芯耀
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Waymo早在2008年就開(kāi)始投入自動(dòng)駕駛，當(dāng)時(shí)還屬于谷歌X事業(yè)部，不過(guò)14年過(guò)去，Waymo幾乎一事無(wú)成，聲音也越來(lái)越小，根本的原因就是Waymo對(duì)軟件算法過(guò)分重視，忽視了硬件平臺(tái)。這幾年英偉達(dá)、高通自動(dòng)駕駛芯片的崛起與Waymo的沒(méi)落形成鮮明對(duì)比。自動(dòng)駕駛的軟件和硬件是硬幣的兩面，無(wú)法分割，整套解決方案必然包括軟件和硬件。單獨(dú)提供軟件或硬件都沒(méi)有出路，因?yàn)樽詣?dòng)駕駛軟硬件配合度要求太高，很難移植。這主要是深度學(xué)習(xí)算法模型與硬件高度捆綁，兩者不匹配很容易導(dǎo)致效率低下，硬件的利用率低到10%以下是經(jīng)常遇到的。
Waymo早期是采用英特爾芯片做計(jì)算平臺(tái)的，主要是基于服務(wù)器CPU至強(qiáng)和FPGA加速卡。
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Waymo計(jì)算平臺(tái)，其中以太網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)該也是用FPGA搭建的，因?yàn)檫@么高帶寬的以太網(wǎng)交換機(jī)現(xiàn)在還沒(méi)有量產(chǎn)，幾年前更不可能有了。只有FPGA能做到如此高的帶寬，代價(jià)是價(jià)格很高，至少在1000美元以上。還有兩個(gè)至強(qiáng)CPU之間應(yīng)該還需要PCIe交換機(jī)。
FPGA可能是Arria 10 1150GX，目前售價(jià)大約2000美元，2013年時(shí)可能要4000美元以上。Altera的FPGA共有四大系列，分別是頂配的Stratix系列、成本與性能平衡的Arria系列、廉價(jià)的Cyclone系列、帶NVM的MAX系列。Stratix系列多在近萬(wàn)美元以上，Arria系列大約在2000-5000美元之間，Cyclone系列多在10-20美元之間。Arria系列再細(xì)分10、V、II、GX四個(gè)系列，10系列為最新產(chǎn)品，于2013年推出，采用20納米工藝，GX為第一代產(chǎn)品，2007年推出，采用90納米工藝，II系列為2009年產(chǎn)品，采用40納米工藝，V系列為2011年產(chǎn)品，采用28納米工藝。10系列再分為帶ARM內(nèi)核和不帶ARM內(nèi)核兩大類(lèi)。ARM內(nèi)核為雙A9內(nèi)核。
1150GX擁有標(biāo)準(zhǔn)FPGA的1150K個(gè)邏輯元素外，還擁有1518個(gè)硬核單精度浮點(diǎn)運(yùn)算乘法器/加法器，3036個(gè)18*19乘法器。最終能夠獲得3340GMACS（等于每秒百萬(wàn)次的定點(diǎn)乘累加運(yùn)算），還有1366 GFLOPS的浮點(diǎn)運(yùn)算能力。AI算力最高是26TOPS@Int8。在2013年這個(gè)算力可以算是非常驚人的，價(jià)格當(dāng)然也很驚人。
FPGA是效率最高的運(yùn)算單元，F(xiàn)PGA之所以比CPU甚至GPU能效高，本質(zhì)上是無(wú)指令、無(wú)需共享內(nèi)存的體系結(jié)構(gòu)帶來(lái)的福利。馮氏結(jié)構(gòu)中，由于執(zhí)行單元（如CPU核）可能執(zhí)行任意指令，就需要有指令存儲(chǔ)器、譯碼器、各種指令的運(yùn)算器、分支跳轉(zhuǎn)處理邏輯。由于指令流的控制邏輯復(fù)雜，不可能有太多條獨(dú)立的指令流，因此GPU使用SIMD（單指令流多數(shù)據(jù)流）來(lái)讓多個(gè)執(zhí)行單元以同樣的步調(diào)處理不同的數(shù)據(jù)，CPU也支持SIMD指令。而FPGA每個(gè)邏輯單元的功能在重編程（燒寫(xiě)）時(shí)就已經(jīng)確定，不需要指令。
