隨著汽車行業(yè)智能化和網(wǎng)聯(lián)化的加速發(fā)展，在 5G、人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的加持下，汽車已經(jīng)從交通工具變?yōu)樾乱淮闹悄芙K端。而自動駕駛作為汽車新四化（電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化）的核心，更是被視為汽車科技“皇冠上的明珠”。
根據(jù)相關(guān)預(yù)測，到 2030 年國內(nèi)智能汽車將達到 3800 萬輛，滲透率達到 95%，巨大的市場想象空間使自動駕駛系統(tǒng)成為汽車廠商的必爭之地。而要實現(xiàn)這些目標，廠商還需要采取措施解決自動駕駛在技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)、法律法規(guī)等方面的制約。
作為一種基于云端的開發(fā)與部署框架，云原生技術(shù)正被越來越多企業(yè)關(guān)注，用于實現(xiàn)應(yīng)用的敏捷開發(fā)和快速交付，以高效響應(yīng)用戶需求、優(yōu)化用戶體驗以及加速業(yè)務(wù)創(chuàng)新。本文以自動駕駛系統(tǒng)的開發(fā)和部署的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一——數(shù)據(jù)回灌為例，介紹火山引擎云原生服務(wù)如何幫助車企提升效率、加速商業(yè)化進程。
什么是數(shù)據(jù)回灌
在汽車軟件研發(fā)領(lǐng)域，目前車企運用最廣的開發(fā)模式是 RAD （Rap Application Development 快速應(yīng)用開發(fā)） 模型，由于其模型構(gòu)圖形似字母 V，又叫 V 模型。這種模型通過開發(fā)和測試同時進行的方式來縮短開發(fā)周期，每一步都會對應(yīng)著嚴格的測試步驟，以保證最終系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。
當下大部分自動駕駛系統(tǒng)都使用這種開發(fā)模式，整個開發(fā)流程通常涉及以下測試環(huán)節(jié)：
●模型在環(huán)（MiL）
●軟件在環(huán)（SiL）
●硬件在環(huán)（HiL）
●車輛在環(huán)（ViL）
回灌測試是 HIL 在環(huán)測試一種方法。
從機器學(xué)習(xí)平臺訓(xùn)練出的模型在導(dǎo)入車載域控制器系統(tǒng)時，需要進行充分的驗證和測試，確保模型在異構(gòu)硬件環(huán)境上的推理一致性。但如果僅僅依靠道路車測試，不僅存在測試時間周期長、成本高的問題，覆蓋的場景也非常有限。
回灌測試就是用真實交通數(shù)據(jù)做仿真的一種方式。工程師可以通過把被測試域控制器和仿真系統(tǒng)連接，將從實際車輛采集到的數(shù)據(jù)再次注入到域控制器中，重現(xiàn)真實道路運行環(huán)境中的場景，對域控制器的性能和算法進行評估和驗證。通過此方法，研發(fā)團隊可以進行大規(guī)模的測試、驗證和優(yōu)化，加速自動駕駛系統(tǒng)的開發(fā)和部署。
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)回灌的挑戰(zhàn)
在真實生產(chǎn)場景下，用于回灌測試的回灌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較特殊。為了讓訓(xùn)練好的模型經(jīng)過編譯后，能在異構(gòu)車載芯片上保持準確、穩(wěn)定的性能，研發(fā)團隊在搭建測試環(huán)境時，往往需要單獨購買服務(wù)器和域控制器進行硬件和軟件集成，成本高、開發(fā)難度大、運維成本高。主要體現(xiàn)以下幾個方面：
回灌硬件環(huán)境部署復(fù)雜：被測域控制器和仿真服務(wù)器之間一般采用網(wǎng)線連接，對有幾百個域控制器的回灌測試環(huán)境，意味著需要同等數(shù)量的物理網(wǎng)線和對應(yīng)的交換機端口，布線復(fù)雜，管理難度高。
域控制器資源利用率低：回灌測試任務(wù)執(zhí)行時間變化很大，一個回灌任務(wù)的結(jié)束意味著使用的域控制器可以提供給其他回灌任務(wù)使用，以往的回灌測試環(huán)境缺少對動態(tài)域控制器資源的管理和調(diào)度，造成整體硬件的利用率低。
回灌任務(wù)自動化程度低：回灌任務(wù)缺少統(tǒng)一、標準化的管理和執(zhí)行方式，以往通常采用手動部署執(zhí)行，人工干預(yù)的方式。回灌任務(wù)的執(zhí)行效率低而且錯誤率高。
火山引擎回灌集群解決方案
針對上述開發(fā)、部署和使用過程中問題，火山引擎云原生團隊把容器引入到回灌系統(tǒng)的設(shè)計中，通過云原生的方式提升資源利用率、簡化運維復(fù)雜度——
