导读：2022年3月25-27日，中国电动汽车百人会论坛（2022）在北京以线上线下结合的方式召开。本届论坛以“迎接新能源汽车市场化发展新阶段”为主题，全面梳理和回应新发展阶段的新情况和新问题，邀请国际国内的来自政府、产业、学界、研究机构等多个领域的300余位嘉宾参会，吸引超过3100万人次以观看视频直播的方式“云参会”。
在3月26日下午举办的高层论坛上，地平线创始人兼首席科学家余凯发表了题为《构建智能汽车时代的数字底座：国产芯片和OS的机遇和挑战》的主旨演讲，以下为余凯发言整理。
核心观点：
智能电动汽车为中国在人工智能领域发展芯片和操作系统提供了千载难逢的机遇。作为智能汽车的数字底座，芯片和操作系统是产业的最佳破局点。地平线将向整车厂开放BPU IP授权，推动汽车芯片产业跃迁，同时携手合作伙伴共建车载数字底座，打造一个开放开源的创新生态。
一、智能汽车时代芯片与OS的重要性
智能汽车将成为人类科技发展最大的母生态，它驱动着材料、能源、交通基础设施、芯片、半导体、软件技术、智能驾驶、人工智能技术等领域的全方位创新。在母生态的支持下，中国迎来了前所未有的产业及科技创新的趋势与机遇。
回顾历代智能终端，从个人电脑到智能手机，实际上都孕育了赢得巨大成功的科技公司，比如微软、Intel、高通、苹果。作为第三代智能终端，智能汽车带来的影响更加值得期待。
首先，相比PC及智能手机时代，在智能汽车、电动车革命的开端，中国就已在市场消费、产品等方面领先全球，创新的发源地会在中国。其次，中国消费者对智能汽车科技、技术的拥抱，也是前所未有的，众多的应用场景可以加速技术的迭代。我们认为，真正有市场竞争力的技术，不仅仅是在实验室里面研发出来的，实际上更是在用户的体验中、反馈中打磨出来的。而技术的领先发展到最后实际上是应用生态的领先。比如微软和安卓，因为在全球拥有众多用户、开发者，都是基于一个数字底座去创新、去开发各种各样的应用软件。
汽车芯片将替代手机，成为半导体行业最大的细分市场。目前智能手机芯片依旧是半导体领域最大的产业。但到2030年，随着单车的半导体规模以及整个智能汽车渗透率的提升，智能汽车将成为半导体第一大垂直应用领域。产业的变革，一定会催生新的科技玩家与主导者。其实，政府在政策层面已经有所关注，工信部与发改委等部委联合发布的《智能汽车创新发展战略》，反复强调了智能操作系统、车规级芯片、智能计算平台，在国家科技创新战略中的重要性。
资料来源：百人会钓鱼台论坛（2022），余凯发言PPT
再回顾一下三代智能终端，从PC时代到智能手机时代，我们都观察到一个现象，中国企业家在面向消费者的终端产品创新及品牌竞争力的打造，最后都赢得很精彩。无论是PC时代的联想，还是智能手机时代的华为、小米、OPPO、VIVO。同样，在智能汽车时代，可以说这场战役一开打，就已经呈现这样的事态，比如智能手机时代，IOS、安卓、ARM，我们毫无存在感。在智能汽车第三代终端，我们能否给出不一样的答案，即中国的科技公司在智能芯片与操作系统能否有所作为？这是地平线需要回答的，也是中国很多科技公司需要回答的一个问题。
同样我们看到挑战与机遇并存，今天中国已经成为智能电动汽车全球最活跃的市场，同时也是全球科技公司竞争最激烈的角斗场。举一个例子，无论是英伟达、Mobileye，还是高通、地平线，最先进的智能驾驶芯片，其首发量产不是日本、德国的汽车公司，而是中国的自主品牌。这样的例子很多，可以说中国现在成为创新的策源地，所以地平线是主场作战，但是在中国市场其实面临的是国际竞争，所以也是有压力的。
地平线从2019年开始到2020年再到2021年，保持着每年推出一代高性能自动驾驶芯片的节奏，从征程2、征程3到征程5，算力不断推升，每一代芯片都很快成功量产。地平线与理想汽车非常成功的合作，最核心的一点是什么？是创新时代，开放和协同始终是最重要的。比如，理想汽车打造了业界最强的AEB，或是以最快时间去自主开发全栈的NOA功能，并且实现了世界上第一个基于8兆摄像头的高等级辅助驾驶方案。双方一起合作实际上是2020年底，而理想汽车在2021年5月25号就已经量产，7-8个月的时间，从项目启动到量产，实际上创造了一个世界级纪录。其背后是创新时代速度极端重要，同时要开放协同。就是把中间的边界打开，不要总想着这是你的，这是我的，然后藏着掖着，使得自动创新的效率变低。