FPGA中的寄存器和片上內(nèi)存（BRAM）是屬于各自的控制邏輯的，無(wú)需不必要的仲裁和緩存。對(duì)于通信的需求，F(xiàn)PGA每個(gè)邏輯單元與周?chē)壿媶卧倪B接在重編程（燒寫(xiě)）時(shí)就已經(jīng)確定，并不需要通過(guò)共享內(nèi)存來(lái)通信。FPGA實(shí)際就像是一片SRAM，它沒(méi)有AI芯片難以克服的內(nèi)存墻問(wèn)題，有點(diǎn)像存內(nèi)計(jì)算，但要比存內(nèi)計(jì)算規(guī)模大太多了。FPGA的硬件利用率可輕松做到80%以上，因此FPGA的頻率都比較低。
但FPGA的布線沒(méi)有優(yōu)化，有大面積的硅片資源閑置，浪費(fèi)了，這導(dǎo)致其成本飛速上升，小規(guī)模的FPGA價(jià)格很低，一旦越過(guò)30-50萬(wàn)邏輯單元，價(jià)格直線飛升。
Waymo的計(jì)算平臺(tái)單芯片成本就已超過(guò)4000美元，并且都是非車(chē)規(guī)的，顯然這無(wú)法量產(chǎn)。2019年以后，Waymo的聲音就慢慢沉寂，而軟硬一體的高通和英偉達(dá)發(fā)展越來(lái)越順利。
眼看英偉達(dá)和高通一飛沖天，Waymo也幡然悔悟，2021年就開(kāi)始籌劃與三星推出自動(dòng)駕駛芯片，正式推出可能在2023年底。和英偉達(dá)、高通相比，Waymo的劣勢(shì)在于英偉達(dá)和高通都是芯片巨頭，兩者出貨量巨大，特別是高通，能夠大幅度降低芯片成本。Waymo訂制芯片，出貨量必然是很低的，谷歌的TPU用在數(shù)據(jù)中心，成本敏感度不高，但汽車(chē)不行。同時(shí)谷歌的TPU出貨量相對(duì)自動(dòng)駕駛汽車(chē)還是不低的。
要做到商業(yè)化，成本是必須考慮的。Waymo找到了三星做合作伙伴，三星每年手機(jī)CPU芯片上億，足以和高通抗衡，足以攤薄成本。三星與谷歌合作是從谷歌第一代手機(jī)芯片Tensor開(kāi)始。高通的Snapdragon Ride平臺(tái)目前是SA8540p+SA9000。SA8540p近似于高通手機(jī)5納米芯片888，只不過(guò)SA8540p可能采用4大核4小核的設(shè)計(jì)，即4個(gè)Cortex-X1加4個(gè)A78。去掉了強(qiáng)調(diào)A55小核。高通以此還衍生出針對(duì)筆記本電腦的8cx gen3，與SA8540p非常近似，但去掉了5G modem。
能做手機(jī)SoC，就能做自動(dòng)駕駛芯片，三星、蘋(píng)果、聯(lián)發(fā)科都可以。
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谷歌第一代Tensor芯片，用于谷歌Pixel 6系列手機(jī)上，實(shí)際就是基于三星Exynos 2100的修改版。
第一代Tensor與三星Exynos 2100對(duì)比
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在NPU方面，Exynos 2100是壓倒性?xún)?yōu)勢(shì)的26TOPS，谷歌是5.7TOPS。不過(guò)在實(shí)際測(cè)試中，Exynos 2100優(yōu)勢(shì)不明顯。
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驍龍888、谷歌Tensor與Exynos 2100的NNAPI即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試跑分，谷歌Tensor優(yōu)勢(shì)明顯。
NLP自然語(yǔ)言處理方面，谷歌Tensor優(yōu)勢(shì)非常明顯。
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離線圖像分類(lèi)跑分測(cè)試，Tensor差距也不算大。
