NVIDIA GTC’13: настоящее и будущее цифрового автомобилестроения

Состоявшаяся этой весной конференция NVIDIA по вычислительным технологиям GPU (GPU Technology Conference), или просто GTC’13, в немалой степени была посвящена вопросам применения GPU-вычислений в автомобильной промышленности. Таким образом у нас появилась замечательная возможность посмотреть на «изнанку» автомобилестроения с весьма непривычного угла обзора.

Сегодня уже никого не удивить применением графических чипов в бортовых автомобильных информационно-развлекательных системах или в облачных сервисах для визуализации онлайновых продаж. Это лишь верхняя часть промышленного «айсберга» автомобильной промышленности: GPU-вычисления активно используются при разработке деталей и дизайна автомобилей, виртуальных краш-тестов и множестве других случаев, включая смежные вопросы вроде организации безопасного движения транспорта и пешеходов. Многие автомобильные компании используют на всех этапах разработки и производства своих новинок системы с GPU-ускорителями – разумеется, производства NVIDIA, об этом в рамках конференции в подробностях рассказали представители компаний Chrysler, Audi, Harley Davidson, Fiat, Citroen, Dassault Systems и многих других.

Постепенная автоматизация многих функций вынуждает разработчиков бортовой электроники решать неведомые доселе для автомобильной промышленности вопросы. Такие как, например, управление жестами и голосом, распознавание речи и голосовых команд, визуальный анализ и распознавание образов для отслеживания дорожных указателей, трафика и даже поведения пешеходов, совершенствование «интеллекта» систем навигации, создание «умных» систем парковки и так далее, и всё это – в реальном времени.

Эти и подобные задачи прекрасно ложатся на аппаратно-программные возможности решений NVIDIA, и в рамках GTC’13 было представлено великое множество как уже готовых и использующихся на практике разработок так и перспективных проектов и идей. С основными идеями некоторых из них мы сейчас вас познакомим.

Сказать, что автомобильной тематике была посвящена значительная часть выступлений и выставочной экспозиции – ничего не сказать, даже один из ключевых докладов GTC’13 был представлен корпорацией Chrysler.

Если кто не в курсе, Chrysler – это также Dodge, Ram, American Motors Corporation (мы больше знаем её под маркой Jeep), SRT, Mopar, Fiat USA, а также в прошлом Plymouth, Eagle, Imperial и DeSoto, и через различные экономические фонды отношение с Lamborghini, Mitsubishi Motors и Renault. То есть, рассказать есть что.

Перед нами выступил Ральф Джиллс (Ralph V. Gilles), старший вице-президент проектного подразделения компании, а для представительности рядом со сценой был выставлен на всеобщее обозрение новёхонький Jeep Grand Cherokee как зримое доказательство действительно талантливо и со вкусом выполненного дизайна.

Талантливого человека, от души увлечённого своей работой, всегда приятно послушать. В презентации Ральфа рассказ об использовании новых технологий для ускорения проектирования автомобилей органично сплёлся с интересными фактами из прошлого и настоящего компании, деталями о сложных этапах разработки и тестирования опытных образцов, о дальнейших планах Chrysler. В частности, Ральф заверил, что «…сегодня Детройт является одним из крупнейших потребителей вычислительных мощностей производства таких компаний как NVIDIA».

Прозвучали примечательные результаты применения современных вычислительных технологий: так, на разработку дизайна представленной в 2008 году модели Dodge Challenger ушло всего 22 месяца, представленный в этом году Dodge Dart разрабатывался уже всего 18 месяцев. Список новых технологий, сокращающих этап разработки, включает возможность быстрого изготовления комплектующих для прототипа с помощью мощных рабочих станций и стерео-литографии, испытания прототипа в виртуальной аэродинамической трубе, моделирование сложных динамических ситуаций программными методами, и многое другое.

Уже сейчас современный автомобиль изготавливается с применением мощных компьютерных вычислений, и даже продаётся во многих случаях через онлайновые демонстрационные площадки, подключенные к мощным облачным сервисам, они позволяют определиться с комплектацией, цветом кузова и т.д. Обычные автомобильные развлекательные и навигационные системы постепенно превращаются в сложнейший бортовые компьютеры с множеством недоступных ранее возможностей.

В ближайшем будущем, по мнению Ральфа Джиллса, автомобильная индустрия будет меняться ещё быстрее, и однажды такие мощные системы как говорящий самоуправляемый автомобиль K.I.T.T. (Knight Industries Two Thousand) из сериала Knight Rider станет обыденным явлением.

Примерно в том же ключе были расставлены акценты в презентации Мэтью Геллера (Matthew Gueller), главы подразделения индустриального дизайна в знаменитой компании со 110-летней историей создания мотоциклов – Harley-Davidson.

