בתוך שבב ה־5 ננומטר של Waymo: מעבד מיזוג החיישנים שמכין את הדרך לנהיגה האוטונומית

המעבד החדש של Waymo, שמכונה לפי הדיווחים בתוך החברה carTPU, אינו מחשב עצמאי שמסוגל להחליף את כל מערכת הנהיגה האוטונומית. נכון יותר להבין אותו כשכבת החישוב שפונה אל החיישנים: הוא מקבל זרמי מידע עתירי־רוחב־פס, מחלץ מהם מאפיינים ומייצר ייצוגים מאוחדים עבור מחשב הנהיגה המרכזי של Waymo Driver. 171

שבב ייעודי לפני “המוח” של הרכב

Waymo תיארה את הרכיב כ־ASIC ייעודי בתהליך 5 ננומטר, שנועד לעבד נתוני חיישנים גולמיים, למזג אותם ולהריץ עליהם רשתות נוירונים בזמן אמת. המטרה המוצהרת היא לקצר את הזמן שחולף מהרגע שבו הפיקסל הראשון מגיע מהחיישן ועד שהמערכת מקבלת ייצוג שימושי לצורך הנהיגה. 1719

חלוקת העבודה הזו חשובה: ה־ASIC מטפל בשלב המוקדם והתובעני של עיבוד התפיסה, בעוד שהמערכת המלאה ברכב נשענת על ארכיטקטורה הטרוגנית — שילוב של טכנולוגיות למידת מכונה שפיתחה Waymo עם מעבדים, מעבדים גרפיים ומאיצים נוספים, המשמשים בין היתר לתזמון, להעברת נתונים ולרישום מידע. 1

לכן הכותרת אינה “Waymo החליפה את Nvidia בשבב אחד”. החברה ציינה את Nvidia ואת AMD בין שותפות החומרה שלה, לצד Micron, Samsung, SanDisk, Socionext ו־TSMC. 173

אילו חיישנים מתמזגים בזמן אמת?

בתיאור הפומבי שלה Waymo מציינת שלושה סוגי חיישנים:

• לידאר — לקבלת מידע תלת־ממדי על הסביבה;
• רדאר — לזיהוי ולמדידת מרחקים באופן משלים;
• מצלמות — כולל זרמי וידאו ברזולוציה גבוהה.

המעבד מבצע עיבוד בזמן אמת, חילוץ מאפיינים ומיזוג חיישנים באמצעות רשתות נוירונים. Waymo תיארה גם תהליך של סינון רעשים לאורך זמן, שנועד לשפר תפיסה בתנאי תאורה חלשה. 1

בדיווחים על ההצגה בכנס Hot Chips נאמר שהמערכת מעבדת במקביל 13 זרמי מצלמה ברזולוציה גבוהה, וכי הייצוגים שמגיעים מהמצלמות, מהלידאר ומהרדאר מוזנים למקודד מיזוג החיישנים. 158

עם זאת, החומרים הראשוניים הזמינים אינם מאשרים באופן עצמאי מיזוג של נתוני מיקרופונים. במערכת החיישנים של Waymo מהדור השישי אכן קיימים קולטי שמע חיצוניים, אך עצם קיומם אינו מוכיח שנתוני המיקרופונים מעובדים או מתמזגים בתוך ה־ASIC שנחשף. 23

המפרט שדווח מ־Hot Chips

הנתונים המפורטים ביותר הגיעו מדיווחים ומחומרי ההצגה של Hot Chips, ולא מההודעה הרשמית של Waymo. 1516

מפרט	הנתון שדווח
תהליך ייצור	TSMC N5 — יישום 5 ננומטר לרכב
אריזה	FCBGA בגודל 45×45 מ״מ
שטח השבב	208 מ״מ רבוע
זיכרון	LPDDR5X בתוך האריזה
רוחב פס זיכרון	273 ג׳יגה־בייט לשנייה
צריכת חשמל	פחות מ־75 ואט
ביצועי למידת מכונה	יותר מ־1,000 TOPS
חיבור למחשב המארח	PCIe Gen5 x8 ו־Ethernet במהירות 25 ג׳יגה־ביט לשנייה

יש לקרוא את נתוני האריזה, שטח השבב, הזיכרון וצריכת החשמל כמפרטים שדווחו — לא כפרטים שאושרו כולם באופן עצמאי בהודעה הרשמית של Waymo. ההודעה של החברה מאשרת את ייעוד השבב, את הייצור ב־5 ננומטר, את הארכיטקטורה ההטרוגנית, את הטענה לביצועים של יותר מ־1,000 TOPS ואת רשת השותפים; חלק ניכר מהפרטים ברמת היישום הגיע מסיקור משני. 1715

ארכיטקטורה שנבנתה סביב זמן תגובה

לפי הדיווחים, העיצוב משלב בלוקים שפיתחה Waymo לעיבוד תמונה, לקודקי וידאו, לקליטת חיישנים באמצעות MIPI ולזיכרון Scratchpad, יחד עם יכולות GPU של צד שלישי, PCIe Gen5, Ethernet במהירות 25 ג׳יגה־ביט לשנייה ורכיבי IP לאתחול מאובטח. עוד דווח על 2 מגה־בייט של SRAM מחולק לבנקים לכל יחידת עיבוד. 1516

