未來的汽車需要什么樣的GPU？

無論是新動(dòng)力系統(tǒng)，車載信息娛樂系統(tǒng)，還是自動(dòng)駕駛汽車，汽車技術(shù)都在以前所未有的速度迅猛發(fā)展。 新的顛覆性技術(shù)和行業(yè)參與者正在向傳統(tǒng)的汽車概念發(fā)起挑戰(zhàn)。明天的駕駛體驗(yàn)將與今天大不相同。

目前在某些地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了自動(dòng)駕駛汽車，預(yù)計(jì)到2030年，路面上四分之一的汽車將在一定程度上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。未來的駕駛艙會(huì)有什么樣的變化?汽車和駕駛員是怎么溝通的? 駕駛員從駕駛責(zé)任中解脫出來，會(huì)給駕駛艙和信息娛樂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來怎樣的影響?

潛在的挑戰(zhàn)

在2025年左右，汽車將實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化，與今天的汽車相比會(huì)有很大的不同。它將在旅途中為乘客提供各種各樣的功能：它可以成為辦公室、起居室、休息場所和娛樂中心。 汽車的設(shè)計(jì)將徹底顛覆當(dāng)前的形式，沒有方向盤和面向汽車內(nèi)部的座椅。 駕駛員無需看到汽車擋風(fēng)玻璃外發(fā)生的一切事情。車窗會(huì)減少或消失，汽車將提供更多的私人空間。 盡管實(shí)現(xiàn)這些尚需時(shí)日，但一些主要趨勢已經(jīng)可以看到。

未來的汽車將裝備大量的屏幕，這將對功能強(qiáng)大、功效高的GPU的需求大大增加，這些GPU可以處理海量像素，并支持增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)、手勢控制和先進(jìn)的人機(jī)接口(HMI)。

有人建議，在下一代汽車中應(yīng)當(dāng)配備10個(gè)屏幕，提供高達(dá)72K的組合分辨率(通過多個(gè)4K分辨率屏幕)。 這包括當(dāng)前已經(jīng)開始部署在高端汽車中的平視顯示器(HUD)。 平視顯示器通常投影到擋風(fēng)玻璃上或具有無限深度的特定屏幕上，因此駕駛員無需像查看現(xiàn)在的傳統(tǒng)儀表板那樣重新調(diào)整視線，就可以在平視視野中看到信息。這些平視顯示器將會(huì)變得更加豐富和復(fù)雜，基于擋風(fēng)玻璃的分屏平視顯示器分為乘客和駕駛員的部分，只有坐在駕駛員或乘客座位上的人才能看到其所對應(yīng)的顯示器。這一技術(shù)的核心是GPU技術(shù)，它不僅將圖像展示到儀表板的屏幕上，而且還將它們展示在平視顯示器上。

比如，注視跟蹤這類的技術(shù)將與有駕駛員的汽車中的HUD結(jié)合，以將駕駛的相關(guān)信息顯示在駕駛員視線的中心。 凝視方向也可以用來判斷駕駛員的注意力是否在道路上。如果駕駛員注意力不集中，通過 GPU上的算法可以進(jìn)行計(jì)算并發(fā)出警示。

人機(jī)接口的重要性

隨著自動(dòng)駕駛從Level 1進(jìn)展到Level 5，在控制需要傳遞給駕駛員的Level 2和Level 3中，HMI將變得越來越重要。此外，當(dāng)汽車代替駕駛員采取動(dòng)作時(shí)，需要給駕駛員發(fā)出通知，這樣他們才不會(huì)被突如其來的操作嚇到。

今天，人們與儀表板的互動(dòng)在很大程度上是基于視覺的。 而未來，語音交互、音頻響應(yīng)、振動(dòng)警報(bào)、手勢控制和預(yù)計(jì)的視覺警告將越來越多地被應(yīng)用到平視顯示器上。

在幫助用戶適應(yīng)自動(dòng)駕駛汽車的新體驗(yàn)時(shí)，新的HMI將發(fā)揮重要的社會(huì)作用。在過渡期間，人們將不得不學(xué)會(huì)相信無人駕駛車輛。乘客應(yīng)該隨時(shí)了解車內(nèi)發(fā)生的情況：為什么選擇這條車道，周圍有哪些車，哪條路很堵，路線是怎么計(jì)算的。 包含了圖像和音頻元素的精心設(shè)計(jì)的HMI將成為接受自動(dòng)駕駛汽車的基礎(chǔ)。人機(jī)界面應(yīng)該通過自然的方式來顯示汽車的決策過程，讓乘客感覺更安全，更舒適。 例如，汽車增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)可以使用具有全息膜的組合玻璃，就像一個(gè)透鏡，只反射特定波長。人們將透過擋風(fēng)玻璃前面的組合玻璃看到投影視頻或交互界面。

當(dāng)然，挑戰(zhàn)也會(huì)不斷出現(xiàn)。 例如，人們必須改掉過去先觀察后視鏡再進(jìn)行操作的基本駕駛習(xí)慣。 而且研發(fā)人員還必須向人們證明HMI的新特點(diǎn)提供的體驗(yàn)比現(xiàn)在更好、更精確。

AR會(huì)給汽車帶來哪些改變?

