未來的汽車需要什么樣的GPU？

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

　　目前在某些地區(qū)已經出現(xiàn)了自動駕駛汽車，預計到2030年，路面上四分之一的汽車將在一定程度上實現(xiàn)自動駕駛。未來的駕駛艙會有什么樣的變化?汽車和駕駛員是怎么溝通的? 駕駛員從駕駛責任中解脫出來，會給駕駛艙和信息娛樂系統(tǒng)的設計帶來怎樣的影響?

　　潛在的挑戰(zhàn)

　　在2025年左右，汽車將實現(xiàn)完全的自動化，與今天的汽車相比會有很大的不同。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。 汽車的設計將徹底顛覆當前的形式，沒有方向盤和面向汽車內部的座椅。 駕駛員無需看到汽車擋風玻璃外發(fā)生的一切事情。車窗會減少或消失，汽車將提供更多的私人空間。 盡管實現(xiàn)這些尚需時日，但一些主要趨勢已經可以看到。

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

　　有人建議，在下一代汽車中應當配備10個屏幕，提供高達72K的組合分辨率(通過多個4K分辨率屏幕)。 這包括當前已經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變得更加豐富和復雜，基于擋風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的顯示器。這一技術的核心是GPU技術，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將與有駕駛員的汽車中的HUD結合，以將駕駛的相關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上的算法可以進行計算并發(fā)出警示。

　　人機接口的重要性

　　隨著自動駕駛從Level 1進展到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，當汽車代替駕駛員采取動作時，需要給駕駛員發(fā)出通知，這樣他們才不會被突如其來的操作嚇到。

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

　　在幫助用戶適應自動駕駛汽車的新體驗時，新的HMI將發(fā)揮重要的社會作用。在過渡期間，人們將不得不學會相信無人駕駛車輛。乘客應該隨時了解車內發(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，路線是怎么計算的。 包含了圖像和音頻元素的精心設計的HMI將成為接受自動駕駛汽車的基礎。人機界面應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，汽車增強現(xiàn)實(AR)可以使用具有全息膜的組合玻璃，就像一個透鏡，只反射特定波長。人們將透過擋風玻璃前面的組合玻璃看到投影視頻或交互界面。

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

AR會給汽車帶來哪些改變?

　　下一個十年AR將會給汽車帶來什么? AR是一種將虛擬世界對象放置在現(xiàn)實世界中的技術，通過圖標、對象、信息等強化正在查看的內容。

　　有些公司已經將前屏用作AR HUD(抬頭顯示技術)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視圖在擋風玻璃上被分解成簡化的駕駛員視圖(僅向駕駛員提供關鍵信息，減少分心)。 在乘客側，可以顯示更豐富的內容，例如餐館的位置、商店、最近的停車場和其他關注的信息。 AR HUD另外一個優(yōu)點是可以通過車載攝像頭以及投影到注視中心的關鍵駕駛信息來推斷注視方向，以允許預期的頭部移動量。

　　GPU為ADAS提供計算

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

　　先進的GPU是并行處理單元，可用于重復算法，如在ADAS的許多功能中使用的算法。 GPU的并行性和乘法/累加結構是實現(xiàn)卷積神經網絡(CNN)完美解決方案。

　　CNN算法已經存在了30多年了，直到最近它們才為服務器群處理提供保護。 然而，隨著SoC處理技術的進步、CNN算法效率的提高和GPU的進步，現(xiàn)在可以開始在網絡邊緣而不僅僅是在云端實現(xiàn)。

　　對于ADAS功能來說，任何需要某種程度的圖像處理的功能，比如提取道路標志信息，都非常適合使用CNN來提高整體性能。 與標準的高端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在硬件方面將會加速，因為它們的功能已經被很好地理解，甚至已經是標準化的。 然而，在完全優(yōu)化的解決方案出現(xiàn)之前，GPU計算可以支持新型神經網絡和其他加速技術的原型化和部署。

　　為了提高安全性，硬件虛擬化可以被應用到汽車的各種應用程序和服務中。 PowerVR GPU是硬件虛擬化的，所以沒有兩個操作系統(tǒng) /應用程序組合可以使用相同的內存空間。 這個核具有兩級MMU(內存管理單元)，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行的操作系統(tǒng) /應用程序)會崩潰。其他系統(tǒng)都不會受到影響，例如信息娛樂系統(tǒng)可能會崩潰，而在GPU上運行的ADAS系統(tǒng)和群集/ HUD部分不會受到影響。

　　展望未來

　　Imagination認為，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年設計的汽車將會在2023年出現(xiàn)在市場上。 而在2021年上市的汽車，現(xiàn)在基本上已經完成了硅片這個層面的設計了。所以Robotaxis今天使用的就是來自Intel，NVIDIA，Bosch，Renesas，TI等公司的芯片產品。

　　人類正在進入最激動人心的汽車設計革命時期。駕駛艙設計的變化是最關鍵的，隨著向越來越高的自動駕駛水平邁進，這些革命終將實現(xiàn)。 為了在可接受的功耗范圍內提供所需的豐富功能和ADAS，HMI及其各種組件會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)勢來實現(xiàn)自動駕駛的未來。