1. 被測域控制器采用 PCI-E 板卡方式集成到仿真服務(wù)器中。
如下圖所示，回灌仿真服務(wù)器和域控制器通過虛擬網(wǎng)絡(luò)的方式進行通訊，去掉了傳統(tǒng)的物理網(wǎng)線連接方式，降低了環(huán)境網(wǎng)絡(luò)布線的復(fù)雜度，同時為仿真服務(wù)和域控制器之間大量數(shù)據(jù)傳輸提供穩(wěn)定的高帶寬。
2. 利用 Kubernetes 提供的 device plugin framework，將平臺全部域控制器抽象成池化可調(diào)度資源被容器平臺使用。
通過充分利用 Kubernetes 原生的調(diào)度能力，研發(fā)團隊可以為批量下發(fā)的回灌仿真任務(wù)快速匹配可用域控制器資源并執(zhí)行回灌仿真任務(wù)。在仿真任務(wù)完成后，資源會被自動回收到可用資源池供后續(xù)回灌仿真任務(wù)使用，極大提高了回灌仿真任務(wù)的執(zhí)行效率和域控制器的使用率。
3. 對回灌仿真程序進行容器化改造，制作成為標準的容器鏡像存放在平臺的鏡像倉庫。
自動駕駛工具鏈平臺通過標準 Kubernetes 接口對接回灌仿真集群，將回灌仿真任務(wù)作為流程中的一項標準步驟加入到預(yù)定義的自動駕駛開發(fā)工作流中。平臺按照 Kubernetes 的標準工作負載將回灌仿真任務(wù)下發(fā)到回灌仿真集群，并在任務(wù)執(zhí)行過程中利用 Kubernetes 的 CNI/CSI 組件訪問外部對象存儲和高速并行文件系統(tǒng)，讀取回灌仿真所需要的數(shù)據(jù)，在域控制器完成計算任務(wù)后返回仿真結(jié)果由仿真程序存儲到外部存儲。
通過上述方案，車企可以獲得以下收益：
●開源兼容：兼容開源 Kubernetes 接口，有助于將回灌系統(tǒng)對接已有自動駕駛開發(fā)平臺；內(nèi)置豐富的 CSI/CNI 組件，提供多類型存儲和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的對接方式，輕松實現(xiàn)回灌業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)/外部網(wǎng)絡(luò)的訪問；
●生態(tài)親和：支持適配豐富類型的自動駕駛硬件設(shè)備資源，實現(xiàn)資源池化統(tǒng)一管理；與車載芯片廠商有廣泛合作，可提供成熟的軟硬件方案；
●簡單易用：提供成熟、便捷的可視化管理界面，可大幅簡化回灌平臺基礎(chǔ)資源層運維工作；
●靈活觀測：支持設(shè)備健康狀態(tài)檢測；支持對接外部監(jiān)控 Prometheus 系統(tǒng)，配合用戶自定義 Grafana 面板，實現(xiàn)回灌業(yè)務(wù)的狀態(tài)監(jiān)控、告警。
汽車行業(yè)落地案例
某汽車主機廠企業(yè)計劃使用國內(nèi)頭部汽車智能芯片公司的 AI 芯片作為其一款主打車型的自動駕駛域控制器的算法處理器。為加速該車型的開發(fā)，同時保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性，該企業(yè)采用了火山引擎的云原生回灌解決方案。
該客戶的回灌集群使用了 8 臺回灌服務(wù)器作為工作節(jié)點，每個回灌服務(wù)器通過 PCI-E 掛載了 32 個集成了 AI 芯片的域控制器。在火山引擎云原生團隊的支持下，客戶通過 veStack 敏捷版實現(xiàn)了對 256 個域控制器的統(tǒng)一容器化管理和調(diào)度。同時結(jié)合業(yè)務(wù)使用方式，veStack 敏捷版也針對性提供了域控制器的健康檢查方法和配合系統(tǒng)升級需要用到的域控制器手動離線、上線方法，幫助客戶構(gòu)建起完善的監(jiān)控和故障感知能力。
在數(shù)據(jù)合規(guī)方面，為符合國家針對自動駕駛的相關(guān)規(guī)定，該客戶使用的自動駕駛工具鏈平臺均部署在火山引擎智駕專區(qū)，回灌集群通過標準 Kubernetes 接口與自動駕駛工具鏈平臺進行對接。
結(jié)合客戶自動駕駛工具鏈平臺的隊列能力，上述回灌系統(tǒng)能支持 7×24 小時并行 256 的回灌任務(wù)，極大提高了回灌測試效率和資源的使用率。
結(jié)語
隨著汽車行業(yè)智能化和網(wǎng)聯(lián)化的加速發(fā)展，軟件定義汽車已經(jīng)成為行業(yè)的共識，企業(yè)需要構(gòu)建新的軟件開發(fā)能力來應(yīng)對軟件定義時代的挑戰(zhàn)，并通過安全的方式將硬件、軟件和云服務(wù)整合到下一代汽車平臺和組件中。
火山引擎云原生團隊目前已經(jīng)服務(wù)了多家頭部車企和造車新勢力，幫助客戶充分利用和發(fā)揮云平臺的彈性和分布式優(yōu)勢。未來，團隊也將持續(xù)打磨產(chǎn)品和解決方案，為更多企業(yè)注入強勁創(chuàng)新動力。
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