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Waymo的自動(dòng)駕駛芯片不大可能基于第一代Tensor，因?yàn)榈诙鶷ensor已于2022年7月底量產(chǎn)了。Waymo的自動(dòng)駕駛芯片很有可能基于第二代Tensor，目前未有基于第二代Tensor的消息，但很顯然，三星不會(huì)給谷歌做太多工作，應(yīng)該就是Exynos 2200的修改版，畢竟第一代Tensor的具體型號(hào)就是Samsung Exynos Tensor GS101，從型號(hào)就能看出，這是Exynos2100的修改版。
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Waymo的自動(dòng)駕駛芯片芯片應(yīng)該會(huì)基于三星4納米工藝。超大核應(yīng)該還是兩個(gè)Cortex-x2，而不是Exynos的1個(gè)。兩個(gè)Cortex-710的中核，四個(gè)A510的小核。GPU方面估計(jì)也是基于AMD RNDA2代的GPU，足以和高通的Adreno 730一爭(zhēng)高下。
CPU和GPU沒(méi)有太多操作空間，NPU應(yīng)該是谷歌擅長(zhǎng)的。
谷歌歷代TPU對(duì)比
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谷歌從2016年推出第一代TPU，2021年推出第四代，第四代TPU的算力沒(méi)有公開(kāi)數(shù)據(jù)，只說(shuō)比第三代的兩倍。第三代TPU的算力是360TOPS@Int8，那么第四代應(yīng)該是720TOPS@Int8。不過(guò)TPU是針對(duì)數(shù)據(jù)中心的。針對(duì)邊緣計(jì)算，谷歌還有TPU EDGE，價(jià)格非常低廉，應(yīng)該不超過(guò)10美元。
谷歌沒(méi)有公布TPU V4的算力，但給出了下表，用在各種算法模型上的消耗時(shí)間，完全可以超越頂級(jí)英偉達(dá)系統(tǒng)。
備注：這是在2021年中期測(cè)試的數(shù)據(jù)。
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Waymo的策略應(yīng)該與高通一樣，也是一片SoC加一片加速器。SoC基于二代Tensor也就是基于三星Exynos 2200，其內(nèi)部的NPU算力至少能到30TOPS。加速器應(yīng)該基于4代TPU或5代TPU做修改而來(lái)，算力估計(jì)360TOPS。這樣一來(lái)，成本大大降低，應(yīng)該不高于英偉達(dá)系統(tǒng)的成本。此外4代或5代TPU都應(yīng)該委托三星而非臺(tái)積電代工，臺(tái)積電代工當(dāng)然更好，但價(jià)格會(huì)遠(yuǎn)高于三星，且谷歌的訂單數(shù)量太少，在產(chǎn)能緊張大客戶(hù)云集的臺(tái)積電那里肯定要排隊(duì)等待，因此谷歌一直選弱勢(shì)的三星做合作伙伴。
自谷歌開(kāi)始搞自動(dòng)駕駛以來(lái)，其定位就比較模糊，戰(zhàn)略經(jīng)常變化，最初似乎是想提供全套軟件解決方案，然后是自己制造無(wú)人駕駛小車(chē)，再后是做無(wú)人出租車(chē)運(yùn)營(yíng)，現(xiàn)在似乎是回歸最初，提供包括硬件計(jì)算平臺(tái)在內(nèi)的全套解決方案。主要是自動(dòng)駕駛算法的門(mén)檻極低，單獨(dú)的算法沒(méi)多少價(jià)值，自動(dòng)駕駛軟件里最有價(jià)值的應(yīng)該是經(jīng)過(guò)人工標(biāo)注的數(shù)據(jù)集，這沒(méi)什么技術(shù)含量，完全靠人力和資金。如今Waymo試圖和英偉達(dá)或高通競(jìng)爭(zhēng)，顯然已經(jīng)晚了，Waymo的最終結(jié)局想必大家都已經(jīng)能預(yù)測(cè)到。