Создание дизайна нового мотоцикла дедовскими методами, по словам Мэтью, занятие достаточно кропотливое и длительное, отнимающее месяцы рабочего времени. Позаимствовав компьютерные технологии у голливудской и игровой индустрий, этот процесс удалось сократить на порядки: сегодня, по словам Мэтью, коллектив из восьми дизайнеров может «провернуть» разработку нового концепта за несколько часов, а то и минут.

В Harley-Davidson уже давно отказались от традиционных карандашных эскизов и глиняных заготовок, которые уступили место современным цифровым инструментам 3D-моделирования и 3D-печати, с помощью которых полный набор деталей для прототипа нового мотоцикла создаётся менее чем за 24 часа.

В своих разработках команда Harley использует рабочие станции с графическими процессорами NVIDIA Quadro и Tesla, а также связку программ Autodesk, включающую 3D Studio Max, Maya, Mudbox и Alias. Сначала командой Мэтью разрабатываются электронные модели компонентов нового прототипа. На следующее утро готовые детали распечатывает на 3D-принтере другая половина команды.

Впечатляющую, насыщенную фактическим материалом презентацию представил европейский концерн PSA Peugot Citroen. Сегодня на всех стадиях разработки и производства автомобилей компании занято более 10 тысяч серверов под Windows, Unix и Linux с распределённой системой хранения данных объёмом 14 000 терабайт, а также 70 тысяч офисных ПК, 10 тысяч CAD/CAM рабочих станций и более 7000 индустриальных терминалов.

В 2011 году при сотрудничестве с HP, Citrix, NVIDIA и другими компаниями приступил к созданию новой виртуализационной 3D-платформы для CAD-приложений с возможностью полноценной работы над созданием 3D-прототипов с любого подключенного к общей сети компьютера. Сегодня виртуальная производственная сеть с едиными вычислительными ресурсами на базе GPU NVIDIA обеспечивает доступ со сравнимой скоростью как сотрудникам компании из Парижа, так и разработчикам из остальной Франции, Испании и даже Китая.

В отдельной презентации представители PSA Peugot Citroen также поведали о тонкостях процесса разработки новых концептов и проведения виртуальных испытаний.

Примеры использования графических ускорителей в автомобильной промышленности не ограничиваются разработкой дизайна и испытательными эмуляторами. В настоящее время огромное количество научных и производственных коллективов во всём мире занимается разработкой интеллектуальных автомобильных навигационных систем совершенно нового уровня. Эти системы совершенно не похожи на нынешние автомобильные гаджеты, которые чаще всего представляют собой типичный результат скрещивания магнитолы и видеоплеера со сборником электронных карт.

В рамках GTC’13 компания Strategy Analytics представила интересный подробнейший анализ текущей ситуации по развитию современных бортовых компьютерных систем (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) и ближайшие перспективы развития этого рынка. В ближайшее время столь быстрыми темпами будут расти разве что технологии для гибридных и электрических автомобилей.

Кроме того, аналитики Strategy Analytics также проанализировали ключевые факторы, которые станут локомотивом развития бортовых компьютеров: революционные ныне опции вроде систем парковки и освещения в будущем станут привычными, заняв место среди функций ночного видения, контроля сонливости, предупреждения о сложностях дорожного трафика и «слепых зонах» и т.п.

Один из наиболее впечатляющих примеров такой интеллектуальной системы был представлен в презентации Марио Типпельхофера (Mario Tippelhofer), инженера-исследователя из лаборатории автомобильной электроники в Audi of America. Инициатива Audi Urban Intelligent Assist, разрабатываемая в содружестве с ведущими американскими университетами, нацелена, в первую очередь, на предсказание дорожных событий, возможность глубокой настройки встроенной системы под нужды пользователя, интуитивно понятный интерфейс и расширенное взаимодействие бортового компьютера с водителем.

Среди основных функций бортовой интеллектуальной системы Audi Urban Intelligent Assist такие как:

