Avto vozi sam? Samodejna vožnja. Avtomobilski računalniki so vse bolj superračunalniki – ker je potrebno vse več procesiranja izvesti takoj, v vozilu

Računalniki v avtomobilih morajo obdelovati vse več podatkov, v čim krajšem času. Rezultat teh potreb je, da so računalniki v avtomobilih vse bolj zmogljivi, saj morajo večino operacij opraviti sami, brez pomoči strežnikov v oblaku.

Strežniki v oblaku so zelo koristni, a dosti manj pri avtomobilih

Povsem običajno je, da je vse več storitev in podatkov nekje v oblaku, na strežnikih ponudnika. Naše naprave so z njimi povezane preko hitre internetne povezave. Zaradi tega so lahko manj zmogljive, delujejo več let, saj ne potrebujejo tako pogostih posodobitev, podatki so na varnem in finančni vložek je lahko manjši, kot pa če bi morali sami skrbeti za vse informacijske potrebe.

Več radarjev, lidar, ultrazvočni senzorji, do 10 kamer, mikrofoni, podatki iz navigacijskih baz….

Pri avtomobilih je malce drugače. Po nekaterih podatkih bodo avtonomni avtomobili vsako sekundo preko desetin senzorjev, radarjev, skenerjev, laserjev in kamer zajeli tudi po več gigabajtov podatkov. Obdelava teh bo kritična za zagotavljanje varne avtonomne vožnje, pri tem pa bo imela vse več vpliva umetna inteligenca. Ker je v kritičnih situacijah pomembna vsaka desetinka sekunde, je hitrost obdelave podatkov in takojšnji odziv avtonomnega vozila ključen. Če smo pri drugih aplikacijah vajeni, da se podatki pretakajo v oblak, tam večinoma obdelujejo, je pri sodobnih avtomobilih drugače.

EDGE computing – ko superračunalnik v vozilu v stotinki sekunde najde pravi odziv avtomobila na otroka, ki izza grma skoči na cesto

Zaradi količine vhodnih podatkov in potrebe po takojšnjem procesiranju slednjih je računalniški sistem v avtonomnem vozilu vse bolj zasnovan po konceptih robnega računalništva (EDGE computing). Njegova filozofija je, da čim bližje uporabniku postavimo ključne procesne zmogljivosti in s tem zmanjšamo časovni zamik pri obdelavi podatkov in odzivu sistema. S tem tudi zmanjšamo obremenitev podatkovnih povezav in odpravimo zamik, ki nastane med prenosom ogromnih količin podatkov različnih senzorjev z avtonomnega vozila, preko interneta, do strežnikov in nato nazaj v vozilo.

“Gigabajti podatkov s senzorjev avtonomnega vozila morajo biti obdelani takoj, v realnem času, v samem vozilu. Tudi tam, kjer morda ne bo omrežja 5G, 6G ali novejšega. Tudi na cesti, ki sploh ni pokrita s signali podatkovnih omrežij. Seveda pa bodo prav gigabitna mobilna omrežja s svojo prepustnostjo ter nizkimi odzivnimi časi ključna za učinkovito povezavo računalnika v vozilu s strežniki proizvajalca avtomobila. V njih se bo še vedno ustvarjala zbirka vseh cestnih situacij in ustvarjala najboljša logika ter nadgradnje algoritmov, ti pa bodo izboljševali odzive umetne inteligence računalnika v samem vozilu. Gre za ekosistem informacijskega sistema vozila, proizvajalca vozila in njegovih partnerjev ter ponudnikov hitrih mobilnih povezav.”

Simon Šketa, SKETA.digital

Algoritme in podatke, ki usmerjajo del delovanja umetne inteligence, lahko vozilo že črpa iz oblaka. Ampak sama obdelava zajetih podatkov v realnem času pa poteka v vozilu. Tudi zato so sistemi, ki zagotavljajo avtonomno vožnjo procesorsko zelo kompleksni in zato še zdaleč niso poceni. Dober vpogled nudi število operacij na sekundo. Pri drugi stopnji avtonomije morajo vozila obdelati okoli 2 TOPS operacij na sekundo (TOPS = tera operacij na sekundo), pri peti stopnji avtonomije pa je preskok že grozovit – količina podatkov presega 4000 TOPS.

Vrhunski strežniki, ogromno delovnega pomnilnika, redundanca in gigabitni internet

Popolnoma avtonomno vozilo zahteva izjemno zmogljivo senzoriko, ki mora v vseh pričakovanih razmerah, tudi ponoči, v dežju, megli ali snegu, podrobno zaznavati razmere v prometu in podatke neprekinjeno posredovati v obdelavo računalniškemu sistemu za avtonomno vožnjo. Slednji jih mora obdelovati v realnem času, znova in znova, tudi več stokrat na sekundo.

