智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)計(jì)算平臺(tái)測(cè)試與裝調(diào) 課件 項(xiàng)目一 計(jì)算平臺(tái)認(rèn)知 - 副本

項(xiàng)目一

計(jì)算平臺(tái)認(rèn)知學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)能夠解釋計(jì)算平臺(tái)的定義。能夠概述計(jì)算平臺(tái)的功能。能夠說(shuō)明計(jì)算平臺(tái)的結(jié)構(gòu)。能夠列出計(jì)算平臺(tái)的種類(lèi)。能夠解釋計(jì)算平臺(tái)的工作原理。了解計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)綜合學(xué)習(xí)能力。培養(yǎng)思維構(gòu)建能力。認(rèn)識(shí)計(jì)算平臺(tái)任務(wù)1任務(wù)目標(biāo)通過(guò)對(duì)本任務(wù)的學(xué)習(xí)，達(dá)到如下所列目標(biāo)的要求。能夠解釋計(jì)算平臺(tái)的定義。能夠概述計(jì)算平臺(tái)的功能。能夠說(shuō)明計(jì)算平臺(tái)的結(jié)構(gòu)。能夠列出計(jì)算平臺(tái)的種類(lèi)。能夠解釋計(jì)算平臺(tái)的工作原理。計(jì)算平臺(tái)定義定義是支撐智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)駕駛自動(dòng)化功能實(shí)現(xiàn)的軟硬件一體化平臺(tái)；包括芯片、模組、接口等硬件以及系統(tǒng)軟件、功能軟件等軟件；基于高性能芯片和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的汽車(chē)計(jì)算控制的核心；可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的狀態(tài)判斷、行為決策和車(chē)輛控制。特點(diǎn)采用異構(gòu)分布式構(gòu)架；能夠集成多個(gè)SoC(系統(tǒng)級(jí)芯片)計(jì)算平臺(tái)的功能智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的“大腦”計(jì)算平臺(tái)的結(jié)構(gòu)異構(gòu)分布架構(gòu)的硬件平臺(tái)和自動(dòng)駕駛操作系統(tǒng)計(jì)算平臺(tái)的結(jié)構(gòu)異構(gòu)構(gòu)架硬件平臺(tái)AI計(jì)算單元、通用計(jì)算單元、控制單元、安全處理單元。結(jié)構(gòu)靈活；可配置擴(kuò)展；算力可提高。特點(diǎn)單一芯片無(wú)法滿足算力的要求，需要采用異構(gòu)架芯片方案，在單卡板上集成多種架構(gòu)芯片。計(jì)算平臺(tái)的結(jié)構(gòu)異構(gòu)構(gòu)架硬件平臺(tái)-AI計(jì)算單元功能架構(gòu)性能通信負(fù)責(zé)圖像處理、深度學(xué)習(xí)推理等數(shù)據(jù)密集型計(jì)算FPGA、DSP、GPU、NPU、TPU等專(zhuān)用加速器等引入到AI計(jì)算單元中，并負(fù)責(zé)不同的計(jì)算任務(wù)對(duì)AI計(jì)算單元的算力需求持續(xù)增長(zhǎng)，需要通過(guò)芯片制程升級(jí)以及內(nèi)存訪問(wèn)、數(shù)據(jù)傳輸、電源管理、時(shí)鐘管理、電路設(shè)計(jì)的優(yōu)化提升AI計(jì)算單元的能效高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線（PCIE）、計(jì)算快速鏈路（CXL）、英偉達(dá)高速GPU互連技術(shù)（NVLink）、高帶寬內(nèi)存、片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）優(yōu)化等高速互聯(lián)技術(shù)加快普及應(yīng)用計(jì)算平臺(tái)的結(jié)構(gòu)異構(gòu)構(gòu)架硬件平臺(tái)-通用I計(jì)算單元功能架構(gòu)結(jié)構(gòu)性能負(fù)責(zé)處理通用計(jì)算任務(wù)通常采用ARM架構(gòu)，近年來(lái)業(yè)界也在嘗試基于RISCV架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)由多個(gè)車(chē)規(guī)級(jí)多核CPU組成單核主頻高、計(jì)算能力強(qiáng)計(jì)算平臺(tái)的結(jié)構(gòu)異構(gòu)構(gòu)架硬件平臺(tái)-控制單元功能結(jié)構(gòu)其他負(fù)責(zé)運(yùn)行安全車(chē)控相關(guān)的單一計(jì)算任務(wù)基于車(chē)控MCU，包含實(shí)時(shí)多核CPU、嵌入式存儲(chǔ)單元以及必要的I/O與通信接口為滿足實(shí)時(shí)性要求，需對(duì)MCU取指令的通路、數(shù)據(jù)存取通路等特別設(shè)計(jì)，同時(shí)通過(guò)提升MCU核心工作頻率、使用實(shí)時(shí)的軟件任務(wù)調(diào)度器等，減少任務(wù)切換延遲。