Anlæg for information, underholdning og selvstyring

Af Palle Vibe, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

Hvis en bil nogensinde skal kunne agere som andet end blot et køretøj med elektroniske køreassistenter (også kaldet ADAS altså Advanced Driver Assistance Systems), vil det kræve særdeles kraftige processorer, der kan analysere enorme mængder af data og håndtere intelligente algoritmer, maskinlæring og kunstig intelligens i realtid.

Desuden er der brug for computerkræfter andre steder i bilen. Bilradioen, musikanlægget, naviga-tionssystemet og kørecomputerens display kræver hver deres processorer. Facit er, at den ECU-computer (Engine Computer Unit), som der sidder i alle moderne biler, efterhånden slet ikke kan klare mosten.

Denne temaartikel handler om de bilcomputere og processorer, der gradvis skal udvikles og gøres kraftigere på vej fra dagens mere eller mindre selvkørende bil til morgendagens fuldt førerløse robotkøretøj. Da det er indlysende, at fremtidens biler skal være online, vil et af de første skridt være at sikre dataforbindelse til omverdenen.

Eksperter anslår, at 10 % af alle biler er koblet online via internettet eller skyen allerede i dag. I 2020 ventes andelen at være 90 %. Det vil til den tid kræve computere, der både er tilstrækkeligt kraftige og tilstrækkeligt kompakte.

Danmark har haft førerløse biler siden 2005

Selv om der er tale om et færdigt chassis fra en handicapscooter og en standardhyldevare af en robotarm, siger billedet alligevel en del om, hvor meget teknik det forudsætter at konstruere en selvkørende bil.

På DTU er selvkørende biler ikke noget nyt. Tværtimod har studerende og vejledere på institut for elektroteknologi været i gang med forsøg med førerløse biler siden 2005. Ole Ravn, der både er lektor, gruppeleder og studieleder ved instituttet fortæller, at inspirationen kom fra en konkurrence for førerløse biler, som DARPA (det amerikanske forsvars forsknings- og udviklingsafdeling) udskrev i 2004, og hvor de udlovede en præmie på 1 mio. dollar for en bil, der kunne køre 240 km autonomt fra Los Angeles gennem Mojave ørkenen.

Ingen deltager nåede imidlertid længere end 12 km, og præmien blev derfor ikke udbetalt.  ”En ph.d.-studerende fik lavet en robot, der selv skulle køre fra Fortunen til Eremitageslottet gennem Dyrhaven”, husker Ole Ravn. ”Det gik for så vidt fint, lige indtil robotten nåede gruspladsen foran slottet. Her var der mere grus end græs, og da robotten ikke længere kunne navigere efter en græskant, vidste den pludselig ikke længere, hvor den skulle gøre af sig selv.”

Men det gav erfaring, og i foråret byggede DTU-holdet en robot til brug for en international robotkonkurrence i Abu Dhabi. Robotten var opbygget af en undervogn fra en handicapscooter og en kommerciel robotarm og opgaven gik ud på at starte i et hjørne af en fodboldbane, identificere en kasse midt på plænen, køre til den rigtige side af denne kasse og åbne en ’ventil’ med det rigtige nøgleværktøj. Ud af 25 deltagerhold gennemførte kun det danske og et tysk hold.

Robotten fra det tyske hold klarede dog udfordringen marginalt hurtigere. ”De største udfordringer for en selvkørende bil er strækninger uden helt explicitte og firkantede regler, men derimod med usikre, løse regler eller uskrevne regler”, understreger Ole Ravn. ”Det kan være myldretiden i København, hvor cyklister og fodgængere krydser ind og ud og rundt i flersporede rundkørsler, hvor bilisterne kommunikerer med andre biler mere eller mindre efter instinkt.” Altså for så vidt det samme som alle menneskelige chauffører døjer med.

