硬核汽車芯玩家，筑起軟件的高墻

如果我們把自動(dòng)駕駛當(dāng)做一臺(tái)戲，那么芯片就是舞臺(tái)，芯片的邊界決定了舞臺(tái)的大小。所以我們看到現(xiàn)在各大自動(dòng)駕駛芯片供應(yīng)商都在追逐大算力。過(guò)去幾年，單車的算力需求從幾T、幾百T已經(jīng)逐漸躍升到千T的量級(jí)，算力成為自動(dòng)駕駛最核心的動(dòng)力。在算力角逐時(shí)代下，國(guó)外廠商英偉達(dá)的Orin芯片、高通驍龍Ride、Mobileye的EyeQ，國(guó)內(nèi)黑芝麻智能華山系列A1000等百TOPS級(jí)別的大算力自動(dòng)駕駛芯片紛紛在這幾年扎堆兒亮相。

既如此，自動(dòng)駕駛的舞臺(tái)已經(jīng)搭好，那么接下來(lái)誰(shuí)來(lái)唱戲呢？答案是軟件。隨著汽車不斷向智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，以單片機(jī)為核心的傳統(tǒng)分布式電子電氣架構(gòu)（EE架構(gòu)）正在向域控制器架構(gòu)演進(jìn)，最終形式將是中央計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)。在這樣的趨勢(shì)下，我們發(fā)現(xiàn)，除了在自動(dòng)駕駛芯片算力這一硬件上的通用性要求之外，汽車行業(yè)另外一個(gè)很大的變化是，供應(yīng)商、原始設(shè)備制造商和新進(jìn)入者等都開(kāi)始向軟件生態(tài)過(guò)渡。

我們正在進(jìn)入一個(gè)軟件定義汽車的時(shí)代，向域控制器架構(gòu)的演進(jìn)也為軟件定義汽車提供了一條很好的路徑。新計(jì)算平臺(tái)的出現(xiàn)，將改變汽車市場(chǎng)長(zhǎng)期以來(lái)“重硬輕軟”的局面，重塑軟件價(jià)值體系，軟件逐漸占據(jù)重要地位。同時(shí)，如同當(dāng)年手機(jī)從功能機(jī)向智能機(jī)的演變，汽車產(chǎn)業(yè)鏈也在經(jīng)歷從“純硬件”向“硬件+軟件服務(wù)”的盈利模式轉(zhuǎn)變的過(guò)程。

汽車中所用的軟件，過(guò)往大多是由專門的軟件企業(yè)如IBM、Oracle、東軟、中科創(chuàng)達(dá)等來(lái)提供。但是隨著以前定位為Tier 2的芯片廠商現(xiàn)在逐漸開(kāi)始轉(zhuǎn)向Tier 1.5，如今他們不僅提供芯片等硬件，也陸續(xù)推出了自己的軟件平臺(tái)。

軟件定義汽車，起點(diǎn)是軟件，軟件平臺(tái)主要包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用層算法、中間件等。其中操作系統(tǒng)的核心功能是任務(wù)調(diào)度、設(shè)備管理以及將數(shù)據(jù)從外部傳感器傳輸?shù)叫酒羞M(jìn)行后續(xù)處理，常用的內(nèi)核有VxWorks、Unix（IOS）、Linux、QNX；應(yīng)用程序算法主要負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)；中間件是介于上層應(yīng)用和底層系統(tǒng)之間的一套軟件框架，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)化軟件接口。

在自動(dòng)駕駛芯片供應(yīng)商中，英偉達(dá)針對(duì)智能駕駛推出了Drive OS操作系統(tǒng)、DriveWorks中間件、DRIVE AV等等；Mobileye則為其EyeQ芯片推出了EyeQ Kit軟件開(kāi)發(fā)套件；在軟硬結(jié)合方面，國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛芯片廠商也絲毫不示弱，如黑芝麻智能從一開(kāi)始走的就是軟硬結(jié)合路線，目前已發(fā)布了山海?人工智能開(kāi)發(fā)平臺(tái)，內(nèi)置50多種AI參考模型庫(kù)轉(zhuǎn)換用例，還有瀚海中間件平臺(tái)，完全對(duì)標(biāo)國(guó)際大廠，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。并且黑芝麻智能還與AUTOSAR經(jīng)典平臺(tái)軟件、嵌入式汽車軟件BlackBerry等展開(kāi)支持與合作。

軟件定義汽車時(shí)代下，開(kāi)發(fā)工具鏈?zhǔn)欠裢晟剖求w現(xiàn)自動(dòng)駕駛芯片易用性的重要指標(biāo)，只有軟硬件完全解耦，才能激發(fā)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)造力和協(xié)同創(chuàng)新的活力。軟件也將成為自動(dòng)駕駛這個(gè)舞臺(tái)上唱戲的一員。接下來(lái)我們就以軟件平臺(tái)中的中間件來(lái)加以重點(diǎn)著墨，為何英偉達(dá)和黑芝麻智能都選擇推出了自家的中間件平臺(tái)，中間件主要用來(lái)解決什么問(wèn)題？其在汽車芯片中所起的作用又是什么？

