浪潮信息自動(dòng)駕駛域控制器架構(gòu)分析

浪潮信息進(jìn)軍自動(dòng)駕駛大約在2021年底，首先是算法部分，2022年10月浪潮信息提出了純視覺(jué)的DABNet4D，2023年3月提出IEI-BEVFusion++，在關(guān)鍵性指標(biāo)nuScenes Detection Score（NDS）得到77.6%的高分，創(chuàng)造了3D目標(biāo)檢測(cè)全賽道迄今最高成績(jī)，與零跑汽車的EA-LSS并列全球第一。

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?汽車的高性能運(yùn)算可以算是邊緣計(jì)算，浪潮信息是國(guó)內(nèi)邊緣計(jì)算服務(wù)器排名第一的廠家，自然也延伸到汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。

浪潮信息在2023年8月推出了EIS400自動(dòng)駕駛域控制器和AutoDRRT計(jì)算框架，和汽車領(lǐng)域的廠家有比較大的差別。

EIS400自動(dòng)駕駛域控制器

EIS400:基于ECOM模塊化設(shè)計(jì)

EIS400框架圖

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EIS400使用4個(gè)英偉達(dá)頂配Orin做AI加速與協(xié)處理器，這4個(gè)AI加速和協(xié)處理器任務(wù)完全不同，每一個(gè)任務(wù)領(lǐng)域只有一個(gè)Orin在負(fù)責(zé)，換句話說(shuō)，這不是4個(gè)Orin并聯(lián)，而是近似串聯(lián)，4個(gè)相對(duì)獨(dú)立的協(xié)處理器，這與傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域的域控制器相比差別較大。

作為服務(wù)器領(lǐng)域的專業(yè)廠家，浪潮自然使用了PCIe交換機(jī)連接4個(gè)Orin，而傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域?yàn)榱斯?jié)約成本，一般用以太網(wǎng)交換機(jī)。目前主流的以太網(wǎng)交換機(jī)帶寬非常低，只有0.125GB/s，而英偉達(dá)多顯卡之間連接用的NVLink帶寬是900GB/s，差距懸殊，想要并聯(lián)4個(gè)Orin讓算力增加4倍完全不可能，頂多增加10%。浪潮使用了比較成熟的性價(jià)比高的三代PCIe交換機(jī)，連接Orin的是8通道，帶寬是8GB/s；連接CPU的是16通道，帶寬是16GB/s。目前PCIe已經(jīng)進(jìn)化到第六代，單通道帶寬就可達(dá)64GB/s，是三代的8倍，當(dāng)然價(jià)格也差不多是三代的4倍。浪潮也用了以太網(wǎng)交換機(jī)，這個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)也非常強(qiáng)大，具備8個(gè)千兆以太網(wǎng)接口和三個(gè)SGMII接口，可以接4個(gè)激光雷達(dá)。通常百兆以太網(wǎng)也勉強(qiáng)可以，但浪潮為長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，用了千兆接口。

BMC系統(tǒng)監(jiān)控應(yīng)該就是服務(wù)器領(lǐng)域常見(jiàn)的主板管理控制器（Baseboard Management Controller），MC是一種單獨(dú)的芯片或嵌入式處理器，具有自己的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)接口，可直接連接到網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)BMC，系統(tǒng)管理員可以遠(yuǎn)程監(jiān)控、維護(hù)、更新和控制服務(wù)器。BMC提供了系統(tǒng)管理固件、應(yīng)用程序、外設(shè)和傳感器，支持包括KVM（鍵盤、視頻、鼠標(biāo)）、電源管理、虛擬媒體、SNMP以及日志記錄和遠(yuǎn)程訪問(wèn)等功能。服務(wù)器領(lǐng)域?qū)煽啃缘囊蠼z毫不低于汽車。

安全MCU 還是離不開(kāi)英飛凌的TC397，浪潮還特別加了一個(gè)CPLD來(lái)負(fù)責(zé)處理定位信息，即PPS（Precise Positioning Service），這個(gè)不是美國(guó)GPS的PPS，也不是pulse per second。CPLD可以看作一個(gè)縮微版的FPGA。

浪潮是把服務(wù)器領(lǐng)域的技術(shù)引入到汽車自動(dòng)駕駛上，服務(wù)器都是多顯卡加CPU配置，4個(gè)英偉達(dá)Orin可以看作4張顯卡。CPU還是基于x86系統(tǒng)。

