Merhaba TurkHackTeam üyeleri bugün Tesla'nın arabaları için kullandığı çipi ve güvenliğini inceleyeceğiz.
İçindekiler:
- Giriş
- Tarihi
- Yonga
- Güvenlik sistemi
- Yazılım sistemi
- Kamera seri arabirimi
- Video Kodlayıcı
- Görüntü sinyali işlemcisi
- Nöral işlem birimi
- Tam kendi kendini süren bilgisayar
- Güç
Giriş
Full Tam Kendi Kendine Sürüş Çipi (Autopilot Hardware 3.0), Tesla tarafından tasarlanan ve 2019'un başlarında kendi arabaları için tanıtılan otonom bir sürüş yongasıdır. Tesla, çipin otonom seviye 4 ve 5'i hedeflediğini iddia ediyor. Samsung'un 14 nm işlem teknolojisiyle üretilen FSD Çip, 2.2 GHz'de çalışan toplam 12 CPU için 3 adet dört çekirdekli Cortex-A72 kümesi içeriyor, bir Mali G71 MP12 GPU çalışıyor. 1 GHz, 2 GHz'de çalışan 2 sinirsel işlem birimi ve diğer çeşitli donanım hızlandırıcıları var. FSD, 128 bit'e kadar LPDDR4-4266 belleği destekler.
Tarihi
FSD çipinin tasarımı ve planlaması, Tesla'nın otonom sürüş sorunlarına uyan alternatif bir çözüm görmediğini iddia etmesiyle 2016 yılında başladı. FSD çip projesi, diğer mimarların yanı sıra Jim Keller ve Pete Bannon tarafından yönetildi. Tasarım ekibi Şubat 2016'da kuruldu. Geliştirme 18 ay boyunca yapıldı. Ağustos 2017'de çip, üretim için piyasaya sürüldü ve ilk silikon Aralık 2017'de tam olarak çalıştı. Tasarımda, yeniden döndürmeyi gerektiren bir dizi ek değişiklik yapıldı. B0 adımı, Nisan 2018'de üretime sunuldu. B0'ın tam üretimi, Temmuz 2018'deki kalifikasyonlardan kısa bir süre sonra başladı. Aralık 2018'de Tesla, çalışan arabalarını yeni donanım ve yazılım yığınıyla güçlendirmeye başladı. Mart 2019'da, Tesla, Model S ve Model X arabalarında FSD çipini ve bilgisayarı toplu taşımaya başladı. Tesla Model 3'te üretim sevkiyatı Nisan 2019'da başladı.
Yonga
Tam kendi kendine sürüş çipi veya kısaca FSD çipi, Tesla'nın home-grown olarak özel tasarlanmış otonom sürüşü çipidir. Çip, 2016'dan beri geliştirilmekte ve 2019'un başlarında seri üretime girmiştir. Tesla'nın mevcut arabaları için doğrudan yükseltme olarak tasarlanan FSD çipi, maksimum güçte kalmak da dahil olmak üzere önceki çözümlerin güç ve termal gereksinimlerinin çoğunu devralır (100 W tüketim). Çip, Tesla'nın kendi arabaları ve kendi gereksinimleri için özel olarak tasarlandığından, alternatif sinir işlemcilerinin genel amaçlı yeteneklerinin çoğu, FSD çipinden sıyrılarak, tasarımı yalnızca ihtiyaç duydukları donanımla bıraktı.
Yüksek düzeyde, çip, standart bir işletim sistemini önyükleyebilen tam bir çip üzerinde sistemdir. Samsung'un Austin, Texas fabrikasında 14 nanometrelik prosesinde üretiliyor ve 260 milimetre karelik bir silikon kalıp üzerinde yaklaşık altı milyar transistör paketleniyor. FSD çipi, AEC-Q100 Grade-2 otomotiv kalite standartlarını karşılar. Daha öncü bir düğüm yerine olgun bir 14 nm düğümle gitme seçeneği, maliyet ve IP hazırlığına indirgendi. Genel amaçlı işleme için kullanılan 2.2 GHz'de çalışan dört çekirdekli Cortex-A72 çekirdeklerinin üç kümesi olarak organize edilmiş on iki 64-bit ARM çekirdeği vardır. Ayrıca, esas olarak hafif post-processing için tasarlanmış nispeten hafif GPU'da vardır. Çip 1 GHz'de çalışır, 600 GFLOPS'a kadar kapasiteye sahiptir ve hem tek duyarlıklı hem de çift duyarlıklı kayan nokta işlemlerini destekler.