• Интеллектуальная парковка (Smart Parking) с предоставлением водителю детальной информации об уличных и стационарных парковках с выдачей парковочных опций на выбор,
• Интеллектуальное предсказание дорожного трафика (Predictive Traffic) по результатам анализа текущей дорожной ситуации, занесённых в память предпочтениях водителя и предсказания возможных вариантов поведения на дороге по результатам эмуляции дорожной ситуации,
• Контроль водительского внимания (Driver Attention Guard) с интеллектуальным интерфейсом двустороннего взаимодействия человека и машины позволяющий вернуть внимание водителя на дорогу по результатам анализа показаний внутренних камер, с учётом накопленного опыта и модели предсказания поведения водителя,
• Интеллектуальное предсказание слияния/разделения дорожных полос (Merge/Lane Change Assist) с интуитивным интерфейсом в помощь для своевременных и безопасных манёвров по перестраиванию в нужную полосу на основе технологии с расширенным 360° обзором и обучающегося алгоритма рекомендаций с учётом предпочтений водителя,
• Реалистичный навигационный помощник (Naturalistic Guidance) с нормальными голосовыми подсказками и интуитивно понятными картами с отметками знаковых придорожных объектов и достопримечательностей,
• Мобильное приложение Time-2-Start, позволяющее заранее спланировать путешествие и прибытие в пункт назначения вовремя с учётом текущих данных дорожной обстановки, алгоритмов предсказания и эмуляции дорожного трафика,
• Единая система навигации (Seamless Navigation) с беспроводным интерфейсом между мобильным телефоном и бортовым компьютером, обеспечивающая беспрерывное отслеживание маршрута водителя даже при выходе из автомобиля.

Представители компании Delphi Automotive Systems в своей презентации представили более детальный и практический образец подобного проекта.

Кроме традиционных опций развлекательного и навигационного плана, по мнению специалистов Delphi, будущие автомобильные бортовые компьютеры MyFi унаследуют множество типичных функций мобильных интернет-устройств, которые будут объединены с внешними облачными сервисами и возможностями гибкой оптимизации под нужды конкретного пользователя. Значительное внимание также будет уделяться вопросам безопасности.

Подобные проекты включают в себя множество отдельных алгоритмов и технологий, разработка которых и совершенствование ведётся в настоящее время полным ходом, и здесь проблем ещё поле непаханное. Так, например, Владимир Главчев (Vladimir Glavtchev), инженер NVIDIA и специалист по компьютерному зрению, рассказал в своей презентации о решении таких интересных вопросов, как многокадровый анализ движущихся и статичных объектов с целью их распознавания и идентификации в качестве пешеходов, мотоциклистов, велосипедистов и т.п. Нужно ли лишний раз подчёркивать, насколько важны подобные функции для обеспечения безопасного движения на дороге.

Сейчас, когда подобные алгоритмы уже существуют и успешно внедряются, основной задачей становится оптимизация вычислительных процессов с целью минимизации требований к компьютерному «железу», необходимому для выявления и классификации объектов дорожного трафика. Здесь весьма уместными и востребованными оказываются бортовые системы на базе GPU мобильного класса.

Ещё одно интересное выступление о будущем искусственного интеллекта с применением дисплеев дополненной реальности (augmented reality) представили сотрудники калифорнийского исследовательского института компании Honda (Honda Research Institute).

Дополнительные данные для водителя в версии разработки от Honda просто проецируются на лобовое стекло автомобиля. В своих разработках для эмуляции дорожных условий исследователи использовали 5-метровый проекционный дисплей с изогнутым экраном.

К сожалению, даже вкратце невозможно пересказать основные идеи всех интересных презентаций конференции. Зато у нас есть возможность показать нашим читателям нечто большее – работающие прототипы современных бортовых компьютеров и даже серийные модели автомобилей с подобными системами на базе GPU Tegra. На снимке ниже – как раз основная плата такого бортового компьютера.

Вот так выглядят различные варианты концептуальных дизайнов встраиваемых информационно-развлекательных бортовых систем на базе GPU Tegra 3. Обратите внимание, есть даже версии с док-станцией под мобильные гаджеты.

От концептов перейдём к реальным примерам. Жемчужиной экспозиции стал, несомненно, новый электромобиль Model S компании Tesla. Шикарный люксовый автомобиль оснащён несравненной информационно-развлекательной бортовой системой, кроме обычных вспомогательных дисплеев также установлен огромный 18-дюймовый вертикальный сенсорный дисплей с множеством функций, а сам автомобиль имеет постоянное подключение к сотовым сетям.

Ниже – новейший спорткар компании MCLaren, модель 2013 года 12C Spider с 8-цилиндровым движком мощностью 616 лошадиных сил и 7-дюймовым сенсорным дисплеем портретной ориентации.

Красавчик Lamborgini, тоже с бортовой системой на NVIDIA Tegra 3.

Новейший автомобиль A7 компании Audi, шедевр современного автомобилестроения.

И ещё одна люксовая «семёрка», но на этот раз от компании BMW. С этим автомобилем нам повезло больше всех, потому что его удалось не просто сфотографировать на выставочном стенде, но даже устроить самый настоящий тест-драйв по улицам Сан Хосе!

Надеемся, вам понравился наш репортаж о событиях конференции NVIDIA GTC 2013 года. На будущее хотелось бы услышать отзывы наших постоянных читателей о подробностях, которые они хотели бы видеть в будущих репортажах подобного плана. Увидимся!