斑馬智行王愷：做操作系統(tǒng)不能單打獨(dú)斗
[汽車之家 行業(yè)] 5月16-18日，2023中國(guó)（亦莊）智能網(wǎng)聯(lián)汽車科技周暨第十屆國(guó)際智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)年會(huì)在京舉行，大會(huì)主題涵蓋了智能網(wǎng)聯(lián)汽車戰(zhàn)略引領(lǐng)、技術(shù)創(chuàng)新、生態(tài)賦能、商業(yè)化推進(jìn)、跨界融合等多個(gè)版塊，同時(shí)聚集了全球頂級(jí)專家、政策制定者、產(chǎn)業(yè)領(lǐng)袖、投資機(jī)構(gòu)等多方人員的參與，旨在進(jìn)一步促進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)進(jìn)步與商業(yè)化應(yīng)用。
在“協(xié)同創(chuàng)新，共筑軟硬融合開放型生態(tài)”主題峰會(huì)上，斑馬智行副總裁、智駕OS總架構(gòu)師王愷發(fā)表了演講。
以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)演講實(shí)錄：
今天分享議題有三方面，第一給行業(yè)專家老師和朋友介紹一下斑馬在智能汽車操作系統(tǒng)的概覽，第二重點(diǎn)介紹一下智駕操作系統(tǒng)就是AliOS Drive技術(shù)實(shí)踐，希望各位專家老師多多指導(dǎo)，第三分享一下開放產(chǎn)業(yè)合作的實(shí)踐。
斑馬智駕是汽車操作系統(tǒng)專業(yè)公司，我們專業(yè)做操作系統(tǒng)，團(tuán)隊(duì)角度做了13年的操作系統(tǒng)，從最早移動(dòng)操作系統(tǒng)到萬(wàn)物互聯(lián)，最終聚焦到汽車，有近2000人研發(fā)團(tuán)隊(duì)。操作系統(tǒng)總代碼行數(shù)超過(guò)2億多行，同時(shí)操作系統(tǒng)相關(guān)專利也有2500多項(xiàng)，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)要往下和硬件合作，我們和十多家主流芯片企業(yè)達(dá)成合作，操作系統(tǒng)不僅在實(shí)驗(yàn)室在POC我們還要量產(chǎn)上車，和15家汽車品牌量產(chǎn)合作，路上跑操作系統(tǒng)裝載量超過(guò)300萬(wàn)輛。
技術(shù)操作系統(tǒng)概括為操作系統(tǒng)三部曲，第一是2015年開始，當(dāng)時(shí)斑馬發(fā)布車機(jī)操作系統(tǒng)，裝載在上汽榮威第一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)汽車上，硬件發(fā)布分布式ECU到計(jì)算能力比較強(qiáng)，可以承載更多互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用內(nèi)容的時(shí)候，對(duì)于語(yǔ)音交互上車聯(lián)網(wǎng)有強(qiáng)烈需求南北硬件發(fā)展水平和應(yīng)用需求推動(dòng)之下，我們有車機(jī)操作系統(tǒng)，去推動(dòng)達(dá)成互聯(lián)網(wǎng)汽車這樣一個(gè)產(chǎn)品形態(tài)。
第二階段是智能座艙，智能座艙發(fā)展隨著底層硬件，從分布式ECO到域集中、分布式域控硬件架構(gòu)，由于硬件能力多屏、跨屏各種艙內(nèi)設(shè)備豐富，要求推動(dòng)了座艙操作系統(tǒng)，能把硬件資源整合起來(lái)，形成統(tǒng)一的用戶體驗(yàn)，并且達(dá)到高效利用硬件，我們推出了智能座艙操作系統(tǒng)叫AliOS Cyber，已經(jīng)量產(chǎn)，多屏、跨屏多模態(tài)的交互，以及車內(nèi)空間新應(yīng)用，比如高質(zhì)量3D的游戲、元宇宙相關(guān)的應(yīng)用。