Güvenlik sistemi
Araba aktüatörlerinin nihai hakemliğini yürüten çift çekirdekli kilit adımlı CPU'yu içeren bir güvenlik sistemi vardır. Bu CPU, FSD bilgisayarındaki iki FSD yongası tarafından oluşturulan iki planın eşleşip eşleşmediğini ve aktüatörleri çalıştırmanın güvenli olup olmadığını belirler.
Yazılım sistemi
Yazılım sistemi, çipin yalnızca Tesla tarafından kriptografik olarak imzalanmış kodu yürütmesini sağlamak için tasarlanmıştır.
Kamera seri arabirimi
FSD yongası, işleme için çeşitli video giriş cihazlarından saniyede 2,5 milyar piksele kadar kapasiteye sahip bir kamera seri arabirimine (CSI) sahiptir.
Video Kodlayıcı
FSD yongası, yedek kamera ekranı, araç kamerası ve bulut klip kaydı gibi çeşitli uygulamalar için kullanılan bir H.265 (HEVC) video kodlayıcıyı entegre eder.
Görüntü sinyali işlemcisi
FSD, Tesla otomobillerinde bulunan sekiz HDR sensörünü işlemek için tasarlanmış 24 bitlik dahili bir boru hattına sahip bir görüntü sinyali işlemcisi (ISP) içerir ve saniyede bir milyar piksele kadar işleyebilir. ISP, gölgeler gibi parlak/karanlık noktalar nedeniyle çipin ek ayrıntıları ortaya çıkarmasına olanak tanıyan ton eşleme özelliklerine sahiptir. Ek olarak, ISP'nin gürültü azaltma yetenekleri vardır.
Nöral işlem birimi
FSD çipi, özel olarak tasarlanmış iki sinir işleme birimini entegre eder. Her NPU, geçici ağ sonuçlarını depolamak ve ana belleğe veri hareketlerini azaltmak için tasarlanmış 32 MiB SRAM paketler. Genel tasarım oldukça basittir. Her döngü, 256 baytlık aktivasyon verisi ve ek 128 baytlık ağırlık verisi, SRAM'den birleştirildikleri MAC dizisine okunur. Her NPU, toplam 9.216 MAC ve 18.432 işlem için 96x96 çoklu biriktirme dizisine sahiptir. FSD çipi için Tesla, 8-bit'e 8-bit tam sayı çarpması ve 32-bit tam sayı toplama kullanır. Her iki veri türü için de seçenekler, büyük ölçüde güç tüketimini azaltma çabalarından kaynaklanmaktadır (örneğin, 32-bit FP eklemesi, 32-bit tamsayı eklemesinin kabaca 9 katı tüketir) 2 GHz'de çalışırken, her NPU'nun bir tepe noktası vardır. Her çipte iki NPU bulunan FSD çipi, birleşik en yüksek performansta saniyede 73,7 trilyona kadar işlem yapabilir. Nokta çarpım işleminin ardından veriler, etkinleştirme donanımına, havuzlama donanımına ve son olarak da sonuçları toplayan yazma arabelleğine kaydırılır. FSD, doğrultulmuş doğrusal birim (ReLU), Sigmoid Doğrusal Birim (SiLU) ve TanH dahil olmak üzere bir dizi etkinleştirme işlevini destekler. Her döngüde 128 baytlık sonuç verisi SRAM'a geri yazılır. Tüm işlemler, tüm ağ tamamlanana kadar tekrarlanarak aynı anda ve sürekli olarak yapılır.
Bazı donanımlar basitleştirildi, bu da karmaşıklığı yazılıma yükledi. Bu, silikon maliyetini biraz daha karmaşık yazılım lehine azaltmak için yapıldı. Yazılım, bireysel SRAM bankalarını eşleyebilir ve tahsis edebilir. Tesla'nın NN derleyicisinin yardımıyla, katman füzyonu da yapılır ve dönş-ölçek-eylem-havuzlama (conv-scale-act-pooling olarak bilinir) işlemlerini birleştirerek verilerin yeniden kullanılmasına izin verir. Derleyici ayrıca katman yumuşatma gerçekleştirir, tutarlı bellek erişimleri sağlar, banka çakışmalarını azaltmak için tasarlanmış kanal dolgusu ekler ve kullanımdan önce verileri önceden getirmek için DMA işlemleri ekler. Kod oluşturma sırasında ağırlık verileri oluşturulur, kod sıkıştırılır ve güvenilirlik için bir CRC sağlama toplamı oluşturulur.