其實(shí)，中間件是一個(gè)比較寬泛的概念，基本上處于操作系統(tǒng)之上，應(yīng)用之下的都可以叫中間件，中間件可提供一系列豐富的組件和接口，應(yīng)用程序可以借助此層提供的接口，訪問(wèn)操作系統(tǒng)提供的服務(wù)。中間件包含很多種，如通信中間件、調(diào)度中間件等等。目前大眾的V-Charge項(xiàng)目、奧迪A8等汽車廠商都搭載和部署了高性能的通信中間件，來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)通信。

在智能駕駛領(lǐng)域，中間件的功能涉及到通信、模塊升級(jí)、任務(wù)調(diào)度、執(zhí)行管理等多個(gè)維度。軟件定義汽車的安全性在很大程度上取決于中間件和底層網(wǎng)絡(luò)處理器，兩者相互協(xié)同才能實(shí)現(xiàn)分布式進(jìn)程之間的可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。

現(xiàn)在的自動(dòng)駕駛芯片一般是集成了 AI計(jì)算、圖像處理 GPU、音頻處理 DSP、深度學(xué)習(xí)加速單元NPU、信息安全和功能安全等功能的SoC 芯片系統(tǒng)，其復(fù)雜度越來(lái)越高。所以就需要中間件來(lái)對(duì)傳感器、計(jì)算平臺(tái)等資源進(jìn)行抽象化處理，對(duì)算法、子系統(tǒng)、功能采取模塊化的管理，通過(guò)提供的統(tǒng)一接口，讓開(kāi)發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂诟髯詷I(yè)務(wù)層面的開(kāi)發(fā)。提升系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的效率，簡(jiǎn)化軟件部署。

一款芯片研發(fā)出來(lái)是重要的一步，但好用、易用、能夠釋放出更多的性能才是芯片上車的下一步。自動(dòng)駕駛是一個(gè)跨學(xué)科的、軟硬件高度協(xié)同優(yōu)化的系統(tǒng)，芯片能力、中間件能力、算法能力、應(yīng)用能力都是自動(dòng)駕駛芯片廠商極其重要的組成部分。

所以為了能更好的釋放自家芯片的性能，就出現(xiàn)了自動(dòng)駕駛芯片廠商躬身自研中間件這樣的軟件的現(xiàn)象，而且從企業(yè)人才的配比上也可見(jiàn)一斑。目前國(guó)內(nèi)外芯片廠商雇傭軟件人才的占比也越來(lái)越高。在整個(gè)汽車芯片的產(chǎn)業(yè)鏈中，從芯片研發(fā)、量產(chǎn)、做成域控器、做成主板再到整車的應(yīng)用，軟、硬件人才配比基本在4：1~5：1之間，甚至達(dá)到6：1。

與此同時(shí)，中間件也是一個(gè)很大的市場(chǎng)，據(jù)《鯤鵬計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》預(yù)測(cè)，到2023年全球中間件市場(chǎng)空間434億美元，5年復(fù)合增長(zhǎng)率 10.3%，中國(guó)中間件市場(chǎng)空間13.6億美元，5年復(fù)合增長(zhǎng)率15.7%。

作為自動(dòng)駕駛芯片領(lǐng)域的重要參賽選手，2020年黑芝麻智能發(fā)布了單顆芯片算力58-116 TOPS的華山二號(hào)A1000，目前A1000系列芯片已處于量產(chǎn)狀態(tài)，預(yù)計(jì)今年上車。

為了加快華山系列芯片的落地時(shí)間，減少部署成本，黑芝麻智能基于華山系列芯片推出了瀚海自動(dòng)駕駛中間件平臺(tái)。據(jù)黑芝麻智能指出，相比AP、ROS之類的中間件產(chǎn)品，瀚海自動(dòng)駕駛中間件的有兩大顯著優(yōu)點(diǎn)：一是對(duì)A1000系列的芯片進(jìn)行了深度優(yōu)化，在提供全面功能集成的同時(shí)，也能高效發(fā)揮黑芝麻智能SoC的性能和特性；二是能讓內(nèi)外部的客戶專注在自身應(yīng)用和算法開(kāi)發(fā)迭代方面。

那么瀚海自動(dòng)駕駛中間件是如何做到的呢？據(jù)黑芝麻智能介紹，它是一款智能駕駛平臺(tái)SDK開(kāi)發(fā)包，包含Target(SoC)SDK、X86(Host主機(jī))端SDK、Target(MCU)端SDK，可以支持車端、路端及各種智能駕駛和車路協(xié)同場(chǎng)景開(kāi)發(fā)。