地平线在去年交付了100万片征程芯片，至今已与中国几乎所有的大规模主机厂有量产合作，目前有40多个量产车型已经交付或正在交付过程中。更重要的是什么？因为芯片在整个信息产业的生态中，扮演着最上游的角色，所以天然是一个生态的参与者，所以地平线今天与传感器厂商、Tier1厂商，与各种各样的软件厂商、智能驾驶技术提供商广泛合作，与100余家合作伙伴在量产项目上面合作。这是打造信息产业时代的生态。去年地平线推出征程5芯片，是一个超过100T的大算力高等级自动驾驶芯片，它主要去对标的就是英伟达Orin这样的高等级自动驾驶市场。
二、后摩尔定律时代破除算力迷思
作为新晋的玩家、中国的创新企业，地平线在2016年提出了“AI计算的新摩尔定律”。在整个物理的摩尔定律趋缓情况下，不能再依靠提升晶体管密度去持续提升计算性能。在人工智能时代，地平线提出一个新的指标，与其算力大，不如算得快。地平线把优化指标分解成三个因素：
第一个因素，是峰值算力。峰值算力其实就是旧摩尔定律时代不断提到的峰值TOPS。但是TOPS并不是其中的唯一指标，因为它还关系到计算资源的有效利用率，这也是第二个指标。这些取决于创新的架构设计，取决于操作系统、编译器、动态运行库。其次还有第三个指标，是人工智能的算法效率，这些年其架构在不停地演变。未来的20年，还可以看到人工智能软件的算法理论会持续地发生很大的变化，意味着需要让芯片架构去适应变化中、演化中创新的软件算法。所以，三个指标放在一起，是人工智能时代的新摩尔定律。
无独有偶，2020年《科学》杂志发表麻省理工学院学者的一篇论文，他们提出一个观点，在后摩尔定律时代，在整个计算的顶层设计还有巨大的空间去提升计算性能。文章提到，在计算底层的Bottom，实际上就是传统的摩尔定律，靠提升晶体管的密度与先进的制程去提升计算性能。但是这条路已经走到终点了。现在已经到了5纳米、3纳米，那么还能说逼近原子的尺度就是0.1纳米吗？这是不可能的。如何去提升呢？在计算的顶层，这里面包括基础软件，其实就是操作系统，包括软件算法的创新，还包括创新的硬件架构，他们对后摩尔定律时代计算性能提升的观点与我们在2016年提出来的人工智能计算的新摩尔定律可以说是如出一辙。
基于创新的指导思想，地平线设计了高性能的自动驾驶处理器架构——BPU（Brain Processing Unit）。其中采用了大量的创新型的先进技术，包括高性能、低延迟的数据并发的处理技术，包括用脉动阵列去提高它的并行速度，包括用进程计算使得存储与计算不再那么泾渭分明，而是紧密结合在一起。因为我们意识到实际上数据的IO、数据的访问和传输产生的能耗有可能比计算还要大，所以我们要让存储跟计算在一起。此外，还有包括稀疏化等等的优化与处理。
基于新摩尔定律设计的征程5芯片，与目前英伟达旗舰级Orin芯片相比，仅用一半的芯片面积、一半的计算资源，但是在用先进的神经网络计算时，能够得到相当的计算性能，尤其是更先进的神经网络。在柱状图中可以看到，从VGG到ResNet到更新的EfficientNet，实际上是整个人工智能行业在过去5-6年时间里，不断推出更先进的网络。我们发现，地平线的芯片架构对越先进的神经网络，加速性能越高。
同时，我们往往用更低的功耗去完成更多的数据计算，如果除以单位的功耗，相比英伟达的计算效率提升了2-3倍。这对于自动驾驶是非常重要的，为什么呢？因为自动驾驶不像是数据中心，有无限的能源供给，并且有非常好的散热冷却系统，在四个轮子上面，实际上它的工况是非常恶劣的，所以对于低功耗的高效计算非常重要。
三、芯片与OS亲密共舞
芯片跟OS从来是密不可分的。昨天苗部长也提到习总书记的一段话，“美国有个所谓的‘文泰来’联盟，微软的视窗操作系统只配对英特尔的芯片。”其实这是非常细致的观察，很多人都没有注意到，为什么两家商业公司要组成排他性的联盟，这是非常违反商业规律的。因为任何一个商业公司都不想被另外一家公司所绑架，希望有更多选择。为什么这两家公司要一对一结成联盟？实际上这不是偶然现象。在整个信息产业的历史上，凡是成功的、有广泛生态的操作系统，往往选择一家芯片架构做紧密的联盟。比如说Windows与Intel，智能手机时代的Android与ARM之间的联盟，包括人工智能时代，英伟达操作系统CUDA与其自身GPU架构的耦合。
为什么会这样？其实昨天苗部长也讲到了，在安卓上面开发一个输入法，如果要移植到鸿蒙系统上面的话，很难。主要是因为只有软件和硬件的高度协同，才能导致计算的效能，也就意味着当这个软件在一个芯片架构上面优化的很好时，很难迁移到另外一个芯片架构。所以这个是信息产业软件、硬件发展的规律。