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浪潮的AutoDRRT還是基于ROS2的改造。

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ROS是無(wú)人出租車領(lǐng)域最常見(jiàn)的操作系統(tǒng)，除了百度，基本上都是ROS系統(tǒng)。ROS最初是斯坦福大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室與機(jī)器人技術(shù)公司W(wǎng)illow Garage共同開(kāi)發(fā)的，2008年以后主要由Willow Garage公司推動(dòng)，維護(hù)。

2012年以后，Willow Garage中有一個(gè)ROS團(tuán)隊(duì)，從公司中獨(dú)立出來(lái)后，成為了非盈利組織the Open Source Robotics Foundation(OSRF)，主要負(fù)責(zé)維護(hù)和更新ROS。ROS2是2016年底推出的，目前最新版本是2023年5月的Iron Irwini，大約每隔1年升級(jí)一次。采用ROS2最知名的自動(dòng)駕駛開(kāi)源架構(gòu)就是AUTOWARE。ROS的核心功能可以看作是一個(gè)通信中間件，用于傳感器和節(jié)點(diǎn)之間通信。

提到ROS就不得不提AUTOWARE，Autoware最早是由名古屋大學(xué)研究小組在加藤伸平教授(Prof. Shinpei Kato)的領(lǐng)導(dǎo)下于2015年8月正式發(fā)布。2015年12月下旬，加藤伸平教授創(chuàng)立了Tier IV，以維護(hù)Autoware并將其應(yīng)用于真正的自動(dòng)駕駛汽車。如今主要分為兩個(gè)大版本: 基于ROS 1的AutoWare.ai和基于ROS2的AutoWare.auto，Autoware.universe。它能夠廣泛的應(yīng)用于多種車輛的自動(dòng)駕駛商業(yè)部署。Autoware自動(dòng)駕駛框架已經(jīng)在20多個(gè)國(guó)家、30多種車型、500多個(gè)公司使用。Autoware 提供了一套豐富的自動(dòng)駕駛模塊，由傳感、計(jì)算和驅(qū)動(dòng)能力組成，包括定位、映射、目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤、交通燈識(shí)別、任務(wù)和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、軌跡生成、車道檢測(cè)和選擇、車輛控制、傳感器融合、相機(jī)、激光雷達(dá)、雷達(dá)、深度學(xué)習(xí)、基于規(guī)則的系統(tǒng)、連接導(dǎo)航、日志記錄、虛擬現(xiàn)實(shí)等。

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目前，The Autoware Foundation負(fù)責(zé)AUTOWARE的維護(hù)，有23個(gè)原始會(huì)員，其中知名會(huì)員包括AMD、ARM、富士康和華為。

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4個(gè)Orin與CPU的分工如上表。SOC2負(fù)責(zé)的是激光雷達(dá)，準(zhǔn)確的說(shuō)是Velodyne的激光雷達(dá)。CPU主要負(fù)責(zé)AUTOWARE基礎(chǔ)，

優(yōu)化后延遲大大縮短。

浪潮也沒(méi)有完全照搬AUTOWARE，中間也加入了DDS。DDS是面向高可靠性場(chǎng)合的通信中間件，ROS的網(wǎng)絡(luò)通信提供了2種方式，TCP和UDP。TCP是默認(rèn)的通信方式。

TCP簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是：發(fā)送方發(fā)出一個(gè)信息后，接收方需要發(fā)出一個(gè)信號(hào)，告訴發(fā)送方“我收到消息了”。如果發(fā)送方?jīng)]有收到這個(gè)信號(hào)，那下一條信息就不能發(fā)出。

UDP簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是：發(fā)送方發(fā)出一個(gè)信息，不管接收方是否有接收到消息，發(fā)送方都會(huì)一直發(fā)送消息。UDP比較適合自動(dòng)駕駛，當(dāng)然商業(yè)化的自動(dòng)駕駛不是學(xué)術(shù)研究，需要更高級(jí)的通信。

通信中間件包括點(diǎn)到點(diǎn)，消息隊(duì)列和發(fā)布/訂閱三種工作模式，SOME/IP和DDS都采用了第三種工作模式，即發(fā)布/訂閱。相比于面向信號(hào)的CAN，SOME/IP和DDS都是面向服務(wù)的通信協(xié)議。閉源的主要有Vector公司的SOME/IP， RTI公司的DDS等。開(kāi)源的主要有OPEN DDS， FAST DDS， Cyclone DDS等。SOME/IP的全稱為：Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP，是一種面向服務(wù)的傳輸協(xié)議。嚴(yán)格地說(shuō)，SOME/IP不是一款特定的產(chǎn)品，而是一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其最早由寶馬在2012-2013年開(kāi)發(fā)，并在2014年集成進(jìn)AUTOSAR 4.2.1中。當(dāng)前，全球最大的商用SOME/IP產(chǎn)品供應(yīng)商是Vector。開(kāi)源版的SOME/IP則是由GENIVI協(xié)會(huì)來(lái)維護(hù)的。傳統(tǒng)車廠基本都是用SOME/IP。