• 其中，Target(SoC)SDK提供在SoC上的運(yùn)行時(shí)環(huán)境和主機(jī)端的編譯環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)計(jì)算單元實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度器、傳感器接入與管理服務(wù)SensorManager、高精度時(shí)間同步服務(wù)、多傳感器融合服務(wù)和ADS診斷服務(wù)。BST ADS-Platform所有服務(wù)和任務(wù)節(jié)點(diǎn)的通信都基于BST ADS-COM通信中間件，可以在進(jìn)程內(nèi)/進(jìn)程間/異構(gòu)計(jì)算單元間/跨主機(jī)間實(shí)現(xiàn)高性能DDS通信，同時(shí)可以兼容CyberRT、ROS等中間件生態(tài)；

• X86(Host主機(jī))端SDK包含用于車路協(xié)同路側(cè)場(chǎng)景的多傳感器標(biāo)定工具，用于數(shù)據(jù)錄制、回放、可視化、實(shí)時(shí)分析的數(shù)據(jù)編排工具，任務(wù)調(diào)度、資源監(jiān)控與可視化的流程編排工具、用于多傳感器融合算法調(diào)試、驗(yàn)證和可視化的傳感器融合集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)。為了與SoC端進(jìn)行DDS通信互聯(lián)，X86 SDK中提供了DDS環(huán)境與二次開(kāi)發(fā)接口；

• Target(MCU)端SDK面向ASIL-D MCU計(jì)算平臺(tái)，提供MCU端的二次開(kāi)發(fā)SDK包，支持SOME/IP、PTP時(shí)間同步（IEEE 1588v2）、UDS on CAN診斷協(xié)議和日志系統(tǒng)。此外，Target端SDK中提供了輕量級(jí)DDS框架XRCE-DDS，可與X86和BST SoC實(shí)現(xiàn)DDS通信。

在實(shí)際部署應(yīng)用中，瀚海自動(dòng)駕駛中間件平臺(tái)能允許通信組件在芯片的不同進(jìn)程之間通過(guò)零拷貝的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，極大地降低了內(nèi)存和系統(tǒng)帶寬的占用；再者，該中間件還允許芯片與芯片之間進(jìn)行通信；并且瀚海將傳感器進(jìn)行抽象化，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦；時(shí)間同步中間件可以通過(guò)調(diào)用華山系列芯片的硬件同步機(jī)制實(shí)現(xiàn)亞微秒級(jí)的時(shí)間同步。此外，執(zhí)行管理相關(guān)組件提供一系列的診斷機(jī)制框架及操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性增強(qiáng)，從而提升診斷魯棒性、減少線程間切換開(kāi)銷。

所以綜合來(lái)看，黑芝麻智能的瀚海自動(dòng)駕駛中間件一方面有利于芯片自身的性能釋放，同時(shí)，也減少客戶上層應(yīng)用的開(kāi)發(fā)工作量，加快完成部署。值得一提的是，瀚海自動(dòng)駕駛中間件平臺(tái)盡可能地讓相同產(chǎn)品能在不同車型上重復(fù)利用，以及讓不同Tier1的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)相互兼容，從而大幅度地減少開(kāi)發(fā)成本。

瀚海自動(dòng)駕駛中間件的發(fā)布將成為黑芝麻智能自動(dòng)駕駛平臺(tái)矩陣中很重要的一部分，也將為其量產(chǎn)上車鋪路。瀚海自動(dòng)駕駛中間件的發(fā)布將成為黑芝麻智能自動(dòng)駕駛平臺(tái)矩陣中很重要的一部分，也將為其量產(chǎn)上車鋪路。不過(guò)需要清楚的一點(diǎn)是，黑芝麻智能的自動(dòng)駕駛芯片本身是開(kāi)放的，瀚海中間件的推出是為了幫助客戶能夠更快地使用芯片，芯片也是可以支持和適配其它中間件平臺(tái)的。

自動(dòng)駕駛的路很長(zhǎng)，從自動(dòng)駕駛概念誕生，到供應(yīng)鏈企業(yè)研發(fā)出芯片，再到量產(chǎn)，最后上車，需要產(chǎn)業(yè)鏈層層配合，才能最終全面開(kāi)花，平穩(wěn)上路。如今來(lái)到自動(dòng)駕駛芯片進(jìn)入量產(chǎn)決賽的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，以軟件為中心的戰(zhàn)略將成為自動(dòng)駕駛芯片廠商角逐的另一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)，軟件特性正成為汽車行業(yè)關(guān)鍵的購(gòu)買因素和差異化因素，如中間件這樣的承上啟下的軟件將是未來(lái)自動(dòng)駕駛方案中不可或缺的一環(huán)。軟件的能力也將在幾年內(nèi)使汽車芯片行業(yè)的參與者脫穎而出，為其在價(jià)值鏈上開(kāi)辟新機(jī)遇，并帶來(lái)巨大的上升潛力。

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