文｜Lynn
自動駕駛車輛是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、無人駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，集中運用了人工智能、視覺傳感、無線通信、導(dǎo)航定位、智能控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。
而在自動駕駛車輛的眾多軟件和硬件系統(tǒng)中，智能計算平臺作為無人車的“智慧大腦”，支持車與車、路與車、人與車、云端與終端之間的全方位實時動態(tài)的信息交互，其性能尤其受到行業(yè)關(guān)注。
無人駕駛推動計算模型從云計算走向邊緣計算
自動駕駛級別越高，配置的傳感器數(shù)量就越多，無人車運行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也會隨之大量增加。據(jù)新戰(zhàn)略低速無人駕駛產(chǎn)業(yè)研究所了解，一個200W像素的高清攝像頭24小時錄像需占用40~60GB的存儲容量；一個單線激光雷達(dá)每小時可產(chǎn)生3~4GB的點云數(shù)據(jù)，應(yīng)用在自動駕駛卡車、礦車等大型車輛上的192線激光雷達(dá)，每秒就可產(chǎn)生200MB左右的數(shù)據(jù)量；另外，GPS定位系統(tǒng)、車輛位姿等都有一定的數(shù)據(jù)積累。
當(dāng)一輛自動駕駛車輛每天可以產(chǎn)生數(shù)TB，甚至數(shù)十TB數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的處理能力也成為自動駕駛技術(shù)驗證的關(guān)鍵點之一。
為省去一些設(shè)備系統(tǒng)繁瑣的購買、安裝和維護(hù)程序，在更短的時間內(nèi)部署應(yīng)用產(chǎn)品，行業(yè)最初主要通過云計算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，自動駕駛車輛只要接入云端就能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和指令回傳。由于可以在云供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)上的多個冗余站點建立數(shù)據(jù)鏡像，企業(yè)也能夠以更低的成本輕松地實現(xiàn)備份、災(zāi)難恢復(fù)和業(yè)務(wù)連續(xù)性。
但事實上，企業(yè)過度依賴云計算就會出現(xiàn)各種數(shù)據(jù)都往云端傳輸，云平臺數(shù)據(jù)多了以后，處理效率降低，時延增大，極大影響了自動駕駛車輛的使用體驗。
另外，隨著自動駕駛技術(shù)不斷成熟，無人車配置的傳感器數(shù)量越來越多，車隊管理、人機(jī)交互等功能要求越來越高，對自動駕駛數(shù)據(jù)處理也有了更高要求。在全國各地實時運行的自動駕駛車輛可能需要巨大的本地處理能力，且往往是在遠(yuǎn)離中央云服務(wù)器的偏遠(yuǎn)地區(qū)。
既然集中式的云計算已不能完全滿足市場需要，行業(yè)就在分散式的邊緣計算領(lǐng)域有了更多的探索。
云計算與邊緣計算架構(gòu)示意圖
邊緣計算，是指在靠近自動駕駛數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務(wù)。其應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，可滿足行業(yè)在實時業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的基本需求。
在具體應(yīng)用中，邊緣計算能預(yù)處理數(shù)據(jù)，過濾掉無用數(shù)據(jù)再上傳到云端。因此，邊緣計算并不是完全取代云計算，而是相互補(bǔ)充、彼此優(yōu)化。
邊緣計算6大技術(shù)要素，打造低速場景應(yīng)用優(yōu)勢
阿普奇蘇州總部
阿普奇是一家專注于智能制造領(lǐng)域，為工業(yè)客戶提供AI邊緣計算一體化解決方案的高新企業(yè)。公司成立于2009年，發(fā)展初期以軍工級特種計算機(jī)為主要產(chǎn)品，并逐步擴(kuò)展到智能智造板塊，形成了整機(jī)及軟硬件模塊、行業(yè)系統(tǒng)、服務(wù)平臺為核心的“一橫一縱一平臺”的產(chǎn)品架構(gòu)。阿普奇技術(shù)總監(jiān)王德全介紹，一款邊緣計算產(chǎn)品主要有以下6大性能指標(biāo)。
