Waymo ساختار واحد محاسبات خود را معرفی کرد: از یک مدار اختصاصی 5 نانومتری تا معماری ناهمگن که برای تصمیمگیریهای با تأخیر بسیار پایین در محیطهای واقعی طراحی شده است. این پشته ترکیب حسگرها، سختافزار و الگوریتمها را برای دستیابی به رفتار تعیینپذیر و ایمن هوش مصنوعی فیزیکی بهینه میکند.
سه اصل طراحی واحد محاسبات Waymo
طراحی واحد محاسبات Waymo بر سه الزام مهندسی پایه استوار است:
پاسخگویی در حد میلیثانیه
تمام فرایندهای حیاتی خودرو بهصورت محلی اجرا میشوند و از دریافت اولین پیکسل تا فرمان نهایی، سیستم باید در بازههای میلیثانیهای واکنش دهد. پشته نرمافزاری و مدلهای یادگیری ماشین برای کاهش تأخیر و اجرای مؤثر در دستههای کوچک داده بهینه شدهاند. Waymo در هشت سال اخیر توان محاسباتی خام را حدود ۲۰ برابر افزایش داده و بیش از ۲۰۰ میلیون مایل تجربه خودران را پایهٔ طراحی قرار داده است.
دوام و مقاومت فیزیکی
سختافزار باید در برابر ارتعاشات، ضربه و نوسانهای دمایی پایدار بماند. برای این منظور واحد محاسبات تا سطح قطعه بازطراحی شده و به سیستم خنککنندگی مایع خودرو متصل است تا در سرمای شدید یا گرمای بالا عملکرد پایداری ارائه دهد.
افزونگی فعال برای ایمنی عملیاتی
با توجه به نبود اپراتور انسانی، افزونگی در سطح سیستم حیاتی است. معماری Waymo مانند دو موتور مستقل عمل میکند: دو مسیر محاسباتی موازی عادی کار را انجام میدهند و در صورت بروز خطا یکی بهصورت بیوقفه کنترل را برعهده میگیرد.
معماری ناهمگن واحد محاسبات Waymo
معماری مبتنی بر یادگیری ماشین تشکیلشده از ترکیب واحدهای محاسباتی متفاوت است تا هر مولفه به وظایفش اختصاص یابد. پردازندههای عمومی برای مدیریت ارکستراسیون، ورود و جابجایی داده و لاگبرداری استفاده میشوند و شتابدهندهها و مدارهای اختصاصی به اجرای شبکههای عصبی با تأخیر کم و مصرف انرژی بهینه میپردازند. حاصل، سیستم متعادلی است که هم توان محاسباتی بالا و هم کارایی انرژی را حفظ میکند.
ASIC 5 نانومتری؛ قلب پردازش جلویی
مهمترین قطعهٔ معرفیشده مدار اختصاصی (ASIC) مبتنی بر فرایند 5 نانومتری است. این چیپ برای پردازش و تلفیق جریانهای خام حسگر بهصورت زمان-واقعی طراحی شده و نقشهای زیر را برعهده دارد:
- استخراج بلادرنگ اطلاعات محوری از لیدار، رادار و دوربین
- پیادهسازی روشهای حذف نویز زمانی برای بهبود درک در شرایط نور کم
- اجرای موتور استنتاج تخصصی برای تلفیق حسگرها با کارایی بالا و حفظ دقت
Waymo اعلام کرده این ASICها در مجموع بیش از 1,000 TOPS توان محاسباتی برای پردازش جلویی فراهم میکنند. با این حال، دستیابی به عملکرد واقعی در شرایط عملی مستلزم بهینهسازی سرتاسری نرمافزار و سختافزار بهویژه در رژیمهای دستههای کوچک است؛ رویکردی که در پژوهشهای حوزه نیمههادی، ترنسفورمرها و کوانتیزاسیون نیز برجسته شده است.
چرایی اهمیت سیلیکون سفارشی
طراحی همزمان سیلیکون، حسگر و الگوریتم امکان افزایش وضوح حسگر، بهینهسازی پهنای باند داخلی و تنظیم دقیق کوانتیزاسیون را فراهم میکند. نتیجه اجرای طیف وسیعی از مدلها—از شبکههای پراکندهٔ کانولوشنی تا ترنسفورمرهای متراکم—روی یک پشته بدون افت قابلتوجه در دقت یا سرعت است.
شرکا و زنجیرهٔ تأمین
Waymo در توسعهٔ این پشته محاسباتی با چند بازیگر بزرگ صنعت همکاری کرده است تا مقیاسپذیری و تولید صنعتی را تضمین کند و از تخصص برونسازمانی در زمینه حافظه، بستهبندی و تولید سیلیکون بهره ببرد. نامهای مطرح اشارهشده عبارتاند از:
پیام به آیندهٔ خودروهای خودران
تمرکز بر واحد محاسبات درونخودرو و سیلیکون سفارشی مسیر دستیابی به رفتار تعیینپذیر و تاخیر پایین را هموار میکند. با پیشرفت در مدلهای پیچیدهتر و افزایش دقت حسگرها، این نوع نوآوریها میتوانند سرعت مقیاسپذیری و ایمنی عملیاتی خودروهای خودران را افزایش دهند.
برای مطالعهٔ بیشتر میتوانید به صفحات Waymo و LiDAR در ویکیپدیا مراجعه کنید.
