算法战争，车用芯片的下一道“地平线”
“芯芯”之火，可以燎原。在快速崛起的地平线身后，车用AI芯片的“战争”已经全面打响。
模式改变，从卖车到卖“迭代”
2020年，全球汽车产业首次爆发芯片“断供”危机，一家名为地平线的中国芯片企业却迎来首次“上车”，成为继Mobileye和Nvidia后，第三个实现汽车智能芯片前装量产的 AI 芯片公司，也成为首个经过量产验证的中国车规级智能芯片供应商。如今，地平线已与包括长安汽车、上汽集团、奥迪等传统车企巨头，以及理想汽车等新造车势力，达成在智能座舱与自动驾驶等领域的多层次深入合作，包括芯片供应、软件算法协同、联合开发等。首个量产汽车AI芯片征程2截至2020年底，出货量已达16万片， AI算力高达96 TOPS的征程5将于2021年发布，支持L4+自动驾驶的征程6也已经在定义过程中。
“未来十年的变化会非常有趣。”地平线副总裁兼智能驾驶产品线总经理张玉峰向《汽车纵横》表示，在软硬件迭代，以及未来自动驾驶出租车共享模式的推动下，整车迭代周期加快，而汽车生意将迎来新的玩法。
通过“迭代赚钱”在今年已成为新造车势力和传统车企之间的共识。
2019年，特斯拉创始人马斯克便表示：“高销量和高利润率将对我们的财务表现产生深远影响。其中高利润率的部分将来自‘自动驾驶套件’。（fullselfdriving computer，FSD）”2020年，有媒体测算FSD一季度为特斯拉创造2亿美元的收入，至2021年将因此盈利数十亿美元。
中国新造车势力也正加速探索“迭代”的商业化。目前NIO Pilot、小鹏XPilot 3.0的选装售价分别为3.9万元和2万元。而后装价格则为4.5万元和3.6万元。“今年我们会推出更好的政策，让近一半后装用户使用上NOP。”蔚来汽车创始人李斌在去年四季度财报电话会上表示。而小鹏汽车官方则表示，磷酸铁锂版P7的XPilot 3.0配置率高于P7整体的选配占比，“磷酸铁锂电池版本有可能转化为更高的软件普及率。”
2020年，奔驰发布面向2039年的转型战略时，奔驰公司董事会主席康林松
表示：“如今，奔驰将着眼从服务到配件业务，以及愈发重要的，从OTA远程无线升级到订阅服务，力求实现更强的用户忠诚度、更高的重购率以及快速的经常性收益增长。”
要走通“迭代赚钱”的商业模式，拥有可支持迭代的硬件装备是前提。当前，在软件定义汽车理念的驱动下，汽车正在成为四个轮子上的超级AI计算机。智能汽车电子电气构架也在逐步向中央计算构架发展，整个过程将经历分布式ECU架构到域控制器架构，再到中央计算架构的进化。
在构建软件和服务团队能力的同时，越来越多的车企选择预埋硬件，其中既包括高性能的激光雷达、摄像头等传感器设备，重要的则是“汽车大脑”中央域控制器的升级能力。而在智能汽车这个四个轮子上的超级计算机上，最核心的器件就是汽车智能芯片，是智能汽车的数字发动机。
“我们正在支持车企做一些AI计算盒子，现在是基于征程2的盒子，未来只要接口一样，就可以像积木拔插一样升级成为基于征程3的盒子；这样的盒子除支持软件迭代外,还可进一步支持计算平台硬件的升级迭代。”张玉峰表示，地平线支持车企打造的AI计算盒子今年就会在多个车型上量产上车。
正是软件定义汽车、订阅迭代升级模式的出现，为地平线这样AI芯片企业提供了“上车”的机会，但AI上车却绝非坦途。
AI上车，满足多领域的“车规级”
“AI芯片上车的挑战在于满足多领域的‘车规级’。”张玉峰表示。
一方面，相比面积小、功能单一的MCU（单片机）芯片来说，AI芯片面积更大、复杂度会高很多，因此满足环境适应性、寿命、可靠性和一致性等车规级要求的挑战也更大。
另一方面，AI芯片掌控着智能辅助驾驶、自动驾驶等关键实时任务，因此需要满足苛刻的功能安全标准；在算法和软件设计时，同时考虑功能安全和预期功能安全的相关问题。