MCU還需要集成Ethernet/CAN-FD等高速接口，提供硬件的包轉(zhuǎn)發(fā)、路由等功能，減少CPU資源消耗，降低延遲，提供數(shù)據(jù)交換的吞吐量計(jì)算平臺(tái)的結(jié)構(gòu)異構(gòu)構(gòu)架硬件平臺(tái)-安全處理單元功能結(jié)構(gòu)其他負(fù)責(zé)安全業(yè)務(wù)的處理IST）電路監(jiān)測(cè)電路工作狀態(tài)對(duì)于部分執(zhí)行單元采用冗余電路設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)高功能安全等級(jí)要求在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)通信鏈路上，采用奇偶校驗(yàn)編碼保證端到端的數(shù)據(jù)傳輸安全性在架構(gòu)層面，一些大型SoC采用安全島技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)功能的監(jiān)控與錯(cuò)誤處理為減少CPU負(fù)載，對(duì)稱(chēng)、非對(duì)稱(chēng)、哈希等加解密算法加速單元被越來(lái)越多地集成到芯片之中安全與非安全執(zhí)行環(huán)境的隔離既有基于虛擬化技術(shù)的邏輯CPU方案，也可基于硬件電路完全隔離的硬件安全模塊（HSM）技術(shù)計(jì)算平臺(tái)的結(jié)構(gòu)車(chē)控操作系統(tǒng)智能駕駛操作系統(tǒng)安全車(chē)控操作系統(tǒng)按應(yīng)用領(lǐng)域劃分系統(tǒng)軟件功能軟件按邏輯層次劃分是車(chē)載智能計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)的核心部分計(jì)算平臺(tái)的結(jié)構(gòu)車(chē)控操作系統(tǒng)-系統(tǒng)軟件跨內(nèi)核驅(qū)動(dòng)框架虛擬化管理操作系統(tǒng)內(nèi)核系統(tǒng)接口與系統(tǒng)中間件架構(gòu)設(shè)計(jì)硬件抽象核心接口驅(qū)動(dòng)模型包括Hypervisor和虛擬機(jī)監(jiān)視器（VMM）等，利用硬件輔助虛擬化技術(shù)有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的整合和隔離。管理汽車(chē)的硬件資源，并為上層軟件提供進(jìn)程、線程、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)和安全等基礎(chǔ)支持。系統(tǒng)接口是操作系統(tǒng)內(nèi)核對(duì)上層軟件提供的服務(wù)接口，支持內(nèi)存分配、調(diào)度管理、I/O處理、同步互斥等功能。系統(tǒng)中間件向下獲取操作系統(tǒng)內(nèi)核的系統(tǒng)接口服務(wù)支持，向上支撐功能軟件層提供系統(tǒng)中間件的服務(wù)和接口。為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)的復(fù)雜大規(guī)模嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。包括跨內(nèi)核驅(qū)動(dòng)框架、虛擬化管理、操作系統(tǒng)內(nèi)核、系統(tǒng)接口與系統(tǒng)中間件。計(jì)算平臺(tái)的結(jié)構(gòu)車(chē)控操作系統(tǒng)-功能軟件功能中間件應(yīng)用支撐層應(yīng)用軟件接口及服務(wù)是功能軟件的核心和驅(qū)動(dòng)部分，由數(shù)據(jù)抽象、數(shù)據(jù)流框架、車(chē)云協(xié)同框架、安全框架組成使用SOA服務(wù)等方式為智能駕駛功能提供支持，主要包含算法/模型庫(kù)和基礎(chǔ)服務(wù)是車(chē)控操作系統(tǒng)為應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)所提供的封裝程序，降低技術(shù)門(mén)檻，提升開(kāi)發(fā)效率應(yīng)用軟件接口主要包括配置接口、加載接口和數(shù)據(jù)交換接口根據(jù)自動(dòng)駕駛共性需求定義和實(shí)現(xiàn)通用模塊，是支撐智能駕駛應(yīng)用生態(tài)建設(shè)的重要層級(jí)。功能軟件包括功能中間件、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用軟件接口及服務(wù)。