未来的汽车需要什么样的GPU?

未来的汽车需要什么样的GPU?

目前在某些地区已经出现了自动驾驶汽车,预计到2030年,路面上四分之一的汽车将在一定程度上实现自动驾驶。未来的驾驶舱会有什么样的变化?汽车和驾驶员是怎么沟通的? 驾驶员从驾驶责任中解脱出来,会给驾驶舱和信息娱乐系统的设计带来怎样的影响?

潜在的挑战

在2025年左右,汽车将实现完全的自动化,与今天的汽车相比会有很大的不同。它将在旅途中为乘客提供各种各样的功能:它可以成为办公室、起居室、休息场所和娱乐中心。 汽车的设计将彻底颠覆当前的形式,没有方向盘和面向汽车内部的座椅。 驾驶员无需看到汽车挡风玻璃外发生的一切事情。车窗会减少或消失,汽车将提供更多的私人空间。 尽管实现这些尚需时日,但一些主要趋势已经可以看到。

未来的汽车将装备大量的屏幕,这将对功能强大、功效高的GPU的需求大大增加,这些GPU可以处理海量像素,并支持增强现实(AR)、手势控制和先进的人机接口(HMI)。

有人建议,在下一代汽车中应当配备10个屏幕,提供高达72K的组合分辨率(通过多个4K分辨率屏幕)。 这包括当前已经开始部署在高端汽车中的平视显示器(HUD)。 平视显示器通常投影到挡风玻璃上或具有无限深度的特定屏幕上,因此驾驶员无需像查看现在的传统仪表板那样重新调整视线,就可以在平视视野中看到信息。这些平视显示器将会变得更加丰富和复杂,基于挡风玻璃的分屏平视显示器分为乘客和驾驶员的部分,只有坐在驾驶员或乘客座位上的人才能看到其所对应的显示器。这一技术的核心是GPU技术,它不仅将图像展示到仪表板的屏幕上,而且还将它们展示在平视显示器上。

比如,注视跟踪这类的技术将与有驾驶员的汽车中的HUD结合,以将驾驶的相关信息显示在驾驶员视线的中心。 凝视方向也可以用来判断驾驶员的注意力是否在道路上。如果驾驶员注意力不集中,通过 GPU上的算法可以进行计算并发出警示。

人机接口的重要性

随着自动驾驶从Level 1进展到Level 5,在控制需要传递给驾驶员的Level 2和Level 3中,HMI将变得越来越重要。此外,当汽车代替驾驶员采取动作时,需要给驾驶员发出通知,这样他们才不会被突如其来的操作吓到。

今天,人们与仪表板的互动在很大程度上是基于视觉的。 而未来,语音交互、音频响应、振动警报、手势控制和预计的视觉警告将越来越多地被应用到平视显示器上。

在帮助用户适应自动驾驶汽车的新体验时,新的HMI将发挥重要的社会作用。在过渡期间,人们将不得不学会相信无人驾驶车辆。乘客应该随时了解车内发生的情况:为什么选择这条车道,周围有哪些车,哪条路很堵,路线是怎么计算的。 包含了图像和音频元素的精心设计的HMI将成为接受自动驾驶汽车的基础。人机界面应该通过自然的方式来显示汽车的决策过程,让乘客感觉更安全,更舒适。 例如,汽车增强现实(AR)可以使用具有全息膜的组合玻璃,就像一个透镜,只反射特定波长。人们将透过挡风玻璃前面的组合玻璃看到投影视频或交互界面。

当然,挑战也会不断出现。 例如,人们必须改掉过去先观察后视镜再进行操作的基本驾驶习惯。 而且研发人员还必须向人们证明HMI的新特点提供的体验比现在更好、更精确。

GPU为ADAS提供计算

随着迈向完全自主驾驶(Level 5),车内需要更多的驾驶辅助功能,包括紧急自动刹车、车道偏离警告、行人检测、驾驶员提醒、盲点检测、十字路口辅助等等。

先进的GPU是并行处理单元,可用于重复算法,如在ADAS的许多功能中使用的算法。 GPU的并行性和乘法/累加结构是实现卷积神经网络(CNN)完美解决方案。

CNN算法已经存在了30多年了,直到最近它们才为服务器群处理提供保护。 然而,随着SoC处理技术的进步、CNN算法效率的提高和GPU的进步,现在可以开始在网络边缘而不仅仅是在云端实现。

对于ADAS功能来说,任何需要某种程度的图像处理的功能,比如提取道路标志信息,都非常适合使用CNN来提高整体性能。 与标准的高端CPU相比,嵌入式高端PowerVR GPU提供的性能高20倍,而功耗更低。

最终,CNN在硬件方面将会加速,因为它们的功能已经被很好地理解,甚至已经是标准化的。 然而,在完全优化的解决方案出现之前,GPU计算可以支持新型神经网络和其他加速技术的原型化和部署。

为了提高安全性,硬件虚拟化可以被应用到汽车的各种应用程序和服务中。 PowerVR GPU是硬件虚拟化的,所以没有两个操作系统 /应用程序组合可以使用相同的内存空间。 这个核具有两级MMU(内存管理单元),以确保绝对符合这一基本要求。 如果出现下载恶意软件的情况,只有该容器(在安全管理程序上运行的操作系统 /应用程序)会崩溃。其他系统都不会受到影响,例如信息娱乐系统可能会崩溃,而在GPU上运行的ADAS系统和群集/ HUD部分不会受到影响。

展望未来

人类正在进入最激动人心的汽车设计革命时期。驾驶舱设计的变化是最关键的,随着向越来越高的自动驾驶水平迈进,这些革命终将实现。 为了在可接受的功耗范围内提供所需的丰富功能和ADAS,HMI及其各种组件会特别依赖于未来的高性能/低功耗GPU的处理能力。

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