這里基于Hypervisor Cyber支撐各種智能座艙應(yīng)用場(chǎng)景，隨著智艙應(yīng)用的發(fā)展，AI推理和虛擬機(jī)性能優(yōu)化相關(guān)需求也推動(dòng)了斑馬在操作系統(tǒng)虛擬機(jī)和AI推理引擎等方面技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)時(shí)在這兩項(xiàng)技術(shù)里，在專業(yè)操作系統(tǒng)包括編程語(yǔ)音頂會(huì)也把成果進(jìn)行發(fā)表。
進(jìn)入到現(xiàn)在第三步，跨域融合和智能駕駛是關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景，底層有更強(qiáng)大智駕域控，無(wú)論算力還是帶寬吞吐量，之上有更好融合智能駕駛體驗(yàn)、輔助駕駛體驗(yàn)，更希望做到安全，人和車能夠人車合一。待會(huì)兒我會(huì)詳細(xì)介紹內(nèi)核技術(shù)。
三部曲并不是終局，車云融合的計(jì)算，希望在不遠(yuǎn)未來(lái)給大家分享相關(guān)技術(shù)落地和實(shí)踐。
回到AliOS Drive操作系統(tǒng)，做操作系統(tǒng)這么多年有個(gè)共識(shí)，做操作系統(tǒng)不能單打獨(dú)斗，除了自身精進(jìn)武藝外，越是做操作系統(tǒng)越是眼睛向外，不能閉門造車。所以AliOS Drive積極擁抱中國(guó)方案產(chǎn)業(yè)共識(shí)，從架構(gòu)到車載計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)參考，以及分層解耦、跨域共用，無(wú)疑都在架構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)實(shí)踐中得到體現(xiàn)，我們認(rèn)為只有擁抱產(chǎn)業(yè)共識(shí)和產(chǎn)業(yè)同仁們一起，才能把操作構(gòu)建構(gòu)建好，如果大家構(gòu)建操作系統(tǒng)沒有產(chǎn)業(yè)共識(shí)，很難進(jìn)行規(guī)模化，支持應(yīng)用挑戰(zhàn)、支持硬件發(fā)展挑戰(zhàn)。
在這里核心AliOS Drive設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，基于當(dāng)下的挑戰(zhàn)以及未來(lái)可能出現(xiàn)的挑戰(zhàn)，我們是用雙核驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)解決自動(dòng)駕駛領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)提出四大挑戰(zhàn)，智能駕駛我們知道挑戰(zhàn)非常多，我們凝練總結(jié)成四大挑戰(zhàn)。
第一是功能安全、實(shí)時(shí)計(jì)算與高性能計(jì)算綜合調(diào)優(yōu)，并且優(yōu)化軟硬支撐。新傳感器、AI、大數(shù)據(jù)大流量數(shù)據(jù)流傳和處理支撐。第三自動(dòng)駕駛應(yīng)用生態(tài)是復(fù)雜的，我們做一個(gè)操作系統(tǒng)不能不考慮生態(tài)兼容和持續(xù)發(fā)展，我們既不可能停止只兼容現(xiàn)有應(yīng)用，而不考慮未來(lái)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)，但是也不可能一步吃個(gè)胖子，一步做個(gè)新生態(tài)。第四是智能駕駛安全，智能駕駛具有社會(huì)性、敏感性，所以智能駕駛操作系統(tǒng)安全、信息和數(shù)據(jù)安全與生俱來(lái)，必須根植于操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在這里做了雙核的架構(gòu)，在安全域用自研微內(nèi)核承載相關(guān)安全敏感負(fù)載和應(yīng)用，性能域基于主流進(jìn)行性能改造，安全性得到了覆蓋。