計(jì)算平臺(tái)的特點(diǎn)硬件平臺(tái)方面軟件方面升級(jí)計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)硬件架構(gòu)根據(jù)車(chē)用芯片當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r增加安全處理單元應(yīng)對(duì)各類(lèi)安全需求優(yōu)化明確概念邊界擴(kuò)充、迭代、細(xì)化其功能軟件及系統(tǒng)軟件各層內(nèi)各模塊分工及技術(shù)棧計(jì)算平臺(tái)的特點(diǎn)分層解耦采用分層解耦的架構(gòu)：既使得軟件功能不依賴(lài)于底層特定硬件，更能將復(fù)雜系統(tǒng)劃分為具有明確功能的不同層次實(shí)現(xiàn)每個(gè)層次的高內(nèi)聚與層次之間的低耦合，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性增加安全性、可靠性、可維護(hù)性、可移植性和可擴(kuò)展性，提升開(kāi)發(fā)效率靈活實(shí)現(xiàn)“性能優(yōu)先”和“成本優(yōu)先”的差異化產(chǎn)品需求更好支持不同的技術(shù)路線計(jì)算平臺(tái)的特點(diǎn)互聯(lián)通信面向人機(jī)物融合泛在計(jì)算的新模式和新場(chǎng)景：需要實(shí)現(xiàn)泛在感知與泛在互聯(lián)，包括車(chē)聯(lián)網(wǎng)（V2X）、移動(dòng)通信（4G、5G）、增強(qiáng)的位置和導(dǎo)航服務(wù)、無(wú)線短距通信等需要結(jié)合車(chē)內(nèi)通信、車(chē)云通信、車(chē)人通信等業(yè)務(wù)場(chǎng)景，充分吸納已有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐，保障系統(tǒng)的兼容性和可移植性計(jì)算平臺(tái)的特點(diǎn)安全融合從車(chē)載智能計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)整體角度考慮安全體系建設(shè)：將功能安全、預(yù)期功能安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、OTA安全有機(jī)融入到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)維、報(bào)廢的全過(guò)程中采用軟硬件結(jié)合的安全技術(shù)，打造全棧內(nèi)生安全體系，提升安全策略的通用性和靈活度，同時(shí)兼顧產(chǎn)品的性能和成本計(jì)算平臺(tái)的特點(diǎn)AI大模型融合探索和發(fā)揮AI大模型在智能駕駛系統(tǒng)感知、理解和決策能力等方面的提升作用研究和把握多模態(tài)整合、多模型合并、端到端、輕量化演進(jìn)等創(chuàng)新態(tài)勢(shì)加強(qiáng)AI大模型訓(xùn)練、推理與車(chē)載智能計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)研發(fā)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)的融合重點(diǎn)在數(shù)據(jù)閉環(huán)、自動(dòng)標(biāo)注、場(chǎng)景構(gòu)建等云端環(huán)節(jié)使用大模型提高效率、降低成本在智能駕駛、智能座艙等車(chē)端環(huán)節(jié)使用大模型提供更豐富、適用的應(yīng)用服務(wù)計(jì)算平臺(tái)的種類(lèi)目前主流的計(jì)算平臺(tái)種類(lèi)：基于GPU的計(jì)算方案：英偉達(dá)（NVIDIA）系列產(chǎn)品就提供了GPU的解決方案基于NPU的計(jì)算方案：MDC智能駕駛計(jì)算平臺(tái)基于FPGA的計(jì)算方案：百度的智能駕駛計(jì)算平臺(tái)ACU基于ACIS的計(jì)算方案：Mobileye計(jì)算平臺(tái)的工作原理負(fù)責(zé)完成感知環(huán)節(jié)的識(shí)別、融合任務(wù)以及整個(gè)決策環(huán)節(jié)，需要處理海量數(shù)據(jù)和進(jìn)行復(fù)雜的邏輯運(yùn)算計(jì)算平臺(tái)的工作原理感知環(huán)節(jié)環(huán)境感知傳感器的數(shù)據(jù)處理，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知和自身定位傳感器實(shí)時(shí)采集路況信息→網(wǎng)絡(luò)傳輸至計(jì)算平臺(tái)→對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、識(shí)別算法程序利用中間層提供的統(tǒng)一接口訪問(wèn)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)經(jīng)過(guò)虛擬機(jī)調(diào)用計(jì)算芯片SoC中的相關(guān)資源，完成傳感器數(shù)據(jù)的處理工作計(jì)算平臺(tái)的工作原理定位通過(guò)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）、慣性測(cè)量單元（IMU）、高清地圖等獲取車(chē)輛自身的空間狀態(tài)信息計(jì)算平臺(tái)通過(guò)環(huán)境狀態(tài)信息、自身狀態(tài)信息為車(chē)輛的預(yù)測(cè)、規(guī)劃等決策環(huán)節(jié)提供依據(jù)計(jì)算平臺(tái)的工作原理決策感知模塊完成智能傳感器的數(shù)據(jù)處理后，將結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)中間層傳遞給決策模塊決策模塊調(diào)用基礎(chǔ)算法模塊，層層經(jīng)過(guò)中間層、操作系統(tǒng)和虛擬機(jī)調(diào)用CPU等硬件資源完成復(fù)雜計(jì)算最后將決策結(jié)果，如目標(biāo)路徑、車(chē)速等信息，通過(guò)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)從車(chē)載智能計(jì)算平臺(tái)傳遞至底盤(pán)、動(dòng)力域控制器。