Sulla nuova A8 la vera Signora degli anelli si chiama zFAS
Il sistema che consente all’auto di guidare da sola nelle code è possibile grazie alla più sofisticata integrazione di computer nel mondo dell’auto
Il vero gioiello di tecnologia della nuova Audi A8 non si vede. E no, non è il sistema di guida autonoma di Livello 3 SAE chiamato Traffic Jam Pilot. Certo, a prima vista quello sembra già complicato: lasciare guidare l’auto in mezzo al più ostinato traffico. Da sola. Ma si tratta in effetti appena di uno dei compiti che le auto del 21° secolo dovranno affrontare, e gli attuali ingegneri e programmatori sono già alle prese con tutti quei compiti.
Pensate di essere a cena con tanti commensali e che tutti stiano parlando una lingua diversa. Questo rende una vaga idea di quello di cui i tecnici delle case auto ed i loro fornitori debbono venire a capo. Una mole di dati di origini diverse, distribuite su strati di informazioni che devono trovare una sintesi cristallina, per poter indirizzare i sistemi che devono guidare l’auto da soli.
Non è tutto: la scatola degli attrezzi dell’intelligenza artificiale (che case auto e non ritengono indispensabile per venire a capo della guida autonoma) contiene reti neurali ed apprendimento automatico. Malgrado si ispirino a concetti biologici, questi strumenti sono così lontani dai limiti umani che, restando all’esempio precedente, in una cena affollata capiscono meglio quanto più numerosi sono i commensali. Una situazione che porterebbe a rapido esaurimento le risorse mentali umane; ma non l’intelligenza artificiale, sempre assetata di dati.
E a guardare da vicino la quarta generazione di ammiraglia dei quattro anelli si capisce bene chi è deputato a immergersi in questo diluvio di dati: computer e sensori abbondano. Spectrum (la rivista dell’IEEE) li ha contati: dodici sensori ad ultrasuoni, cinque telecamere, altrettanti radar ed una telecamera ad infrarossi per la visione notturna. Il tutto completato, per la prima volta su un’auto di serie, da un LiDAR, il dispositivo laser prodotto dalla francese Valeo.
Ma tutto quello che i sensori sono in grado di raccogliere richiede di essere gestito ed elaborato. E invece di sparpagliare i compiti tra tanti computer, Audi ha sviluppato negli ultimi anni una scatola nera centrale dei sistemi di assistenza alla guida: la zFAS. Così innovativa che il sito specializzato EETimes l’ha definita oltre un anno prima del debutto mondiale di Barcellona la configurazione che sarà il punto di riferimento nelle architetture di gestione dei dati sulle auto, per la sua dote di riunire in una sola scheda task multipli.
Il più esigente dei quali, ricordava il giornalista Christoph Hammerschmidt qui è l’impegnativo compito della sensor fusion, quel nodo a cui arriva la congerie di dati ed informazioni: “qui, i segnali di sensori multipli come camere stereo, radar, sensori multiassiali di accelerazione e, dove disponibili, sensori LiDAR sono fusi e trasformati in un modello di ambiente digitale e 360° che a sua volta è utilizzato da tutti i sistemi di assistenza alla guida inclusi quelli responsabili per la guida autonoma per computare le rispettive azioni“.
Questa centrale di calcolo high-tech integra computer ad alte prestazioni di Nvidia (Tegra K1), Altera (Cyclon V), Infineon (Aurix) ed un processore di elaborazione delle immagini EyeQ3 di Mobileye. Audi ha diffuso un video che aiuta a farsi un’idea dei compiti che la zFAS è in grado di gestire, e nel fermo immagine che riproduciamo qui sotto vedete la suddivisione dei compiti.
Quello che è interessante sottolineare e che offre un’idea della complessità dei doveri che la guida autonoma conferisce ad hardware e software di un’auto, è che la mole di dati è così imponente che per la zFAS in Audi hanno finito col decidere di scindere i compiti di processare le immagini delle telecamere tra due unità: la GPU di Nvidia si dedica ai dati delle telecamere esterne e di quella interna che sorveglia il livello di vigilanza (o meno) della persona seduta al posto di guida, visto che il Traffic Jam Pilot con preavviso fino a dieci secondi può richiamarlo a riprendere totalmente il controllo.
