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)的綜合分析和利用。

（三）搭建車載計(jì)算平臺(tái)的產(chǎn)品測(cè)試及認(rèn)證環(huán)境

一是建立用于測(cè)試車載計(jì)算平臺(tái)信息安全性及系統(tǒng)可靠性等性能的評(píng)測(cè)體系。重點(diǎn)建設(shè)面向環(huán)境感知、智能決策、自主協(xié)同控制等關(guān)鍵核心技術(shù)的支撐系統(tǒng)，加快形成開(kāi)放式、模塊化、可重構(gòu)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算平臺(tái)的測(cè)試環(huán)境。二是搭建國(guó)家車載計(jì)算平臺(tái)檢測(cè)認(rèn)證服務(wù)平臺(tái)，評(píng)估產(chǎn)品和系統(tǒng)的關(guān)鍵性能，為行業(yè)提供公共技術(shù)及第三方測(cè)試服務(wù)，加快推進(jìn)自動(dòng)駕駛測(cè)試認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)及服務(wù)能力建設(shè)。三是針對(duì)車載計(jì)算平臺(tái)及關(guān)鍵電子部件制定信息安全監(jiān)督認(rèn)證機(jī)制，強(qiáng)化車載計(jì)算平臺(tái)產(chǎn)品和系統(tǒng)信息安全防護(hù)，尤其對(duì)實(shí)現(xiàn)L3及以上級(jí)別的車載計(jì)算平臺(tái)要求實(shí)施強(qiáng)制信息安全認(rèn)證。

（四）建立車載計(jì)算平臺(tái)公開(kāi)道路試驗(yàn)及應(yīng)用環(huán)境

一是跨部門協(xié)同推進(jìn)對(duì)道路基礎(chǔ)設(shè)施的信息化和智能化改造，提高智能道路設(shè)施的普及率。二是支持在符合條件的城市或區(qū)域進(jìn)行試點(diǎn)，推進(jìn)道路的智能化改造，對(duì)上路測(cè)試車輛頒發(fā)臨時(shí)通行牌照。三是針對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全監(jiān)管問(wèn)題，制修訂道路交通規(guī)范，完善交通事故責(zé)任認(rèn)定法規(guī)，構(gòu)建符合國(guó)情的智能交通法規(guī)體系，加強(qiáng)對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)身份、地址、標(biāo)識(shí)等管理機(jī)制的研究，建立安全可控的服務(wù)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，并探索建立安全監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制。