实现中国车规级AI芯片量的产零突破！地平线推出征程二代

人工智能？自动驾驶？听着就让“芯片”觉得压力山大，在对算力的双重超高要求下，如何推出一款面向复杂场景的车载AI芯片是一道业界难题。

车规级AI芯片有多难做？

首先，对于自动驾驶芯片而言，毫秒级的低延迟是安全之根本。自动驾驶技术虽然有望减少96%的车祸率，但这是以芯片拥有超低延迟为前提的。

其次，自动驾驶技术带来的海量计算，对芯片的功耗提出了极致要求。在车载环境下的数据吞吐量非常巨大，一辆自动驾驶汽车每天能够产生600-1000TB的数据计算，而且未来将成为主流的新能源汽车本身也是通过电池供能的，在封闭环境中散热很困难。所以车载AI芯片需要具备极低功耗的特性。

海量计算还需要更强悍的计算平台资源作为支撑，但这会带来很高的成本。如果芯片的成本能够相对更低，这将为产品的竞争力添砖加瓦。

低延迟、低功耗、低成本，提出要求很简单，怎么去解决就需要设计人员耗费心血了。国内AI 芯片技术公司地平线创始人余凯博士指出，抛开芯片的这些基础特性，首先要闯的一关就是车规级验证。地平线于今（30）日刚刚推出了中国首款车规级AI芯片——征程二代（Journey 2）边缘人工智能视觉芯片。

据了解，车规级质量测试标准（AEC-Q100）需要经过环境压力加速测试、使用寿命模拟测试、封装组装整合测试、电气特性确认测试、瑕疵筛选监控测试和封装凹陷整合测试。

普通的消费类电子产品对环境工作温度的要求是0~85℃，而车规级的要求是-40~125℃；前者的最大缺陷故障率为0.03%，而车规级要做到硬件故障率为0。

车规级芯片产品的开发周期长、难度大，是硬科技的比拼和长跑道的创新。余凯表示，车规级就意味着极高的安全性、可靠性和稳定性要求。在车载半导体领域，跑在前面的公司就会一直跑在前面，因为这样的公司拥有非凡的、超常的技术壁垒。

全面优化的征程二代

“我们的企业文化就是：耐得寂寞。”余凯在谈到车规级产品的开发时说道。

据余凯介绍，地平线的征程二代已经通过了AEC-Q100测试标准，该芯片采用台积电的28nm HPC+工艺制造，搭载地平线自主创新研发的高性能计算架构BPU2.0（Brain Processing Unit）,可提供超过4 TOPS的等效算力，更重要的是典型功耗只有2瓦。

具体来说，征程二代还具有以下四大极致效能：

极高的算力利用率：典型算法模型的算力利用率大于90%。

极高的算力有效性：配合高效的算法，每TOPS 算力可以处理的帧数可达同等算力GPU的10倍以上。

出色的感知可靠性：典型目标的识别精度超过99%，延迟小于100毫秒。

卓越的感知丰富性：可以识别超过60个类别的目标，每秒目标识别数量超过2000个。

关于征程二代为何效能如此之高，地平线的联合创始人黄畅向集微网表示，主要得益于地平线首重效能、兼顾灵活的BPU架构。

除了BPU，地平线还重新定义了AI处理器性能的评估方式，经典的芯片性能评估方式是PPA，包括Power（功耗）、Performance（性能）和Aera（面积），传统AI芯片真实性能往往通过TOPS/Watt（能效比）和TOPS/$（性价比）来体现。

但黄畅指出，真正的AI芯片性能还包括算法处理速度和精度，算力的利用率以及算力转化为AI性能的效率等。随着算法的演进，趋势是用更少的计算次数达到更高的AI性能，征程二代芯片对于典型、高效、先进的算法可以保持芯片利用率大于90%，而GPU只能做到20~30%。

黄畅强调，全面的优化还要包括编译器和Runtime的优化，以及连接芯片的软件优化，而不仅仅只有算法和芯片的优化。

据介绍，芯片的内部和外部都有存储器。如果使用片外存储器，那么传输带宽仅为10G/s，传输延迟高达100ns，传输功耗大约为640PJ。但是如果使用片内存储，那么传输带宽将达到1000G/s，延迟则低至5ns，传输功耗同样也降低到5PJ。

所以，地平线将数据和计算拆分至合适大小在片上缓存，采用多级并行、数据复用的方式，直接在片内完成，达到降低功耗和提升性能的目的。通过编译器的自动优化，可以将单帧计算延迟降低一半， 单帧带宽也从142MB降低到34MB。

黄畅表示：“地平线的征程二代芯片设计较为激进，这是为了适应未来最主流的算法，让处理器继续高效运行。”

过去、现在和将来

地平线成立于2015年，是台积电全球首个AI芯片客户。2017年，地平线基于人工智能专用计算架构BPU，成功流片量产了中国首款边缘人工智能处理器 “征程”系列处理器和专注于AIoT的“旭日”系列处理器，并已大规模商用。

今年年初，地平线车规级芯片征程二代成功流片后，已在高级别自动驾驶、辅助驾驶（ADAS)、多模交互等方向斩获多达5个国家的客户的前装定点，并有望于明年上半年获得双位数的前装车型定点。

在美、德、中、日全球四大主流汽车市场地平线获得了多家重量级客户的认可，已同包括奥迪、博世、上汽、广汽、长安、比亚迪等国内外顶级Tier 1和汽车厂商，以及禾赛科技、高新兴、首汽约车、SK电讯等科技公司及出行服务商达成战略合作。

基于征程二代，地平线还推出了Matrix二代自动驾驶计算平台及视觉感知方案。相比上一代Matrix，Matrix二代在算力提升高达16倍的同时，功耗仅为原来的2/3，同时可支持高达800万像素的视频输入，行人检测距离高达100米。

伴随着征程二代芯片正式量产，地平线还推出了AI芯片工具链 Horizon OpenExplorer（地平线“天工开物”）。Horizon OpenExplorer 包含面向实际场景进行AI算法和应用开发的全套工具。

关于未来，地平线上海芯片研发中心总经理吴征透露，搭载BPU3.0的征程三代芯片将于明年正式推出，该芯片将符合AEC-Q100和ISO 26262车规级标准。届时，基于该芯片的新一代Matrix自动驾驶计算平台算力将高达192TOPS（特斯拉最新自动驾驶平台为144TOPS）。

地平线副总裁 & 智能驾驶产品线总经理张玉峰则兴奋的表示，征程芯片两年内将有百万量级的前装装车量，五年内有望完成千万量级的目标。

众所周知，车载AI芯片是自动驾驶实现大规模落地的前提，但它也是人工智能行业的珠穆朗玛峰。此次地平线率先推出首款车规级AI芯片不仅实现了中国车规级AI芯片量产零的突破，也补齐了国内自动驾驶产业生态建设的关键环节。

余凯博士表示：“未来，地平线将持续发挥AI时代底层赋能者的核心优势，秉持开放赋能的心态，助推自动驾驶时代早日到来。”