Первый в мире серийный процессор потока данных компании DENSO: прорыв в автомобильных компьютерах

Подключенные транспортные средства, способные автоматически обмениваться информацией друг с другом и с элементами дорожной инфраструктуры, призваны оптимизировать движение в городской среде. Для реализации этого функционала, подразумевающего постоянную обработку большого объема данных, нужно качественно повысить быстродействие имеющихся автомобильных бортовых компьютеров. Сделать это простым наращиванием количества микросхем (по аналогии с настольными системами) невозможно: необходимость соответствовать строгим стандартам защищенности (пыле-, влаго- и виброустойчивости) и энергопотребления для автомобильных вычислительных систем накладывает жесткие ограничения.

Корпорация DENSO и ее дочерняя компания NSITEXE создали первый в мире серийный процессор потока данных (data-flow processor), способный качественно ускорить процесс обработки данных, поступающих в компьютер автомобиля.

Принцип вычисления: традиционная схема против новой

Архитектура процессора потока данных принципиально отличается от таковой в традиционной вычислительной машине: для последней характерно наличие вычислителя и памяти, связанных шиной обмена данными. Для выполнения операции в процессор из памяти сначала загружаются данные, а затем команда, по которой эти данные будут обрабатываться. Новые команды каждый раз загружаются из памяти по мере выполнения предыдущих. В этом кроется главный недостаток традиционной архитектуры: постоянная загрузка и выгрузка данных и команд после каждой проделанной операции делает шину обмена информацией между памятью и процессором настоящим узким местом.

Главное отличие нового процессора потока данных заключается в отсутствии очередности выполнения команд. Потоковая вычислительная машина оперирует блоками, каждый из которых содержит и данные, и набор инструкций для их обработки, а значит, все вычисления выполняются по мере поступления информации. Наиболее важными преимуществами процессора потока данных является высокая скорость и эффективность вычислений, требующих параллельной обработки большого массива входящей информации, а также возможность равномерного распределения вычислительной нагрузки по многим процессорам за счет разбивки задачи и данных на одинаковые блоки.

При этом у такого решения есть и минус, который выражается в его фактической однозадачности. Перепрограммирование процессора потока данных без его полной остановки невозможно — в отличие от традиционной вычислительной машины, в память которой может быть оперативно загружена любая нужная в данный момент программа. Именно эта особенность до недавнего времени ограничивала развитие подобных решений.

Удачное сочетание

Инженерам DENSO впервые удалось создать реально работающий гибрид двух архитектур «в металле». В новом серийном процессоре DR1000C применяется архитектура потока данных, способная достичь высокой скорости вычисления. Но этот потоковый процессор работает не сам по себе, а управляется традиционным процессором, задающим программу вычислений.

Таким образом, новый процессор способен разгрузить процессор основной, взяв на себя главную вычислительную нагрузку и оставив последнему функции управления и контроля. Для обработки большого монотонного потока данных, например информации от бортовых радаров и сонаров, задействуется именно процессор потока данных, в то время как основной процессор лишь использует готовые результаты этих вычислений для управления продвинутыми системами автомобиля. Так используются лучшие качества обеих архитектур. При этом физические размеры и энергопотребление нового вычислительного комплекса укладываются в строгие рамки норм, обусловленных спецификой автомобильной промышленности.

Возможности практического применения

Новое решение позволит вывести процесс автоматического управления автомобилем на качественно иной уровень точности. Благодаря наличию быстрого вычислителя можно будет значительно увеличить массив входящих данных. Например, использовать не только информацию от систем в самом транспортном средстве, но и данные с радаров других машин, а также объектов инфраструктуры. Чем больше такой информации ежесекундно сможет обрабатывать бортовая система автомобиля, тем более точным, а значит, и безопасным становится управление. Инженеры DENSO полагают, что благодаря этой инновации индустрия сделает большой шаг навстречу автопилотному автомобилю, не уступающему водителю-человеку в скорости принятия решений и их качестве.

Именно на это и направлены усилия DENSO — сделать автопилот (или активные системы помощи человеку за рулем) по своему поведению похожим на реального водителя. Это решит главную проблему уже существующих автопилотов, которая заключается в непредсказуемости их действий в потоке для водителей-людей. Процессор потока данных DR1000C компании DENSO, связанный с традиционным бортовым компьютером, позволит приблизить быстродействие системы и объем обрабатываемой ею информации к возможностям человеческого мозга. Уже в ближайшие годы это сделает подключенные автомобили с функцией автопилота более безопасными, а значит, более распространенными и доступными.