中國(guó)的智能芯片和操作系統(tǒng)，能不能有所作為?3月26日，在2022百人會(huì)論壇上，地平線創(chuàng)始人余凱在演講中拋出這一個(gè)讓人振奮的問題。

　　智能汽車是我國(guó)發(fā)展智能芯片和操作系統(tǒng)的千載難逢機(jī)會(huì)。

　　回顧過去歷代智能終端，從個(gè)人電腦到智能手機(jī)，都孕育出了巨大成功的科技公司，比如微軟、英特爾、高通、蘋果……

　　第三代智能終端，毫無疑問是智能汽車，這讓中國(guó)企業(yè)迎來了前所未有的機(jī)遇。

　　智能汽車、電動(dòng)車革命一開始，中國(guó)在整個(gè)消費(fèi)端、產(chǎn)品端就主導(dǎo)了全球市場(chǎng)，成為全球發(fā)展智能電動(dòng)汽車的風(fēng)暴中心。

　　但回顧一下三代智能終端的發(fā)展，我們也要正視一個(gè)現(xiàn)象。

　　中國(guó)的企業(yè)在面向消費(fèi)者的終端產(chǎn)品的創(chuàng)新，以及品牌的競(jìng)爭(zhēng)力打造，其實(shí)都贏得很精彩。無論是PC時(shí)代的聯(lián)想，手機(jī)時(shí)代的華為、小米、OPPO、VIVO。同樣的，在智能汽車時(shí)代，這場(chǎng)戰(zhàn)役一開打，就已經(jīng)能看到這樣的趨勢(shì)。

　　但在操作系統(tǒng)和智能芯片的布局上，卻亟待突破。比如在智能手機(jī)時(shí)代，獲得巨大成功的操作系統(tǒng)是IOS、安卓，底層芯片供應(yīng)商是ARM和高通，而中國(guó)企業(yè)毫無存在感。

　　在智能電動(dòng)汽車時(shí)代，中國(guó)企業(yè)能打破這個(gè)困境嗎?

　　基于這樣的思考，地平線推演了自己的商業(yè)邏輯和商業(yè)使命，以及做出了三個(gè)關(guān)鍵的決策：基于AI時(shí)代的新摩爾定律，打造好用的芯片;搭建開源的車載操作系統(tǒng);向車企授權(quán)芯片IP，幫助車企打造芯片。

       01 后摩爾定律時(shí)代的思考

　　作為一個(gè)后進(jìn)入者，踏進(jìn)巨頭林立的芯片市場(chǎng)，地平線必須要有創(chuàng)新的、差異化的打法。

　　在摩爾定律趨緩的情況下，余凱認(rèn)為，不能再依靠提升晶體管的密度，提升計(jì)算性能。在人工智能時(shí)代，地平線提出一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)，與其算力大不如算得快。也就是說，能不能在單位時(shí)間、單位成本里面去算更多的數(shù)據(jù)。

　　在“算的快”背后，有三個(gè)關(guān)鍵因素。

　　第一，峰值算力，也就是大家常說的峰值TOPS。

　　第二，算力資源的利用率。TOPS并不是唯一指標(biāo)，算力資源的有效利用也十分關(guān)鍵，這則取決于架構(gòu)設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、編譯器，以及動(dòng)態(tài)運(yùn)行庫等。

　　第三，芯片架構(gòu)能否適應(yīng)軟件算法的演化。未來的20年，人工智能的軟件算法會(huì)持續(xù)地進(jìn)化，芯片架構(gòu)能否適應(yīng)不斷演進(jìn)和創(chuàng)新的軟件算法也至關(guān)重要。

　　余凱認(rèn)為，這三個(gè)指標(biāo)放在一起考慮，才是芯片企業(yè)應(yīng)該追求的標(biāo)準(zhǔn)，地平線將之稱為AI時(shí)代的新摩爾定律。

　　根據(jù)這樣的創(chuàng)新指導(dǎo)思想，地平線設(shè)計(jì)了高性能的自動(dòng)駕駛處理器架構(gòu)—— BPU (brain processing unit)。

　　BPU采用了大量的創(chuàng)新型技術(shù)，包括高性能、低延遲的數(shù)據(jù)并發(fā)處理技術(shù)，用脈動(dòng)陣列去提高數(shù)據(jù)并行的速度，用進(jìn)程計(jì)算使得存儲(chǔ)和計(jì)算不再那么涇渭分明，還有稀疏化等的優(yōu)化。

　　余凱談到，基于新摩爾定律設(shè)計(jì)的征程5芯片，和英偉達(dá)的Orin-X 芯片去比較的話，盡管地平線只用一半的芯片面積，一半的計(jì)算資源，但通過先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來做計(jì)算的時(shí)候，依然能夠得到相當(dāng)高的計(jì)算性能。

　　而且，地平線的芯片架構(gòu)，對(duì)越先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，加速性能越高，往往可以用更低的功耗完成更多的數(shù)據(jù)計(jì)算。如果除以單位功耗的話，地平線跟英偉達(dá)的計(jì)算效率相比，是兩倍到三倍的提升。