在這里很重要的一點(diǎn)，我們打造底盤是雙核，如果各自為政無(wú)法進(jìn)行融合的話，也不能很好承載上層軟件對(duì)我們的要求，所以需要融合的機(jī)制，這里通過(guò)help weather有效融合，不僅是分區(qū)隔離，需要兩個(gè)融合硬件訴求和相關(guān)操作進(jìn)行有效融合，這是整體架構(gòu)。符合中國(guó)方案要求也是分層解耦，同時(shí)雙核驅(qū)動(dòng)跨域共用。
在這里跟大家匯報(bào)一下雙核融合我們做的技術(shù)實(shí)踐，微內(nèi)核TCB比較小，更容易做到安全、更容易做到實(shí)時(shí)、確定性，更能通過(guò)車規(guī)認(rèn)證達(dá)到車規(guī)的要求，已經(jīng)通過(guò)SLD產(chǎn)品認(rèn)證的微內(nèi)核構(gòu)建，這里要承載智能駕駛復(fù)雜應(yīng)用，天生也是有缺陷的，首先是性能綜合優(yōu)化，我們?cè)谛阅芫C合優(yōu)化領(lǐng)域需要做很多工作。
新的操作系統(tǒng)生態(tài)是弱點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)之初我們非常重視生態(tài)兼容，一個(gè)新操作系統(tǒng)首先考慮把現(xiàn)有應(yīng)用更好、更完整、更高性能跑起來(lái)，這里選中兼容層面在Linux系統(tǒng)調(diào)用和Linux API層面做兼容，我們投入大量的力量，比一般同行想象多得多的力量構(gòu)建PREEMPT，以及Linux API兼容性，在這里覆蓋了API標(biāo)準(zhǔn)80%以上，80%以上覆蓋率體現(xiàn)應(yīng)用兼容性什么效果呢？我們可以把TCIP協(xié)議戰(zhàn)完全跑起來(lái)，把性能發(fā)揮起來(lái)跑起來(lái)，而不是跑輕量級(jí)TCIP協(xié)議戰(zhàn)，我們能夠把幾百兆開源軟件不修改一行代碼，能夠在Linux以工作狀態(tài)跑下來(lái)，我們也支持車行業(yè)應(yīng)用總線的中間件，我們都能夠迅速地跑起來(lái)，兼容開發(fā)者耳熟能詳調(diào)試工具，在開源軟件用的工具更好支持開發(fā)者。
目前正在攻關(guān)行業(yè)難點(diǎn)在哪里呢？國(guó)內(nèi)微內(nèi)核很難支持復(fù)雜智能駕駛應(yīng)用，特別是感知、推理相關(guān)的應(yīng)用，因?yàn)楦兄�、推理�?yīng)用軟件站比較豐富比較豐富，同時(shí)計(jì)算量比較大，現(xiàn)在已經(jīng)把相關(guān)智能駕駛規(guī)劃控制和相關(guān)軟件跑在了RTOS上，現(xiàn)在正在攻關(guān)，和芯片合作伙伴攻關(guān)支持國(guó)產(chǎn)芯片完整AI技術(shù)站，我相信在不遠(yuǎn)未來(lái)給各位能匯報(bào)這方面的成果。
這是RTOS一級(jí)，Linux本身對(duì)生態(tài)支持與生俱來(lái)現(xiàn)在是非常好的，同時(shí)Linux系統(tǒng)高性能能夠更加容易做到，但是Linux放在車上有它本身問題，在于實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和性能綜合優(yōu)化，通常車用Linux會(huì)打上社區(qū)制時(shí)，但會(huì)帶來(lái)穩(wěn)定性隱患，也會(huì)讓Linux系統(tǒng)性能天花板立刻降比較大的數(shù)值，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和合作伙伴量產(chǎn)打磨過(guò)程中經(jīng)歷過(guò)的。
在這里我們聚焦力量在哪里呢？在做綜合的調(diào)優(yōu)，讓具有實(shí)時(shí)性Linux內(nèi)核更加穩(wěn)定，同時(shí)讓性能降級(jí)問題能夠得到解決，相比于社區(qū)普通的內(nèi)核，性能能夠節(jié)約30%的提升，同時(shí)能解決帶來(lái)穩(wěn)定性問題。