如果要把地平线的征程芯片打造成中国自动驾驶芯片的底座，那么是否要对它配一个操作系统？这是一个很自然的思考。地平线在去年对外提出要打造开源的实时的操作系统——TogetherOS。地平线认为操作系统从一开始就应该是开放、开源、大家一起参与的。所以我们联合了国内众多主机厂一起开发，同时我们认为操作系统是不应该挣钱的，它应该作为一个公共的技术资源，大家一起携手去推进操作系统的生态。
资料来源：百人会钓鱼台论坛（2022），余凯发言PPT
在地平线的征程芯片上，我们支持现在主流的Linux、QNX、AliOS、鸿蒙等操作系统。但同时我们也专为智能汽车去打造一个开放、开源的、大家广泛参与的不带商业目的的TogetherOS。在TogetherOS上支持各种各样的应用软件，同时我们也提供各种开发工具、工具链以及在云端的训练，包括数据管理以及仿真的平台。再上面就是面向智能驾驶、智能交互、整车的娱乐导航，去建设各种各样的解决方案。
这样还不够，因为地平线作为科技时代的新一代创业者，一定要把开放这件事情不断地推进。我们还在进一步思考，能不能做得更加开放。这个是我们现在的商业模式，基于我们的芯片，上面是开源的操作系统，再上面有各种各样的应用软件。
我们是不是也可以去支持一些整车厂，自主地去开发差异化的、具有核心能力的自动驾驶芯片？这背后地平线不断积累了BPU架构，就有点像今天的ARM模式。我们认为ARM是一个很值得学习的公司，他们实际上推进了在物联网时代与智能手机时代全球产业创新的进步。在这个模式下，我们提供一个BPU的IP授权，包括整个BPU的软件支持包以及芯片的参考设计，包括各种技术支持，支持一部分主机厂去开发自研芯片。当然我们也同时提供地平线征程芯片，因为我们认为并不是所有的主机厂都应该去开发自己的芯片。这个带来的好处，当然就是提升我们主机厂差异化的竞争力，加快他们研发创新的速度。
四、建设智能汽车时代开放的协同创新生态
当前芯片公司与主机厂的合作模式大致分为四类。一是Mobileye模式，就是在智能驾驶领域把架构、芯片以及操作系统和智能驾驶的软硬件系统全部开发完以后，交付给整车厂。也就是说整车开发就跟自动驾驶的整个技术开发的过程完全没有参与，就是一个黑盒系统。在过去的20年时间里，这个是成功的，因为那时智能驾驶并不是像今天这样，是你追我赶的百舸争流的创新趋势。但今天这种协同方式是远远不够的，为什么呢？我们只要把前面比如说BPU、SOC操作系统、自动驾驶的操作系统交付到整个开发，这样的创新周期会是6-7年的时间，所以这样的主机厂一定落后于其他主机厂的创新速度。
资料来源：百人会钓鱼台论坛（2022），余凯发言PPT
第二类是英伟达模式，英伟达将其GPU架构开发成芯片，加上自己的操作系统CUDA，然后去让业界开发自动驾驶的软硬件系统。这个时候整车开发实际上是参与了自动驾驶的开发过程，甚至是主导自动驾驶的创新，这样就有了更强的创新协同。
第三类是TogetherOS模式，就是把BPU与SOC芯片开发完以后，它中间的底层软件，通过开源、协同、开放的模式与整车整合，这样整车的开发不仅是整个是自动驾驶的应用软件，还要去深入操作系统的底层，能够更高效地去调用操作系统之下芯片的资源。举例来说，地平线与理想汽车为什么在开发的过程中，量产、协同的速度能那么快？其实我们就是以非常接近这样的模式在开发。
第四类是BPU授权模式，整车的开发可以完全与芯片到操作系统到整个自动驾驶的软件高度协同，完全透明。
智能汽车时代，整个用户的体验逻辑与以前传统燃油车时代迭代的逻辑完全不同。以前是面向供应链优化流程导向的形态，现在会变成越来越像手机这样的海鲜市场，意味着如果你能像苹果一样领先竞争对手哪怕6个月，而且持续领先，你就赢了。所以，在智能汽车时代打造更加开放的创新生态是非常重要的。举个例子，ARM实际上是非常值得学习的榜样，它们因为走出了与传统芯片公司不同的路线，开放自己的芯片架构授权，加速了整个产业迭代周期的速度，让专业的人做专业的事情，到最后造就了ARM+Android在智能手机繁荣的生态，也包括今天整个物联网的创新生态。
在PC时代，我们有Intel、Windows；在智能手机时代有ARM、安卓。在智能汽车时代是否可以打造一个Journey Together的开放开源的创新生态，这是我们对于在智能汽车时代的数字底座的一个思考。
来源：ICV City 智能汽车与智慧城市协同发展联盟