　　這對(duì)于自動(dòng)駕駛是非常重要。自動(dòng)駕駛車輛不像是數(shù)據(jù)中心，有無限的能源供給，以及非常好的散熱的、冷卻的系統(tǒng)。車輛上的工況非常惡劣，因此對(duì)于低功耗的高效計(jì)算非常重要。

　　02 打造開源的車載操作系統(tǒng)

　　在歷史上，芯片跟OS其實(shí)從來不分。這也是地平線基于芯片打造操作系統(tǒng)的思考邏輯。

　　美國(guó)有一個(gè)“文泰來聯(lián)盟”，就是Windows跟Intel組成的著名的Wintel 聯(lián)盟。

　　微軟的視窗操作系統(tǒng)，只配對(duì)英特爾的芯片。為什么兩家商業(yè)公司要組成這種排他性的聯(lián)盟?這是違反商業(yè)規(guī)律的。

　　但實(shí)際上，這不是一個(gè)偶然的現(xiàn)象，在整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的歷史上，凡是最成功、最有廣泛生態(tài)的操作系統(tǒng)，它往往選擇一家芯片架構(gòu)做緊密的聯(lián)盟，余凱介紹。

　　包括PC時(shí)代Windows 跟 Intel的Wintel 聯(lián)盟，智能手機(jī)時(shí)代的AA ——安卓跟ARM之間的聯(lián)盟，以及在人工智能時(shí)代，英偉達(dá)自己的操作系統(tǒng)CUDA 跟其GPU架構(gòu)的耦合。

　　為什么會(huì)有這樣的現(xiàn)象?這主要是因?yàn)?，只有軟件跟硬件的高度協(xié)同才能保證計(jì)算高效，那么也就意味著，軟件在一個(gè)芯片架構(gòu)上優(yōu)化得很好的時(shí)候，它很難遷移到另外一個(gè)芯片架構(gòu)上，這是信息產(chǎn)業(yè)軟件硬件發(fā)展的規(guī)律。

　　基于這個(gè)判斷，地平線開始思考，如果要把征程芯片打造成中國(guó)自動(dòng)駕駛芯片的底座，那么是不是需要給它配一個(gè)操作系統(tǒng)?這就是地平線布局操作系統(tǒng)的邏輯。

　　2021年，地平線提出要打造開源的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)——TogetherOS。

　　從命名就可以看出來，地平線所主張的理念：操作系統(tǒng)就是應(yīng)該開放的、開源的大家一起參與的。

　　同時(shí)，地平線也認(rèn)為，操作系統(tǒng)是不應(yīng)該掙錢的，它就是應(yīng)該作為一個(gè)公共的技術(shù)資源，大家一起攜手去推進(jìn)、打造的操作系統(tǒng)生態(tài)。

　　這樣一來，在地平線的征程芯片之上，既可以支持了現(xiàn)在主流的 Linux 、QNX、安卓、阿里 OS、鴻蒙等主流的操作系統(tǒng)，同時(shí)也專為智能汽車去打造一個(gè)開放開源的、不帶商業(yè)目的 TogetherOS。

　　在TogetherOS 之上，可以支持各種各樣的應(yīng)用軟件，地平線也提供各種開發(fā)工具、工具鏈以及云端的訓(xùn)練，包括數(shù)據(jù)管理及仿真平臺(tái)。

　　03 向車企開放芯片IP

　　有了操作系統(tǒng)，地平線還覺得不夠。

　　余凱談到，作為新一代創(chuàng)業(yè)者，一定要把開放這件事情去不斷地推進(jìn)。地平線在進(jìn)一步地思考能不能做得更加的開放。

　　以芯片+算法+工具鏈+開發(fā)平臺(tái)為核心，支持合作伙伴開發(fā)智能駕駛解決方案，這是地平線當(dāng)前的商業(yè)模式。

　　在這個(gè)基礎(chǔ)上，地平線計(jì)劃將開放踐行到底，支持車企自主開自動(dòng)駕駛芯片。

　　這意味著，地平線要拿出其最核心的BPU技術(shù)架構(gòu)提供支持。也就是說，地平線要提供BPU的IP授權(quán)，包括整個(gè)BPU軟件支持包以及參考設(shè)計(jì)等，以及各種技術(shù)支持。

　　這就有點(diǎn)像ARM模式，余凱認(rèn)為，ARM是一個(gè)很值得學(xué)習(xí)的公司，它推進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代和智能手機(jī)時(shí)代，全球的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和進(jìn)步。

　　地平線計(jì)劃支持一部分車企自研的芯片，同時(shí)提供地平線自己的征程芯片，因?yàn)椴⒉皇撬械能嚻蠖家_發(fā)自己的芯片。

　　BPU IP授權(quán)帶來的好處，就是提升車企的差異化競(jìng)爭(zhēng)力，加快研發(fā)創(chuàng)新的速度。

　　余凱把芯片公司與車企的合作模式，進(jìn)行了總結(jié)。

　　第一種是Mobileye模式。Mobileye把芯片架構(gòu)、芯片以及操作系統(tǒng)，還有智能駕駛的軟硬件系統(tǒng)，全部開發(fā)完了以后交付給車企。