Ikke desto mindre betragter Ole Ravn det som givet, at førerløse biler vil komme. Sandsynligvis vil der allerede komme selvkørende kategori 4 biler inden for fem år (se AOD 1/18). Efter hans mening er det for så vidt ikke svært at lave en selvkørende bil. Det er besværligt jo, men det virkeligt krævende, er de mange timers arbejde med at kode den og lige så mange eller flere timers test af de indkodede færdigheder. ”Og alting bliver bare værre i dårligt vejr”, tilføjer han. ”De vejrmæssige udfordringer, som kan drille enhver nok så erfaren bilist, skal en førerløs bil jo også kunne klare.

Ganske særligt er tyk tåge et meget stort problem, for det kræver et samspil mellem flere typer af sensorer som for eksempel lidar og kameraer, der i fore-ning kan kigge både langt og kort frem foran bilen. En af fordelene ved førerløse biler er jo, at de kan køre både hurtigt og tæt efter hinanden på gader og motorveje på en måde, som menneskelige bilister ikke vil kunne håndtere.” ”I dag er det menneskelige og ikke tekniske forhindringer, der begrænser hastigheden og afstanden mellem bilerne på motorvejen.

Og hvis biler bliver førerløse, vil vejene kunne udvides med en ekstra kørebane, uden at udvide bredden af vejen, mener DTU-forskeren. Desuden vil bilerne spare brændstof, når de kan ligge i kortege tæt bag hinanden. Det er bl.a. disse udfordringer, vi prøver at undersøge her på institut for Elektroteknologi på DTU.

Trådløs, men forbundet

I dag håndterer bilens ECU-computer stadig de fleste funktioner i bilen. I første række naturligvis motor og hjælpesystemer, men ofte også den mere elektroniske underholdning. Hvor musikanlægget, navigationen og diverse informationsgivere førhen var splittet i et såkaldt ”infotainment-anlæg” (der ud over køreanvisninger og underholdning også sørger for trådløs opkobling til nettet).

Selve opkoblingen, der gør bilen connected og dermed til et medlem af IoT, kan etableres på varierende måde. Sædvanligvis sikres forbindelsen gennem et modem i bilen eller gennem bilistens mobiltelefon.

Et modem leverer først og fremmest en rimelig stabil og uafhængig forbindelse. Hastigheden er dog sjældent imponerende, og forbindelsen koster også gerne en form for abonnement.

En smartphoneforbindelse er ofte hurtigere og billigere (da du jo har abonnementet i forvejen). Desuden får du i samme omgang adgang til al den underholdning og alle de apps, du har i din mobil, og du kan ydermere oprette et uafhængigt Wi-Fi-hotspot. Til gengæld vil du have noget begrænset nytte af din bils infotainment-anlæg, hvis du glemmer din mobil derhjemme eller løber tør for strøm.
I begge tilfælde kræver anlægget et styresystem, der er specielt udviklet til autobrug.

Tidligere havde hver bilproducent ofte udviklet sit eget system, selv om også det nu noget bedagede Windows CE-baserede Windows Embedded Automotive 7 fra Microsoft sad solidt i sadlen. Også den fælles producent-standard MirrorLink har gjort sig gældende i forskellig begrænset sammenhæng.

I dag kæmper primært Android OAA (Open Automotive Alliance) fra Google og CarPlay fra Apple om førertrøjen. Audi, GM, Honda og Hyundai har sluttet op om OAA, mens bl.a. Chevrolet, Ferrari, Jaguar, Kia, Mercedes-Benz, Nissan og Volvo har valgt at samarbejde med Apple (Honda og Hyundai har sikret sig med et ben i hver lejr).

Imidlertid har Linux nu blandet sig i koret og tilbyder Automotive Grade Linux (AGL) som nyt styresystem. AGL er en open source Linux-platform, som støttes af 200 selskaber og herunder bl.a. Toyota, Mercedes, Honda, Qualcomm, Intel og Samsung.

Men uanset styresystem er den centrale feature i et infotainment-anlæg et display, der viser indstillinger mv. for underholdning, navigation, klimaanlæg med mere. Placeringen er til en vis grad bestemt af størrelsen. En lille 5-tommer skærm kan nok finde plads lige ud for føreren i nogenlunde øjenhøjde, mens et lodret 17-tommer Tesla-display nødvendigvis må henvises til midterkonsollen.