目標(biāo)是實(shí)時(shí)性對(duì)標(biāo)社區(qū)實(shí)時(shí)內(nèi)核，對(duì)標(biāo)非主流Linux內(nèi)核，Linux內(nèi)核功能安全覆蓋做探索，一是內(nèi)核自身組件，自研組件功能安全設(shè)計(jì)開發(fā)，一是跟進(jìn)探索，跟行業(yè)一起共同探討安全C庫(kù)和大功能軟件的安全。
底層Hypesvisor，智能駕駛領(lǐng)域安全是第一性的要求，所以首先是安全，通過(guò)硬實(shí)施分區(qū)隔離，能夠保證自動(dòng)駕駛不同安全等級(jí)要求、不同算力等級(jí)要求能夠得到資源保障，同時(shí)能夠提供高效、安全的IPC，兩個(gè)內(nèi)核在實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)交流效率能夠提升起來(lái)。在硬實(shí)時(shí)分區(qū)隔離的情況下，也能做到彈性資源利用、動(dòng)態(tài)資源調(diào)度，這里看似是矛盾，但內(nèi)中有很多細(xì)節(jié)要做技術(shù)攻關(guān)解決這個(gè)問題。
智能駕駛會(huì)有相關(guān)設(shè)備虛擬化的要求，尤其是車上運(yùn)行模型比較多，負(fù)載種類比較多，可能對(duì)某些計(jì)算資源存在著共享的要求，這里高性能虛擬化也是集中力量投入的領(lǐng)域。
我快速過(guò)一下微內(nèi)核RTOS的進(jìn)展，硬件方面支持國(guó)產(chǎn)以及國(guó)外芯片，像TI的芯片，我們支持A盒、M盒、R盒，也知道英飛凌傳統(tǒng)MCU。微內(nèi)核功能安全等級(jí)是SAD，同時(shí)提供高速、高效IPC，提升基于微內(nèi)核RTOS的性能，生態(tài)兼容性是從中間件、語(yǔ)言、算法生態(tài)軟件到工具軟件做全面支持，包括基于模擬化支持，也方便開發(fā)者用現(xiàn)有開發(fā)技術(shù)結(jié)合RTOS開發(fā)。
目前正在攻關(guān)AI軟件，不僅讓RTOS跑起完整AI站，特別是智能駕駛安全推理感知技術(shù)站，離不開芯片支持，也離不開上層軟件的支持，我們分三步走。
第一接近實(shí)車POC驗(yàn)證，將國(guó)產(chǎn)芯片自帶AI站能夠跑起來(lái)，我們正在向第二步設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用，應(yīng)用場(chǎng)景考量是支持自動(dòng)駕駛?cè)哂喔兄鸵?guī)劃決策，安全基礎(chǔ)之上希望給合作伙伴和客戶有更多能力提供更優(yōu)秀智駕體驗(yàn)。第三步在規(guī)劃希望跟行業(yè)內(nèi)芯片、試駕軟件合作伙伴，共同構(gòu)建Linux的安全支持。
我們進(jìn)行安全隔離和相關(guān)組件研發(fā)，利用容器和內(nèi)核深度資源隔離技術(shù)進(jìn)行隔離，對(duì)實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和性能進(jìn)行綜合調(diào)優(yōu)，第一是穩(wěn)定性，Linux行業(yè)實(shí)踐各位專家同仁深有體會(huì)，打上實(shí)時(shí)補(bǔ)丁Linux好像是帶來(lái)現(xiàn)在威脅的生態(tài)系統(tǒng)，它的穩(wěn)定性還是層出不窮的。
這里有三種方法實(shí)踐，第一是最佳實(shí)踐，實(shí)時(shí)補(bǔ)丁的引入對(duì)于Linux帶來(lái)很多不穩(wěn)定因素的改動(dòng)，同時(shí)很多開發(fā)者包括驅(qū)動(dòng)開發(fā)者并沒有意識(shí)到實(shí)時(shí)補(bǔ)丁對(duì)于穩(wěn)定性帶來(lái)影響，以及開發(fā)過(guò)程中注意什么，這是面向內(nèi)部開發(fā)者和上下游伙伴提供最佳實(shí)踐。