　　也就是說，這是一個(gè)黑盒系統(tǒng)，車企的整車開發(fā)完全沒有參與自動(dòng)駕駛技術(shù)的開發(fā)過程。在過去20年時(shí)間里，這個(gè)模式是成功的。因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候，智能駕駛并不像今天這樣呈現(xiàn)出你追我趕、百舸爭(zhēng)流的創(chuàng)新趨勢(shì)。

　　但今天這種協(xié)同方式顯然是不夠的，為什么?如果把BPU、SOC、操作系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛的軟件系統(tǒng)所需要的時(shí)間，以及交付到整車開發(fā)后所需要的時(shí)間加在一起，整個(gè)開發(fā)周期會(huì)需要6-7年的時(shí)間，這將會(huì)導(dǎo)致車企的創(chuàng)新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

　　第二種是英偉達(dá)模式，英偉達(dá)把GPU架構(gòu)開發(fā)成芯片，然后包上自己的操作系統(tǒng) CUDA， 再去讓業(yè)界開發(fā)自動(dòng)駕駛的軟硬件系統(tǒng)。

　　在這個(gè)合作模式里面，其實(shí)是整車開發(fā)是參與了自動(dòng)駕駛的開發(fā)過程，甚至是主導(dǎo)。這種模式下，自動(dòng)駕駛的創(chuàng)新實(shí)際上是跟整車開發(fā)是一起的，也就有了更強(qiáng)的創(chuàng)新協(xié)同。

　　第三種就是地平線提出的Together OS 模式，把BPU跟SOC開發(fā)完了以后，中間的底層軟件通過開源OS開放的模式跟整車一起系統(tǒng)開發(fā)。

　　那么，整車開發(fā)不光包括整個(gè)自動(dòng)駕駛的應(yīng)用軟件，而是也深入到操作系統(tǒng)的底層，能夠更高效地調(diào)用操作系統(tǒng)之下的各種資源。

　　余凱以地平線和理想汽車的合作舉例，雙方達(dá)成合作是在2020年的年底，理想汽車在2021 年5月就已經(jīng)量產(chǎn)，從項(xiàng)目啟動(dòng)到量產(chǎn)也就是七八個(gè)月的時(shí)間。

　　之所以量產(chǎn)的協(xié)同速度能那么快，就是以一個(gè)非常接近這種模式的方式在開發(fā)。

　　第四種就是BPU授權(quán)模式。BPU授權(quán)模式意味整車開發(fā)可以完全的跟從芯片到操作系統(tǒng)、到整個(gè)自動(dòng)駕駛的軟硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高度的協(xié)同，完全的透明。這對(duì)整車迭代的速度產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，這就是特斯拉的迭代速度。

　　特斯拉實(shí)際上就是在做芯片和整車打通的事情，國(guó)內(nèi)一些玩家其實(shí)也在追求這樣的一個(gè)迭代的速度。

　　在智能汽車時(shí)代，整個(gè)用戶的體驗(yàn)邏輯和以前傳統(tǒng)燃油車時(shí)代迭代邏輯已經(jīng)完全不同。以前是面向供應(yīng)鏈優(yōu)化流程導(dǎo)向的形態(tài)，現(xiàn)在已經(jīng)變成越來越像手機(jī)這樣的市場(chǎng)。那么意味著，如果能像蘋果一樣，領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手6個(gè)月，而且持續(xù)領(lǐng)先，就贏了。

　　因此，地平線認(rèn)為，保持高效就是在智能汽車時(shí)代，打造開放創(chuàng)新生態(tài)的重要意義。

　　04 ARM是一個(gè)好榜樣

　　余凱談到，ARM是一個(gè)非常值得學(xué)習(xí)榜樣，他們走出了和傳統(tǒng)的芯片公司不一樣的路線，開放自己芯片的架構(gòu)授權(quán)，加速了整個(gè)產(chǎn)業(yè)迭代速度、縮短了迭代周期、降低了研發(fā)成本，讓專業(yè)的人干專業(yè)的事情。

　　同時(shí)，計(jì)算架構(gòu)IP授權(quán)模式也加速芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展。依托ARM IP授權(quán)和生態(tài)，芯片平均設(shè)計(jì)開發(fā)成本降低50%。

　　這造就了ARM+安卓在智能手機(jī)領(lǐng)域的繁榮生態(tài)，以及整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新生態(tài)。地平線也希望打造智能汽車時(shí)代的”Wintel"和“AA”——“Window+Intel”，“ARM+Android”。

　　可以預(yù)見，路還有很長(zhǎng)要走，但地平線表達(dá)了開放到底的決心，這對(duì)于智能汽車創(chuàng)新生態(tài)的發(fā)展，將是非常重要的推動(dòng)。