Ma alcuni specifici e decisivi dati raccolti dalle telecamere, come quelli sui segnali stradali, l’identificazione di pedoni e delle corsie di marcia sono invece stralciati dai compiti primari del Tegra K1 e deviati al processore EyeQ3 di Mobileye, nato e sviluppato proprio per lavorare su questo tipo di compiti.
Mobileye, come noto, da poco è stata rilevata da Intel, come un’altra azienda che fornisce un componente della zFAS: Altera, acquisita nel 2015, che produce un FPGA Cyclone 5. Dietro alla sigla FPGA (field-programmable gate arrays) si cela un tipo di chip relativamente recente che ha come qualità distintiva la programmabilità. Una dote di flessibilità che ha ad esempio indotto Microsoft a impiegarli in modo massiccio dove la programmabilità è un asset, come nei servizi cloud offerti tramite la sussidiaria Azure.
Nel caso della zFAS il chip FPGA viene sfruttato in particolare nella fusione degli oggetti e delle mappe: i vari strati di dati (provenienti da mappe GPS, radar, laser, telecamere) devono essere sintetizzati in un solo bersaglio da identificare senza incertezze.
Come spiegavano gli specialisti che hanno sviluppato la centralina Audi al sito della SAE, l’ultima cosa che si vuole produrre nello sviluppare sistemi di guida autonoma di livello elevato sono falsi positivi, che rapidamente possono creare sfiducia nella tecnologia da parte del guidatore. Audi già nel 2015 avrebbe accumulato 10.000 ore di guida a 60 all’ora senza più falsi positivi.
Resta un processore da identificare all’interno della centralina zFAS: Aurix, il microcontroller multi-core prodotto da Infineon. Si tratta della interfaccia decisiva rispetto all’architettura dell’automobile: accoglie quindi numerose diverse funzionalità (incluso gestire quel Traffic Jam Pilot che è la porta per accedere alla guida autonoma di Livello 3 SAE in ambiti ben delimitati) e soprattutto agisce come supervisore per quanto riguarda la sicurezza.
Quando si tratta di passare dall’interpretazione all’attuazione, cioè a comandare motore, trasmissione, sterzo, freni, la sicurezza è la prima preoccupazione e questa deve anzitutto essere assicurata da velocità (una latenza eccessiva nel passare all’azione è un rischio) e da resilienza del sistema.
Nel caso del microcontroller Infineon sono richieste performance in grado di rispondere a standard come l’ISO 26262, e l’architettura dell’Aurix prevede una ridondanza, che due identici core siano impegnati a processare lo stesso task, con “valvole di sicurezza” per bloccare eventuali discrepanze.
Le doti fuori del comune della nuova scheda Audi farebbero pensare che la centrale di controllo sia ben all’altezza del compito di gestire la guida autonoma di Livello 3 SAE. In effetti ci sono ben pochi dubbi che sia così. Purtroppo, come noto, il problema con il Livello 3 SAE possono rivelarsi gli esseri umani, non i computer.
Se la zFAS sarà una pietra miliare nella storia dell’auto a guida autonoma come sembra probabile, lo sarà non perché destinata ad agire con il Traffic Jam Pilot, che a lungo andare sarà solo uno degli innumerevoli sistemi di guida via via perfezionabile e soprattutto destinato ad essere rapidamente soppiantato dai dispositivi di Livello 4 e 5 SAE.
Ma è comunque probabile che l’ambizioso progetto della zFAS possa essere destinato a scalare in modo positivo: insomma ad “invecchiare bene”. Presto accogliendo nuovi chip Mobileye più potenti, ad esempio. Inoltre abbiamo ricordato che i chip FPGA sono programmabili, giusto? Niente di meglio per far evolvere un prodotto che è appena ai suoi esordi.
E da parte del gigante dei chip Intel, con un settore dei semiconduttori che si espanderà sempre più grazie all’automotive sarebbe ben strano che non spingesse controllate come Altera e Mobileye a cercare migliore efficienza ed integrazione. Nel 2020 Audi prevede di presentare auto con sistemi autonomi di Livello 4 SAE: non scommetteremmo che la zFAS sia già in… naftalina.