同時(shí)提供靜態(tài)和動(dòng)態(tài)掃描空間，能夠靜態(tài)代碼級(jí)和二進(jìn)制級(jí)分布可能的穩(wěn)定性數(shù)，以及動(dòng)態(tài)可監(jiān)控、捕捉非穩(wěn)定情況的發(fā)生，比如鎖的誤用，低層級(jí)內(nèi)核機(jī)制的隱患及
技術(shù)產(chǎn)品上，我們?cè)谧约翰僮飨到y(tǒng)Linux做了性能優(yōu)化。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)非常容易實(shí)現(xiàn)，打了實(shí)時(shí)補(bǔ)丁Linux極限天花板形態(tài)，很容易復(fù)現(xiàn)，天花板比主流非實(shí)時(shí)Linux下降30%左右，這里由于實(shí)時(shí)機(jī)制帶來(lái)的影響，鎖的可睡眠和內(nèi)核相關(guān)機(jī)制，斑馬在這里做了非常多的工作進(jìn)行綜合調(diào)優(yōu)，這些測(cè)試數(shù)據(jù)性能和普通Linux相當(dāng)，和社區(qū)打過(guò)補(bǔ)丁性能有30%的提升。
Hypervisor是融合底座，不僅提供性能、功能安全隔離，還要提供資源高效利用，同時(shí)要把信息安全、數(shù)據(jù)安全相關(guān)保障和支持融入到虛擬化底盤。我們有信息安全加固的子系統(tǒng)，我們有C端隔離、內(nèi)存隔離。
總結(jié)而言，AliOS Drive基礎(chǔ)系統(tǒng)目標(biāo)為客戶、為行業(yè)提供自動(dòng)駕駛兼顧系統(tǒng)底盤。同時(shí)在中間件層面進(jìn)行了相關(guān)探索和研發(fā)，重點(diǎn)提供幾方面。
高性能安全數(shù)據(jù)通訊，安全變成語(yǔ)言自研DDS軟件，提供對(duì)CP、AP、ROS2支持，能夠支持跨芯片SOC和MCU。提供關(guān)鍵任務(wù)確定性保障框架，支持應(yīng)用開發(fā)者在異構(gòu)智能駕駛平臺(tái)開發(fā)任務(wù)得到資源、計(jì)算和最壞執(zhí)行時(shí)間的保障。同時(shí)在跨平臺(tái)AI處理和加速框架以及通用算力加速框架上面也有相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品。
總而言之，剛才前面重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)內(nèi)核，我給大家匯報(bào)一下，做好智能駕駛操作系統(tǒng)，從上下系統(tǒng)化布局硬核能力，從地層編譯工具鏈到算力內(nèi)核到虛擬化再到DDS、通訊和確定性調(diào)度框架，算力加速框架，我們合作始終推行分層解耦、開放共創(chuàng)，底層和芯片，我們和芯片合作伙伴開放合作，構(gòu)建芯片基線，降低OEM客戶芯片切換成本，芯片合作伙伴也深度軟硬共創(chuàng)，希望釋放芯片潛能，提升OEM芯片成本效益。
在中間層，我們希望和OEM開放合作，幫助它可管可控、共性復(fù)用，幫助OEM客戶進(jìn)行聯(lián)合共創(chuàng)。中間系統(tǒng)層面希望是開放合作、客觀可控。
另外是生態(tài)，智能駕駛產(chǎn)品包含上千個(gè)軟件包，上千個(gè)軟件包也大量開源軟件，在這里希望構(gòu)建可源代碼追溯智能駕駛外圍軟件生態(tài)，我們?cè)诮衲瓿闪⒘薃utomotive SIG，我們可以共感第三代車載軟件生態(tài)，開發(fā)時(shí)可以快速安裝、量產(chǎn)時(shí)可以按需集成，可以跟源代碼級(jí)可追溯、可維護(hù)，在量產(chǎn)后能夠更加快速感知實(shí)時(shí)漏洞快速響應(yīng)。
最后做一個(gè)總計(jì)，AliOS Drive為車企提供獨(dú)特技術(shù)和生態(tài)價(jià)值，首先是擁抱開放中國(guó)方案、分層解耦、跨域共用，技術(shù)方面有自主可控的核心技術(shù)，同時(shí)支持也非常樂意和合作伙伴共創(chuàng)差異化的產(chǎn)品。
加載中
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