Normal çalışma altında, sinir ağı programı başlangıçta yüklenir ve çipin çalıştırıldığı tüm süre boyunca bellekte tutulur. Çalıştırma, giriş ara bellek adresi (örneğin, yeni çekilmiş görüntü sensörü fotoğrafı), çıkış ara bellek adresi ve ağırlık ara bellek adresi (örneğin ağ ağırlıkları) ayarlanarak, program adresi ayarlanarak ve çalıştırılarak yapılır. NPU, bir kesmeyi tetikleyen bir durdurma talimatına ulaşana kadar tüm sinir ağı modelini eşzamansız olarak çalıştıracak ve CPU'nun sonuçları sonradan işlemesine izin verecektir.
Tam kendi kendini süren bilgisayar (FSD Bilgisayar)
FSD bilgisayarı, mevcut Tesla modellerine sonradan donatılmak üzere tasarlanmıştır ve bu nedenle, biçim faktörü ve G/Ç açısından büyük ölçüde aynıdır. Bilgisayarın kendisi, arabanın torpido gözünün hemen arkasına sığar. FSD Bilgisayarı, önceki Autopilot Hardware 2.5 kartıyla aynı yuvaya bir teknisyen tarafından kurulabilir. Kartın kendisi, tam yedeklilik için kendi güç alt sistemi, DRAM ve flash bellek ile birlikte iki tamamen bağımsız FSD yongası içerir. Her çip kendi depolama belleğinden başlar ve kendi bağımsız işletim sistemini çalıştırır. Kartın sağ tarafında sekiz kamera konektörü bulunur. Güç kaynağı ve kontroller kartın sol tarafındadır. Kart, biri FSD yongalarından biri ve diğeri diğeri için olmak üzere iki bağımsız güç kaynağına oturur. Ek olarak, kameraların yarısı bir güç kaynağına ve diğer yarısı ikinci güç kaynağına oturur (video girişinin kendisinin her iki yonga tarafından alınır). Yedeklilik, bir kamera akışı veya güç kaynağı gibi bir bileşenin veya karttaki başka bir IC'nin bozulması durumunda, tüm sistemin normal şekilde çalışmaya devam edebilmesini sağlamak için tasarlanmıştır.
Açıldığında ve devreye alındığında, panoya çeşitli kaynaklardan duyusal girdi beslenir. Bunlar, atalet ölçüm birimi (IMU), radar, GPS, ultrasonik sensörler, tekerlek tıkırtıları, direksiyon açısı ve harita verileri gibi mevcut araç okumalarını içerir. 8 adet harici görüş kamerası (bazı araçlarda 1 adet dahili kamera) ve 12 adet ultrasonik sensör bulunmaktadır. Veriler, işleme için aynı anda her iki FSD yongasına beslenir. İki çip bağımsız olarak araba için bir gelecek planı oluşturur - arabanın daha sonra ne yapması gerektiğine dair ayrıntılı bir plan. Her iki çipten bağımsız olarak türetilen iki plan daha sonra bir anlaşmaya varıldığından emin olmak için bunları karşılaştıran güvenlik sistemine gönderilir. Her iki çipten gelen iki plan hesaplanan plan üzerinde anlaştığında, araba ilerleyebilir ve bu plana göre hareket edebilir (yani, aktüatörleri çalıştırabilir). Ardından, sürücü komutları doğrulanır ve komutların istenen işlemleri gerçekleştirmesini sağlamak için duyusal bilgiler geri bildirim olarak kullanılır. Tam işlem döngüsü, sürekli olarak yüksek kare hızında çalışır.
Güç
Tam yazılım yığınını çalıştıran FSD bilgisayarı 72 Watt harcar. Bu, önceki çözüm olan HW2.5'in harcadığı 57 Watt'tan kabaca %25 daha fazladır. 72 W'dan bu, NPU'lar tarafından dağıtılan 15 W'ı içerir. Tam yazılım yığınını ve sensörleri çalıştıran HW2.5 ile karşılaştırıldığında Tesla, saniyede kare sayısında 21 kat bir iyileşme bildirdi.