Displayet kan være af touchtypen, men mange synes bedre om store og nemme tryk- og drejeknapper, som kan betjenes med handsker på. Nogle touchskærme udnytter infrarød laserteknik, der får skærmen til at reagere, uden at du overhovedet behøver at røre den.

Flere dyrere biler kan også kaste de fleste eller alle af displayets informationer op i forruden ved hjælp af et et Head-up-display (en slags projektorfunktion). Desuden er stemmegenkendelse og stemmesyntese på vej frem og betyder, at du kan styre hver eneste funktion i anlægget og få de fleste informationer inkl. e-mails, sms’er og andet læst højt, så du hverken behøver at tage hænderne fra rattet eller opmærksomheden fra vejen.

Ude i en blindgyde

På trods af alle fortræffeligheder repræsenterer infotainment-anlægget imidlertid en blindgyde i forhold til den fremtidige komplet førerløse bil på niveau 5 (se AOD nr. 1/18). For i en niveau 5-bil er du nemlig sat helt uden for indflydelse og kan rode med bilens under-holdning og se videoer, høre musik, kommu-nikere og spille spil så tosset, du vil.

Bilens systemer sørger for, at du når sikkert frem til dit mål. Og når bilister nu oven i købet også kan udnytte køretiden til effektivt arbejde, vil samfundet kunne indvinde millioner af timer og tjene penge i massevis. Også mange menneskeliv og hospitalsomkostninger vil kunne spares med førerløse biler, der aldrig kan blive trætte, uopmærksomme eller utilpasse.

Men andre end samfundet kan også komme til at spinde guld. Intel og Warner Bros. er eksempelvis allerede klar med et bud på ny robotbil-orienteret underholdning, hvor bl.a. VR og AR tages i brug for at forvandle din ellers dødkedelige automattur til en spændende mission i Batmobilen eller lignende. Konceptet er en helt ny form for fritidsbeskæftigelse, som de to foretagender sammen har lanceret under navnet AV Entertainment Experience eller ”in-cabin immersive experiences” (oplevelser i kabinen undervejs).

Generaldirektøren for Intel Brian Krzanich præsenterede konceptsamarbejdet mellem Intel og Warner Brothers ”AV Entertainment Experience”.

Baggrunden er, ifølge Intels direktør Brian Krzanich, at fremtidens biler kan afføde det største behov for ny underholdning, verden længe har set. Og mens VR skaber turen gennem Gotham City, får bilisten glade nyheder og reklamer gennem særlige AR-briller. Sceneriet varsler dermed en fremtid, hvor bilistens gamle enemærker pludselig bliver centrum for en mediekamp, hvor du ikke skal blive forbavset over, at det sikkert vil koste ekstra, hvis du bare får lyst til at kigge helt almindeligt ud ad vinduet.

Flere kræfter mindre omfang

Men så langt er vi ikke. Det er slet ikke let at udvikle en total processorstyring, der skal være dubleret på alle niveauer for at garantere tilstrækkelig sikkerhed og funktionsdygtighed. Men det er en simpel betingelse for, at bilen en dag kan blive fuldt førerløs. For ikke bare skal denne bils computer kunne behandle samtlige outputs fra kameraer, radarer, lidarer og ultralyssensorer i realtid.

Mindre end et display på 17-tommer kan ikke gøre det i en Tesla, og så er den endog suppleret med et ekstra display lige foran føreren.

Den skal også vide, præcis hvor bilen befinder sig i forhold til andre trafikanter, lygteløse cyklister, fodgængere, løsgående hunde, forvildede katte, skilte og vejstriber. Og endelig skal den på forhånd være fodret med alle de skrevne og uskrevne regler, du lærte, da du tog kørekort og al den kørevisdom, du har erfaret siden da.

Princippet i Ac2atedSound svarer lidt til den måde, hvorpå lyden fra akustiske instrumenter forstærkes og udbreder sig fra instrumentets krop.

Det forudsætter mindst 50-100 gange mere computerkraft end den mest avancerede bil har (og overhovedet har brug for) i dag. Derfor vil kommende førerløse biler nærmest skulle være autonome supercomputere.