DDS的全稱為Data Distribution Service（數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù))，是由OMG發(fā)布的分布式通信規(guī)范，采用發(fā)布/訂閱模型，提供多種QoS服務(wù)質(zhì)量策略。

DDS將分布式網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)定義為“主題”，將數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和接收對(duì)象分別定義為“發(fā)布者”和“訂閱者”，從而構(gòu)成數(shù)據(jù)的發(fā)布/訂閱傳輸模型。各個(gè)節(jié)點(diǎn)在邏輯上無(wú)主從關(guān)系，點(diǎn)與點(diǎn)之間都是對(duì)等關(guān)系，通信方式可以是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多、多對(duì)多等，在QoS的控制下建立連接，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

DDS最早應(yīng)用于美國(guó)海軍，用于解決艦船復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中大量軟件升級(jí)的兼容性問(wèn)題，后來(lái)擴(kuò)展至航空、國(guó)防、通信、汽車等領(lǐng)域。

2018年，DDS首次被引進(jìn)AUTOSAR AP，作為可選擇的通信方式之一。ROS2和Cyber RT的底層都使用了開(kāi)源的DDS，將DDS作為最重要的通信機(jī)制。與此相對(duì)應(yīng)的是，英偉達(dá)的Xavier、Orin等面向自動(dòng)駕駛的SoC芯片上也都預(yù)留了DDS接口。

全球范圍內(nèi)，DDS市場(chǎng)份額最大的供應(yīng)商（80%左右）的是成立于1991年的美國(guó)RTI公司（全稱為Real-Time Innovations）。RTI作為OMG組織董事會(huì)的成員，主導(dǎo)了DDS標(biāo)準(zhǔn)的制定，從2004年開(kāi)始負(fù)責(zé)主持DDS工作組的工作，目前已經(jīng)成為該行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，對(duì)DDS標(biāo)準(zhǔn)有足夠的權(quán)威。RTI開(kāi)發(fā)的DDS品牌名為Connext,，因此又被稱為Connext DDS。

在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域比較有影響力的開(kāi)源DDS是由RTI原核心團(tuán)隊(duì)成員在歐洲創(chuàng)辦的eProsima公司推出的FastDDS。在eProsima將FastDDS的源代碼開(kāi)放出來(lái)后，用戶可以直接在github上免費(fèi)下載。不過(guò)用戶就需要通過(guò)向eProsima支付費(fèi)用來(lái)取得支持。出于成本的考量，英偉達(dá)的Xavier和Orin自帶的Driver.OS中便采用了FastDDS或OpenDDS這樣的開(kāi)源DDS。RTI方面認(rèn)為，開(kāi)源DDS是其最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

AutoDRRT的容錯(cuò)機(jī)制

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2023年11月，浪潮參加了日本的第五屆日本自動(dòng)駕駛競(jìng)賽，依靠EIS400和AutoDRRT獲得了冠軍。Japan Automotive AI Challenge是國(guó)際影響力的自動(dòng)駕駛競(jìng)賽之一，由日本工程師學(xué)會(huì)2019年發(fā)起，旨在針對(duì)自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)的各類難題，面向全球自動(dòng)駕駛工程師征集解決方案。2023年的挑戰(zhàn)賽圍繞工廠無(wú)人運(yùn)輸場(chǎng)景，像“超級(jí)瑪麗”游戲一樣，賽道會(huì)設(shè)置障礙物、煙霧氣體干擾、S 形、L 形狹窄路徑多個(gè)題目，駕駛最遠(yuǎn)距離的隊(duì)伍將獲得勝利。此次競(jìng)賽吸引了東京大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、名古屋大學(xué)、浪潮信息、日產(chǎn)、松下、住友、馬自達(dá)等50多支頂尖自動(dòng)駕駛團(tuán)隊(duì)參與。經(jīng)過(guò)預(yù)賽亞馬遜云線上仿真模擬比拼，有17支隊(duì)伍晉級(jí)現(xiàn)場(chǎng)決賽，包括7家高校隊(duì)伍和10家企業(yè)參賽隊(duì)伍。

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