計算能力：計算能力是衡量邊緣計算平臺性能的重要指標(biāo)，它直接影響到平臺處理數(shù)據(jù)和運行算法的速度，低速無人駕駛涉及到大量自動駕駛相關(guān)的AI計算，算力的要求非常高。
延遲：延遲是指平臺從接收到數(shù)據(jù)到輸出結(jié)果所需的時間。在實時性要求較高的應(yīng)用場景中，較低的延遲可以帶來更好的用戶體驗。
吞吐量：吞吐量是指邊緣計算平臺在單位時間內(nèi)處理的數(shù)據(jù)量。較高的吞吐量可以支持更多的設(shè)備和服務(wù)同時接入平臺。
功耗：功耗是衡量邊緣計算平臺能效的關(guān)鍵指標(biāo)。較低的功耗有助于降低設(shè)備運行成本和散熱需求，延長設(shè)備壽命。
穩(wěn)定性：穩(wěn)定性是指邊緣計算平臺在運行過程中的可靠性。高穩(wěn)定性的平臺可以在惡劣環(huán)境下正常工作，減少故障和維護(hù)成本。
擴(kuò)展性：擴(kuò)展性是指邊緣計算平臺在硬件和軟件方面的可擴(kuò)展能力。具有良好擴(kuò)展性的平臺可以更容易地適應(yīng)未來技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的變化。
王德全表示，低速無人駕駛當(dāng)前還處在行業(yè)培育階段，客戶對于智能化和成本優(yōu)化都有非常強(qiáng)烈的需求，所以，對于算力組建方案的高性能和經(jīng)濟(jì)性要求較高。穩(wěn)定性等屬于工業(yè)級的必然要求。
據(jù)了解，阿普奇公司團(tuán)隊包括技術(shù)研發(fā)、市場開拓、交付保障三大核心板塊。專業(yè)技術(shù)人員占比50%以上，包括AI算法、系統(tǒng)工程及自動化等專家，具備工業(yè)AI邊緣計算領(lǐng)域全棧技術(shù)能力，包括數(shù)十人的相關(guān)領(lǐng)域博士及碩士梯隊。
目前，在低速無人駕駛領(lǐng)域，阿普奇主要針對清潔/消殺、建筑、智能叉車等進(jìn)行創(chuàng)新研發(fā)，形成了TAC2000~TAC7000系列產(chǎn)品。涵蓋了不同的算力的需求和環(huán)境需求。在算力平臺的選擇上，產(chǎn)品涵蓋了ARM、NX、X86多個平臺，滿足不同場景化需求。
阿普奇在無人駕駛清潔車中的應(yīng)用
如在國內(nèi)某無人環(huán)衛(wèi)頭部企業(yè)的產(chǎn)品上，其配套的無人駕駛清掃車方案搭載了阿普奇自主研發(fā)的邊緣計算控制器TAC7010，具有低功耗、高算力、高集成度等特點，可滿足無人清掃車多機(jī)位、多目數(shù)相機(jī)接入要求，滿足復(fù)雜地形、運動場景、高溫高濕的環(huán)境可靠性要求，以及小體積、苛刻散熱條件和電磁指標(biāo)要求等。目前該方案已在多個項目中被證實穩(wěn)定可靠。
在國內(nèi)某知名倉儲搬運設(shè)備制造商的產(chǎn)品上，阿普奇針對行業(yè)客戶研發(fā)出基于工業(yè)移動機(jī)器人的軟硬件一體化解決方案，采用的高配版邊緣計算控制器TAC7020，經(jīng)過特殊設(shè)計具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可以用于振動、電磁輻射等惡劣的工業(yè)環(huán)境。同時外觀結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧，可以運行Windows、Linux等通用的操作系統(tǒng)，全方位滿足智能倉儲領(lǐng)域的特殊定制和配置要求。
阿普奇工業(yè)低速機(jī)器人控制器TAC-7020
TAC7020同樣在阿普奇與國內(nèi)某標(biāo)桿建筑企業(yè)合作研發(fā)的國內(nèi)首套建筑機(jī)器人上應(yīng)用，作為其主控設(shè)備，保障機(jī)器人在工地建筑材料運輸作業(yè)中穩(wěn)定運行，目前已在該集團(tuán)的所有工地成熟應(yīng)用，并逐步形成了行業(yè)方案。