任務(wù)小節(jié)計(jì)算平臺(tái)發(fā)展概述任務(wù)2任務(wù)目標(biāo)了解計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀。掌握計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀。了解計(jì)算芯片的發(fā)展趨勢(shì)。計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀汽車(chē)新四化帶來(lái)變革電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化和共享化汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈變革：傳統(tǒng)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈→新一代汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈條傳統(tǒng)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈新一代汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈條計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀傳統(tǒng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈條特點(diǎn)形成了十分穩(wěn)固的Tier2（二級(jí)供應(yīng)商)—Tier1（一級(jí)供應(yīng)商）供應(yīng)關(guān)系傳統(tǒng)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈Tier1是與企業(yè)直接進(jìn)行業(yè)務(wù)交易的伙伴T(mén)ier2是位于供應(yīng)鏈中較低層級(jí)的供應(yīng)商或服務(wù)提供商，通常是Tier1供應(yīng)商的供應(yīng)商或服務(wù)提供商計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀新一代汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈條智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的網(wǎng)絡(luò)屬性將引起行業(yè)和用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全的密切關(guān)注，而以上這些都無(wú)法單獨(dú)依靠傳統(tǒng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)新一代汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈條涵蓋多領(lǐng)域技術(shù)的Tier1.5概念被提出，Tier1.5是Tier1與Tier2之間的重要樞紐和橋梁從商業(yè)鏈條上承接或者彌補(bǔ)Tier1與Tier2之間的鴻溝，并通過(guò)其軟硬件優(yōu)化，協(xié)同各廠商打破原有垂直化封閉產(chǎn)業(yè)鏈條，橫向打通融合交叉領(lǐng)域計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀新型計(jì)算平臺(tái)基于異構(gòu)分布的硬件平臺(tái)，集成自動(dòng)駕駛操作系統(tǒng)，可以提供高性能的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)集中控制策略，保障智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)感知、規(guī)劃、決策、控制功能模塊的高速可靠運(yùn)行，保障了大量互聯(lián)信息的高效傳輸及管理百度：華為：推出的集成自主研發(fā)的操作系統(tǒng)，是平臺(tái)化、標(biāo)準(zhǔn)化的系列產(chǎn)品，支持L2-L5級(jí)自動(dòng)駕駛的平滑演進(jìn)，具有高效、安全、高可靠、高能效、高確定性、低延時(shí)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)地平線：特斯拉：早期開(kāi)始研發(fā)計(jì)算平臺(tái)的整車(chē)企業(yè)之一，是全球智能駕駛領(lǐng)域的標(biāo)桿，其自主研發(fā)的Autopilot系統(tǒng)的出色表現(xiàn)來(lái)自于它高性能車(chē)載計(jì)算平臺(tái)計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)安全性遇到的問(wèn)題：賬戶(hù)被黑客攻擊數(shù)據(jù)泄露網(wǎng)絡(luò)病毒等解決方案：借鑒安全領(lǐng)域的新