Det ved de store automobilproducenter (og ikke mindst deres underleverandører) godt, og pilen peger på, at fremtidens førerløse biler vil have alle eller de fleste processorer bygget sammen i én enkelt kompakt hovedenhed. Endnu fylder de nødvendige kredsløb alt for meget til at realisere en praktisk produktionsbil, eller også er de ikke kraftige nok. Men bag producenternes lukkede døre arbejdes der hårdt.

Giganternes bud

Den amerikanske chipgigant Intel har eksempelvis opkøbt det israelske firma Mobileye, der har specialiseret sig i sikkerhedssystemer til biler. Mobileye leverer systemer til så navnkundige producenter som BMW, Volvo, Opel, Nissan/Renault, Fiat/Chrysler samt GM. Måske af samme grund løb opkøbsprisen også op over 100 mia. kroner Mobileye og partnerfirmaet STMicroelectronics har i samarbejde udviklet EyeQ® 5, der er femte generation. EyeQ5 omfatter otte kerner koblet sammen med de 18 kerner, der sidder i Mobileyes hædervundne grafikkort.

EyeQ5 er i stand til at bearbejde output fra op mod 20 følsomme sensorer og højopløste detekteringsenheder kameraer, radarer og lidarer med en hastighed på12 teraflops og samlet databåndbredde på mindst 42 Gbps.

EyeQ5 kan desuden afvikle både maskinlæringssoftware og håndtere intelligente neurale netværk på én gang og er med et strømforbrug på bare 5 watt ideel til indbygning i en bil. Sammenlagt har EyeQ5-processoren otte gange bedre ydelse end forgængeren EyeQ4 kunne præstere. EyeQ5 skal efter planen kunne muliggøre fuldt førerløse biler allerede i 2020. 

Tyske Bosch, der er en betydelig aktør inden for bl.a. avancerede radarsystemer til fabrikker som Toyota, Audi, Tesla, Volvo og kinesiske Baidu plus en lang række mindre producenter, har på sin side indgået et partnerskab med grafikkortproducenten Nvidia.

Grafikkort er nemlig i stand til at afvikle mange parallelle processer samtidig (se AOD 17/2017), og det er selvsagt en såre nyttig egenskab, når opgaven er at overskue og analysere den strøm af informationer, som en førerløs bil vil modtage fra sine mange forskellige sensorer. De to samarbejdspartnere er næsten klar med et processorkort betegnet Nvidia PX AI, som angiveligt kan præstere 30 teraflops og dermed er 10 gange hurtigere end forgængeren Nvidia PX 2, der eksempelvis bruges af Tesla.

Nvidia PX AI indeholder fire AI-processorer, men fylder alligevel ikke mere end en nummerplade, og over 25 ud af de 225 partnere, der udvikler Nvidia PX AI, er koncentreret om fremtidens førerløse bil, som partnerskabet forventer klar samtidig med konkurrentens.

Men én ting er de processorer, der tager sig af selve datahåndteringen i fremtidens mere eller mindre førerløse biler. En helt anden ting er, hvilke styreprogrammer, de skal arbejde under, og her er udviklerne bestemt ikke på omgangshøjde, men sysler hver med deres eget styresystem. Og alt i alt er der fortsat et stykke vej med mange bump, før den førerløse bil bliver dagligdag. Nvidia anser det ikke engang selv for sandsynligt, at førerløse biler bestykket med deres PX AI-computer vil blive sluppet løs på alverdens veje sådan lige med det samme.

Snarere vil de komme til at køre på begrænsede områder som for eksempel lufthavne og universiteter. Og prøvekørsler af diverse udviklede førerløse demobiler viser unægtelig i samme retning. Spørgsmålet er jo også, om du reelt er klar til at slippe rattet og betro dit liv og førlighed til en robot? For ud over det rent tekniske er vejen frem brolagt med utallige både etiske, moralske og praktiske problemer og dilemmaer. Dem kan du blive lidt klogere på i en kommende artikel.