下一個(gè)十年AR將會(huì)給汽車帶來什么? AR是一種將虛擬世界對象放置在現(xiàn)實(shí)世界中的技術(shù)，通過圖標(biāo)、對象、信息等強(qiáng)化正在查看的內(nèi)容。

有些公司已經(jīng)將前屏用作AR HUD(抬頭顯示技術(shù))的投影。 目前市場上有一些較小的不顯眼的版本，但未來的版本有可能是包羅萬象的。 AR視圖在擋風(fēng)玻璃上被分解成簡化的駕駛員視圖(僅向駕駛員提供關(guān)鍵信息，減少分心)。 在乘客側(cè)，可以顯示更豐富的內(nèi)容，例如餐館的位置、商店、最近的停車場和其他關(guān)注的信息。 AR HUD另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以通過車載攝像頭以及投影到注視中心的關(guān)鍵駕駛信息來推斷注視方向，以允許預(yù)期的頭部移動(dòng)量。

GPU為ADAS提供計(jì)算

隨著邁向完全自主駕駛(Level 5)，車內(nèi)需要更多的駕駛輔助功能，包括緊急自動(dòng)剎車、車道偏離警告、行人檢測、駕駛員提醒、盲點(diǎn)檢測、十字路口輔助等等。

先進(jìn)的GPU是并行處理單元，可用于重復(fù)算法，如在ADAS的許多功能中使用的算法。 GPU的并行性和乘法/累加結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)完美解決方案。

CNN算法已經(jīng)存在了30多年了，直到最近它們才為服務(wù)器群處理提供保護(hù)。 然而，隨著SoC處理技術(shù)的進(jìn)步、CNN算法效率的提高和GPU的進(jìn)步，現(xiàn)在可以開始在網(wǎng)絡(luò)邊緣而不僅僅是在云端實(shí)現(xiàn)。

對于ADAS功能來說，任何需要某種程度的圖像處理的功能，比如提取道路標(biāo)志信息，都非常適合使用CNN來提高整體性能。 與標(biāo)準(zhǔn)的高端CPU相比，嵌入式高端PowerVR GPU提供的性能高20倍，而功耗更低。

最終，CNN在硬件方面將會(huì)加速，因?yàn)樗鼈兊墓δ芤呀?jīng)被很好地理解，甚至已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)化的。 然而，在完全優(yōu)化的解決方案出現(xiàn)之前，GPU計(jì)算可以支持新型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他加速技術(shù)的原型化和部署。

為了提高安全性，硬件虛擬化可以被應(yīng)用到汽車的各種應(yīng)用程序和服務(wù)中。 PowerVR GPU是硬件虛擬化的，所以沒有兩個(gè)操作系統(tǒng) /應(yīng)用程序組合可以使用相同的內(nèi)存空間。 這個(gè)核具有兩級(jí)MMU(內(nèi)存管理單元)，以確保絕對符合這一基本要求。 如果出現(xiàn)下載惡意軟件的情況，只有該容器(在安全管理程序上運(yùn)行的操作系統(tǒng) /應(yīng)用程序)會(huì)崩潰。其他系統(tǒng)都不會(huì)受到影響，例如信息娛樂系統(tǒng)可能會(huì)崩潰，而在GPU上運(yùn)行的ADAS系統(tǒng)和群集/ HUD部分不會(huì)受到影響。

展望未來

Imagination認(rèn)為，必須提前看好自主駕駛市場的發(fā)展方向，并提前四到五年交付硅IP。 那么2018年設(shè)計(jì)的汽車將會(huì)在2023年出現(xiàn)在市場上。 而在2021年上市的汽車，現(xiàn)在基本上已經(jīng)完成了硅片這個(gè)層面的設(shè)計(jì)了。所以Robotaxis今天使用的就是來自Intel，NVIDIA，Bosch，Renesas，TI等公司的芯片產(chǎn)品。

人類正在進(jìn)入最激動(dòng)人心的汽車設(shè)計(jì)革命時(shí)期。駕駛艙設(shè)計(jì)的變化是最關(guān)鍵的，隨著向越來越高的自動(dòng)駕駛水平邁進(jìn)，這些革命終將實(shí)現(xiàn)。 為了在可接受的功耗范圍內(nèi)提供所需的豐富功能和ADAS，HMI及其各種組件會(huì)特別依賴于未來的高性能/低功耗GPU的處理能力。

Imagination Technologies擁有為全球五大汽車芯片供應(yīng)商提供高端GPU的悠久歷史，而這些廠商為全球知名汽車品牌提供基于PowerVR的解決方案。Imagination Technologies將充分利用這一競爭優(yōu)勢來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的未來。