即系统设计时要减少汽车电子电器硬件失效并降低失效造成的风险；在复杂多样的运行环境中，“软硬件系统开发需能实
“未来十年的变化会非常有趣。”地平线副总裁兼智能驾驶产品线总经理张玉峰向《汽车纵横》表示，在软硬件迭代，以及未来自动驾驶出租车共享模式的推动下，整车迭代周期加快，而汽车生意将迎来新的玩法。
现预期规划的功能”，尽可能规避和降低由于预期功能不足以及性能限制或人员误操作导致的汽车安全风险。除了苛刻的软硬件要求，较长的认证和车型导入周期也是对AI芯片企业的能力和心力的一个考验。
在实现功能的同时，AI算法全面上车的另一个挑战还在于要由“黑”变“白”。
作为实现复杂功能的软件系统，AI模型本身是源代码，甚至软件内部结构都不透明的“灰盒子”甚至“黑盒子”，无法像传统编程语言那样被人理解和溯源。但车用AI芯片与人身安全高度相关，需要能够回溯是哪个点哪个数据导致的问题，能够对问题进行复现和精准的解决。
尤其是在自动驾驶领域，将神经网络用于预测、决策上时，“如果整个决策机制还是一个（无法准确溯源的）灰盒子，车企就不敢用。这就是（与消费类芯片不同）对整个算法架构提出的‘车规级’要
求。这也是全球行业都在共同探索的方向。”张玉峰表示。
算法驱动，从感知到预测
满足车规级量产“上车”只是AI芯片在车用领域迈出的第一步，真正的竞争才刚刚开始。张玉峰向《汽车纵横》表示，相比基于算力需求打造的传统芯片，AI芯片是从场景出发、由算法驱动架构定义的芯片。
AI芯片研发需首先预判其要解决哪些场景问题，以此出发选择最有效的算法，且要在未来3-5年保持算法解决问题的高效性。完成这一系列条件筛选后，再进行AI加速核、系统架构、接口、内存吞吐等具体芯片设计。
而在高级自动驾驶场景之下，高性能传感器每小时传回万亿级的数据量，而AI芯片的任务不仅是处理这些数据，还需要对世界进行预测。“要让车变成老司机，只是感知和认知这个世界还不够，还要能够判断世界下一步会发生什么。”张玉峰表示，“未来感知会是一个标品，而智能的提升则依赖于认知、预测和决策，对于处理能力的需求又要提升1到2个数量级。”
在摩尔定律之下，算力不是无限的，当数据量指数级增长时，单纯叠加芯片算力的意义并不大，关键在于有效算力（包括计算效率）到底有多大。因此， AI芯片不以账面算力论英雄，而以精巧算法和软硬协同论优劣。张玉峰以Google的EfficientNet（神经网络、AI）举例，其神经网络深度只有22层，大小（参数个数）是同为AI翘楚的AlexNet的1/ 12，
VGG的1/ 36，但模型结果却更为优越。这意味着Google的EfficientNet更适应内存或计算资源有限的运算条件。
特斯拉此前公布的数据也显示，与上一代英伟达芯片比，其FSD算力增加了3倍，可是它的真实计算性能（每秒准确识别了多少帧图像）提升了21倍。
“这种AI算法结构和设计的提升，驱动了（在数据量不断增长时） AI加速核的持续换代升级，并要求其架构设计具有前瞻性。这样的算法迭代未来还会经常发生。” 张玉峰表示。这也是地平线持续在算法投入的原因。新一代汽车智能芯片企业，必须也是世界级的AI算法公司，去年地平线参加谷歌Waymo自动驾驶算法挑战赛，在五个比赛项目中拿下四项冠军和一个亚军。
今年地平线将推出旗舰级产品征程5， A I算力达到96TOPS。地平线创始人兼CEO余凯表示，其性能将超越特斯拉FSD。“征程5是针对高级别自动驾驶设计的一个专用芯片，其计算效率比其他1000TOPS通用芯片的效率还高，可以运行L4级别自动驾驶软件，支持多传感器融合、路径规划等应用。”
“所以我们本质上是一家AI软件算法公司，为了面向智能驾驶和智能座舱应用做到整体方案的更高能效比、性价比和竞争力，而做了自己的AI芯片。”张玉峰表示。
开放合作，速度更重要