Takšni sistemi so običajno zasnovani kot SoC (sistem na čipu), podobno kot sistemi v naših mobitelih in vgrajenih napravah in imajo tudi redundanco, s katero odpravljajo več izzivov; skrbijo za odpovedi delovanja delov sistema, tedaj lahko procesiranje prevzame nadomestni sistem na čipu. Poleg tega je vzporedna obdelava tudi varovalka, ki takoj odkrije morebitna odstopanja v procesiranju enega izmed procesorjev. Dokler je delovanje brezhibno, morajo vsi procesorji pri enakih vhodnih podatkih zagotoviti enak odziv.

Zakaj takšne zahteve?

Odpovedi delovanja in napake so nesprejemljivo tveganje, ko pridemo do najvišje stopnje avtonomne vožnje. Preprosto zato, ker pri povsem avtonomni vožnji ni možno računati na to, da se bo v kritičnem primeru odzval voznik ali voznica. Pisk, ki danes recimo voznika opozori, da sistem ne zmore več slediti voznemu pasu, bo v prihodnje moral oditi v zgodovino. Danes voznik v takšni situaciji poprime za volan. V prihodnje voznika ne bo.

Izpadi v delovanju bodo lahko zelo ogrozili varnost udeležencev v prometu. Ob tem pa morajo računalniki in vsa senzorika delovati celotno življenjsko dobo vozila, biti nadgradljivi ter tudi prirejeni za delo v okolju, kjer so tresljaji, visoki pojemki in pospeški, precejšnja nihanja temperature in tudi možnost stika s prahom in vodo. Takšne zahteve niso šala in prilagoditve niso ravno poceni. Če kdo ne verjame, naj pomisli, kakšnim robnim pogojem mora ustrezati prikazovalni zaslon v avtomobilu. Od tresljajev, prahu pa tega, da mora pozimi normalno delovati tudi pri -20 stopinjah Celzija, enako pa tudi poleti, ko lahko temperature v mirujočem vozilu na soncu presežejo tudi 50, 60 stopinj Celzija. Vse to leta in leta, vse dokler vozilo ni za razrez. Pri tem pa so zasloni morda le najbolj viden, opazen del informacijske opreme vozila, nikakor pa ne edini.

Kaj to pomeni za proizvajalce?

Predvsem, da bo poleg zanesljive mehanike uspešen proizvajalec moral imeti resne kompetence pri razvoju IT sistemov. Imeti bo moral tudi zanesljive partnerje za globalno povezljivost v različnih omrežjih po svetu. Sicer bo del teh odgovornosti padel na mrežo dobaviteljev, a bo proizvajalec moral vseeno ta del vozil poznati zelo dobro, da bo lahko skrbel za ustrezno integracijo in sodelovanje vseh sistemov. Ne čudi, da je prav Tesla na tem področju morda korak pred večino, saj ves čas, že vsa ta leta, nadgrajuje vse, kar bo potrebovala za avtonomno vožnjo. Poleg strojne opreme, kjer veliko vlogo igra tudi ameriška Nvidia, saj slednja s sistemi za avtonomno vožnjo zalaga mnoge, tudi vse bolj prodorne kitajske proizvajalce, tudi ali še bolj pri dejanskih podatkih s cest, ki jih prispevajo praktično vsa vozila Tesla, ki drvijo po cestah in s tem ustvarjajo še tisti drugi del zgodbe, ki pa bo dejansko v večji meri živel v oblaku in je intelektualna lastnina vsakega proizvajalca vozil. V prihodnje ne bo dovolj le dobra mehanika in garancija temveč tudi, kako dober in s podatki s terena poln sistem avtonomne vožnje nudi posamezen proizvajalec. Še opomba: če se je Tesla nekdaj še zanašala na zunanjega partnerja, Nvidio, je že nekaj časa tako, da sama razvija tudi hardver za avtonomno vožnjo. Nič čudnega, saj je enak trend še kje drugje, recimo pri procesorjih za mobitele, tablice in sedaj tudi računalnike. Apple in M1 in M2 ter Axx Bionic, Google in njegova Tensor 1 in 2 v mobitelih Google Pixel…..

Ko pomislimo na vse to se ne čudimo, če bodo nekoč tudi podjetja, kot so Apple, Alphabet in podobni zelo vplivni tudi v avtonomni mobilnosti. Obe prej omenjeni družbi imata že sedaj zelo dobre posnetke skoraj vseh vozišč, tudi v Sloveniji. Alphabet še svoj projekt Waymo. In vsi ti podatki niso javna dobrina, četudi so uporabnikom (delno) dostopni brez neposrednega plačila.

Ko preberete vse to je verjetno tudi jasno, da se avtomobili ne bodo cenili. Ravno nasprotno. Kar ne bo (več) počel voznik, bo za njegov denar počel avto. In ta vožnja ne bo zastonj.