הדגש אינו רק על מספר TOPS גדול. Waymo מכוונת לביצוע דטרמיניסטי — כלומר זמני תגובה צפויים — ולזמן השהיה נמוך, באמצעות תכנון משותף של החומרה והתוכנה. לפי חומרי ההצגה, המערכת נשענת על גישה של “קומפיילר תחילה” ועל הרצה של גרעיני־ענק, או mega-kernels, כך שהתוכנה והסיליקון יותאמו זה לזה במסלול שבין נתוני החיישנים הנכנסים לבין הייצוגים המאוחדים. 15

זו אינה רק שאלה של ביצועים. מחשב בתוך רכב צריך להתמודד עם כמויות עצומות של מידע בזמן אמת, אך גם עם מגבלות של הספק, חום, מקום פיזי, רעידות, זעזועים ואמינות. Waymo אומרת שפלטפורמת החישוב שלה משתמשת בקירור נוזלי ובשני מנועי חישוב עצמאיים; במקרה שאחד מהם נכשל, השני יכול לקחת את מקומו. 1

למה נתון של 1,000 TOPS אינו מספיק?

יותר מ־1,000 TOPS הוא הנתון הבולט ביותר, אבל TOPS לבדו אינו מספר לנו עד כמה מחשב נהיגה אוטונומית יעיל. צריך לשאול אילו פעולות נמדדות, באיזו יעילות המודלים רצים, כמה נתונים צריך להעביר בין הרכיבים, ובאיזו מהירות המערכת הופכת מידע גולמי מהחיישנים לייצוג שימושי.

החשיפה של Waymo מציבה את ה־ASIC כמאיץ חזיתי, המותאם למערך החיישנים ולמודלים של החברה. במקום להעביר כל זרם גולמי ישירות למעבד מרכזי לשימוש כללי, השבב מעבד את הנתונים סמוך לנקודת הכניסה שלהם לרכב — צעד שנועד לשפר את יעילות רוחב הפס ולהפחית השהיה. 172

הדיווחים הזמינים גם אינם מבהירים אם נתון ה־1,000 TOPS מתייחס למנוע חישוב יחיד או לזוג המנועים שנועדו לספק יתירות. לכן אי אפשר לפרש אותו בפשטות כמדד לתפוקת המערכת השימושית, בלי הבהרה נוספת. 14

המסר האסטרטגי: חיישנים רבים ותכנון משותף

דניאל רוזנבנד הציג את היעד של Waymo כיצירת “נהג על־אנושי עם הרבה פחות תאונות מבני אדם” — ולא מערכת שמטרתה רק לחקות את רמת התפיסה האנושית. הדברים נאמרו לצד הגנה על שילוב מצלמות, לידאר ורדאר, במקום הסתמכות על גישה המבוססת על מצלמות בלבד. 6

אסטרטגיית החומרה תואמת את הגישה הזו: Waymo מתכננת יחד את החיישנים, האלגוריתמים והסיליקון בהתאם לדרישות של נהיגה אוטונומית. מערכת ה־Driver מהדור השישי משתמשת במערך חישה רב־מודלי, שבו מצלמות ברזולוציה גבוהה, רדאר הדמייתי ולידאר פועלים כמערכת אחת. 22

רוזנבנד דיבר גם על יעדים ארוכי טווח: להריץ ברכב מודלי AI גדולים בהרבה, כולל בעתיד מודל בעל טריליון פרמטרים, ולהקטין את מחשב הרכב מגודל של “קופסת פיצה” לכיוון גודל של מחשב נייד. אלה יעדים לעתיד — לא יכולות ש־Waymo הכריזה עליהן כחלק מהמעבד הנוכחי. 6

מה Waymo חשפה בפועל?

המסקנה המרכזית אינה ש־Waymo בנתה שבב יחיד שמסוגל לנהוג ברובוטקסי בכוחות עצמו. החברה בונה צינור חישוב ייעודי סביב אחת המשימות הקשות ביותר בשלב המוקדם של הנהיגה האוטונומית: להפוך זרמי מידע עתירי־רוחב־פס מחיישנים רבים לייצוגים אמינים ומהירים, שאותם יוכל מחשב האוטונומיה המרכזי לנצל.

הליבה המאומתת של החשיפה היא ASIC מותאם אישית בתהליך 5 ננומטר, עם ביצועי למידת מכונה של יותר מ־1,000 TOPS, מיזוג בזמן אמת של נתוני מצלמות, לידאר ורדאר, פלטפורמת חישוב הטרוגנית, מנועי עיבוד עם יתירות ורשת רחבה של שותפות חומרה. 171

הפרטים המפורטים יותר שדווחו ב־Hot Chips — אריזה בגודל 45×45 מ״מ, שבב בשטח 208 מ״מ רבוע, רוחב פס LPDDR5X של 273 ג׳יגה־בייט לשנייה וצריכת חשמל של פחות מ־75 ואט — הופכים את העיצוב למוחשי יותר, אך נותרו בעיקר נתונים שדווחו ממקורות משניים. 1511

יחד, התמונה שעולה היא ש־Waymo מתייחסת לנהיגה אוטונומית כאל בעיית מחשוב קצה והנדסת מערכות: זמן השהיה, אמינות, מגוון חיישנים ויעילות אנרגטית חשובים לא פחות מעוצמת חישוב גולמית.