“现在我们还是专注做标品，而每个厂商都希望实现差异化，最好的结合就是我们的标品加上我们的开发工具和软件能力去支持它，在标准基础上做出差异化。”张玉峰表示。
向软件型企业转型已是传统车企巨头的共识，与此同时还有不少车企开始入局自有芯片研发。目前特斯拉已经形成了从芯片到底层软系统软件，到智能驾驶全栈软件算法，到整车制造的完整垂直整合体系。
“在这个行业中，自己做芯片是可以的，但在当前智能化大潮下，速度比是不是有自己的芯片更关键。”
张玉峰表示， “因为特斯拉起步早，要是等拥有自己的技术经验再去追赶，肯定等不起。”“地平线的机会在于我们有芯片、有算法，和主机厂结合在一起，就可以形成特斯拉这样的垂直整合能力。”
目前，地平线从芯片的前
期定义、仿真、流片全过程，与主机厂形成高度并行化的联合开发模式。以征程2为例，其在2019年3月流片完成前，便与头部客户签好了定点量产协议，先于样片开始在仿真平台上进行开发，并从芯片域控制器、算法上层应用等几大部分并行推进，在一年之内完成首个周期迭代，并于2020年年中上车。
除芯片供应商的角色外，地平线还帮助该客户打造其AI算法能力和团队。“由此，车企可以基于我们的芯片和算法做一些定制化的差异性特色。”
事实上，这也是目前车用AI芯片公司与传统主机厂的主要合作模式，英伟达与戴姆勒正是这样合作的。
“在这样一个智能化的新时代，汽车智能化要求芯片算力和复杂度越来越高，软件部分的分量越来越重，自然而然就把懂算法的芯片厂家跟主机厂拉得很紧。”张玉峰表示。
除供应芯片和后期支持服务外，地平线还有选择地将其算法参考设计，甚至量产级算法开放给一些主机厂，“这样它可以基于一个更高的起点来去迭代自己的算法，不用重新开始。”如果完全按照传
统供应商的做法，谈清楚需求和清单再开工，速度就慢下来了。“我们对待当前这个阶段的看法是，速度和合作，比区分你的我的更重要。”
联合开发也帮助地平线加快其开发的进度和质量。“我们现在只是个八九百人的公司，更多（项目）还是和车企一起开发。”张玉峰表示，作为AI芯片公司，地平线帮助车企构建算法迭代能力，车企则将地平线芯片量产到车中，双方合作更快形成完善的智能/自动驾驶系统。
势均力敌，地平线的机会
事实上，在地平线之前，高端车规级芯片供应商集中在TI、恩智浦、瑞萨、高通等国
际品牌，从来没有中国企业。地平线开创先例的同时，也为中国车用芯片跻身全球芯片竞争格局明确了道路。
相比强调设计制造技术的MCU，强调算法的AI芯片，和智能汽车的喷涌需求，为中国芯片企业提供了首个与国际厂商在车用芯片领域同台竞争的机会。“将汽车智能芯片做大做强，最大的挑战是如何与产业、行业相结合。”张玉峰表示。
A I芯片上车要面临三重挑战。其一是在有限的计算资源下达到足够高的精度和稳定性；其二是要结合汽车应用的特殊性，满足众多的“车规”要求；其三是要从传统造车的理念出发，将安全放在第一位。
在应对挑战的过程中，除了持续创新之外，对于地平线这样的AI企业，反而需要补充了解汽车的传统型人才和熟悉传统算法的软件人才，与AI人才一道形成互补方案，更好的满足车用需求。
“中长期我们则采用构建生态的打法。”张玉峰表示，AI芯片虽然处于智能/自动驾驶的核心环节，但上下游产业链也对算法和芯片成功落地至关重要。因此，地平线与光学镜头、传感器等相关产业链企业签署了一系列的联合研发战略合作，“随着我们的产品越来越先进，就越需要与上下游企业做好沟通与合作预研，算法更为优化的同时，也保证了量产交付的可靠性。”
除与硬件厂商做好联合以外，地平线还与其它软件合作方联合开发，以覆盖更多的应用场景。“地平线的芯片足够开放，可灵活支持从视觉到语音的融合，从高速到低速的多种场景。单靠地平线也做不过来，那就大家一起来。”
“2015年时，我们的愿景便是让每辆汽车，每个电器都具有环境感知、人机交互和决策控制的能力。我们的初心一直没有变。”张玉峰在采访结束时说道。