王德全介紹，阿普奇針對低速場景研發(fā)的一系列邊緣計算控制產(chǎn)品，支持CPU+GPU+外置外卡等多種算力組合方式，同時支持CUDA、OpenVINO等多種AI算力平臺。通過高集成度研發(fā)和散熱設(shè)計，產(chǎn)品體積小，支持了移動領(lǐng)域的嵌入式小空間部署要求。通過結(jié)構(gòu)和內(nèi)部機(jī)構(gòu)的加固設(shè)計，保證了良好的機(jī)械性能和外部件的緊固連接。產(chǎn)品提供多種高速IO接口，包括串口、GPIO、千兆網(wǎng)、USB3.0等，為機(jī)器人導(dǎo)航和計算控制的實時反饋提供了基礎(chǔ)條件。
阿普奇低速無人駕駛行業(yè)產(chǎn)品圖
另外，除了硬件產(chǎn)品外，阿普奇還提供了基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)平臺，提供了包括運行數(shù)據(jù)采集、故障預(yù)警、遠(yuǎn)程運維、病毒查殺等整體安全保障能力，極大提升現(xiàn)場設(shè)備的運行穩(wěn)定性，以保證客戶的業(yè)務(wù)連續(xù)性，并降低客戶的開發(fā)成本。
阿普奇運維及安全監(jiān)測模
市場空間超萬億，行業(yè)進(jìn)入決勝關(guān)鍵期？
據(jù)悉，阿普奇從2018年開始打造產(chǎn)品和開拓市場，目前在清潔機(jī)器人、建筑機(jī)器人、AMR等低速智能移動機(jī)器人上應(yīng)用占比較高，出貨量達(dá)到萬臺級。在智能叉車、安防機(jī)器人等領(lǐng)域，公司也在加速布局，并且已經(jīng)形成了多個場景化樣板。
阿普奇低速無人駕駛行業(yè)解決方案拓?fù)鋱D
王德全介紹，從整體方案角度看，邊緣計算在硬件板塊的技術(shù)已經(jīng)接近成熟，基本完成了行業(yè)方案的試錯，目前更多是進(jìn)行平臺設(shè)計和場景適應(yīng)度改進(jìn)、成本優(yōu)化、集成度整合。在軟件及核心AI層面，各個場景差別還比較巨大。在室內(nèi)場景，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，形成了較多規(guī)模化應(yīng)用案例。但是在室外開放場景，因為干擾和障礙因素多，整體產(chǎn)品的適用性還不足，還需要進(jìn)一步的投入研發(fā)和落地探索。
從標(biāo)準(zhǔn)化和生態(tài)建設(shè)角度看，目前AI邊緣計算領(lǐng)域尚缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，有待建設(shè)完善，這給生態(tài)的互通性和兼容性帶來了挑戰(zhàn)。
王德全表示，除了市場的培育，目前行業(yè)在放量方面也還存在很大挑戰(zhàn)，需要大量的推動和完善。面對研發(fā)的高投入和市場的滯后，有相當(dāng)一部分玩家會淘汰出去，同時也會成長出一批頂尖的企業(yè)。
據(jù)了解，低速無人駕駛是阿普奇重點聚焦的行業(yè)之一，公司會在既有的TAC系列產(chǎn)品上進(jìn)一步加大技術(shù)研發(fā)。一是進(jìn)行應(yīng)用場景適配優(yōu)化，為了提高機(jī)器人的反應(yīng)速度和處理能力，將開發(fā)更高性能的算力和控制方案，針對機(jī)器人的計算需求，研發(fā)專門的硬件加速模塊，例如視覺處理、傳感器數(shù)據(jù)處理等。
二是進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)優(yōu)化，提升耐高溫、防水防塵、抗震動能力，以滿足在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定運行需求，為后續(xù)室外機(jī)型領(lǐng)域的做好適配和儲備。
三是提供運維一體化服務(wù)，提供硬件自動故障檢測和修復(fù)、系統(tǒng)備份和恢復(fù)等，以保證機(jī)器人核心計算部件能在出現(xiàn)問題時，快速恢復(fù)定位、修復(fù)和預(yù)測。
總體而言，隨著低速無人車、移動機(jī)器人智能化水平的不斷提升，在越來越多的場景成熟應(yīng)用，邊緣計算的應(yīng)用需求日益增長。行業(yè)認(rèn)為，邊緣計算需要和云計算緊密協(xié)同才能更好地滿足各種場景的匹配，從而更大程度發(fā)揮邊緣計算的應(yīng)用價值。有數(shù)據(jù)預(yù)測，到2025年，聯(lián)網(wǎng)的終端和設(shè)備將有超過50%的數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣分析、處理與儲存，邊緣計算市場規(guī)模將超萬億元，成為與云計算平分秋色的新興市場。
