وتتحول المركبات المستقلة إلى وسائل نقل من خلال تمكين السيارات من الملاحة والعمل دون تدخل بشري، ومن التكنولوجيا الرئيسية وراء هذه الثورة استخدام أجهزة تجهيز الإشارات الرقمية التي يمكن تشغيلها، وتتولى هذه المجهزات المتخصصة تحليل البيانات المعقدة في الوقت الحقيقي، مما يجعل القيادة الذاتية أكثر أمانا وأكثر كفاءة، ومع أن سباقات صناعة السيارات نحو الاستقلال الكامل، فإن عملية إدماج نظم المعلومات الأساسية الصناعية ذات التطبيقات العالية الأداء أصبحت عملية.

ما هي مجهزات نظام المعلومات الإدارية المتكامل؟

والمجهزات الرقمية للعلامات هي أجهزة متخصصة تعمل بالميكروبات الدقيقة على أن تتجه بسرعة إلى إشارات العالم الحقيقي مثل الصوت والفيديو ودرجات الحرارة والضغط والرادار، وتمارس أجهزة الاستنشاق التقليدية في العمليات الرياضية مثل التموين والتصفية والجهاز التليفزيوني السريع ذي الكفاءة العالية والارتفاع في مستوى القدرة على إحداث الاحتياطات، وتضع هذه الأجهزة في الاعتبارات الخلايا الاصطناعية نماذج للتعلم.

الهيكل والمكونات الرئيسية

(ب) تدمج نظم المعلومات المسبقة عن علم عادةً نواة تقليدية من نظام الأفضليات المعمم مع مسرعات للشبكة العصبية المكرَّسة، والذاكرة على الشيكات، والوصلات البينية لمدخلات أجهزة الاستشعار، وقد تكون المعجلة العصبية وحدة متعددة المصفوفة، أو صفيفة محركية متحركة قابلة للتكرير، كما أن العديد من المجهزات الحديثة تشمل وحدات معالجة المبيدات ودعماً لضبطيات المختلط.

How they Differ from CPUs and GPUs

وتمنح وحدات التجهيز المركزي مرونة ولكنها تستهلك قدراً أكبر من القوة لكل عملية من عمليات تجهيز الإشارات، وتزيد وحدات تجهيز الرسومات في حجم العمل الموازي، ولكنها تتطلب في كثير من الأحيان نطاقاً خارجياً للذاكرة يمكن أن يفرض عقوبات على القوة والحجم، وتضع نظم المعلومات الإدارية القائمة على أساس نوع فريد: فهي توفر التجهيز المحدد والضعيف للسيارات في الوقت الذي تحقق فيه قيوداً عالية من خلال البيئة الجديدة.

دور المركبات المستقلة

وتعد مجهزات نظام المعلومات الإدارية المتكامل التي يمكن تشغيلها مركزياً لعدة مهام حاسمة في المركبات المستقلة، وهي تعمل بمثابة جسر بين بيانات الاستشعار الخام والقيادات التي يمكن أن تعمل على قيادة المركبات، وتفصل الأقسام الفرعية التالية مسؤولياتها الرئيسية.

تجهيز بيانات الاستشعار

يمكن أن تؤدي كل مركبة من مركبات الاستخلاص الذاتي إلى مجموعة من أجهزة الاستشعار: الإضافات بالنسبة لسحب النقاط الثلاث للصدمات [الأجهزة التلقيمية] في ضوء الترددات الرقمية

كشف الأجسام والاعتراف بها

باستخدام شبكات الخلق و نماذج المحولات، تحدد أجهزة الدفع المتطورة المشاة، أو الدراجات، أو المركبات الأخرى، أو علامات الطرق، أو علامات الممرات، أو العقبات، ودمج هذه الأجهزة لتصنيف الأشياء بدقة عالية حتى في ظروف صعبة، أو في ظروف غير مواتية، أو في حالة وجود تسارع جزئي، أو في حالة وجود كاميرات مؤقتة في تكساس.

صنع القرار وتخطيط المسارات

وبالإضافة إلى التصور، تساعد نظم إدارة الدعم الميداني التي يمكن أن تكون قادرة على اتخاذ القرارات، ويمكنها أن تدير نماذج للتعلم عن تعزيزات أو منطقاً قائماً على القواعد لتقييم سيناريوهات القيادة، والتنبؤ بسلوك مستخدمي الطرق الآخرين، والتخطيط لمسارات آمنة، وفي بعض البنى، تتولى إدارة الدعم الميداني توجيه حلقة المراقبة المنخفضة المستوى، والتكفير، وتسريع الأوامر التي تستند إلى النواتج من مخطط أعلى مستوى.

الاستجابة في الوقت الحقيقي ودمج الاستشعار

إن عملية استئصال الشهية هي عملية الجمع بين البيانات من أجهزة الاستشعار المتعددة من أجل خلق تمثيل موحد للبيئة، وأجهزة الاسطوانات المزودة بأجهزة الاستنساخ التي يمكن أن تستخدم في نفس الوقت الليدر والرادار والكاميرا والإشارة فوق الصوتية باستخدام قاعدة زمنية مشتركة، مثلا، يمكن لجهاز الارشاد أن ينسق سحابة لنقطة السطو مع صورة كاميرا، ثم يُدير شبكة للتحكم في النفق متعدد الوسائط إما ليكشف عن أشياء أكثر قوة.

مزايا برامجيات الدعم المُقدَّمة

وبالمقارنة مع المجهزين التقليديين وحتى مع بعض المعجلات في مجال التنفيذ، تقدم نظم إدارة الدعم الميداني التي يمكن استخدامها عدة فوائد تناسب بوجه خاص التطبيقات التي تستخدم في القيادة المستقلة.

المعالجة السريعة بالطوارئ المحددة

ويجب أن تستجيب المركبات المستقلة للأخطار في الثانية صباحاً، إذ تحقق أجهزة الاستنشاق ذات القدرة المنخفضة والقابلة للتنبؤ بها، لأنها مصممة لتنقية البيانات ويمكن أن تنفذ خطوط الأنابيب دون أن يكون لها تأثير على الرؤوس العامة، وعلى سبيل المثال، فإن خطاً نموذجياً لتجهيز السائل - من البيانات الخام إلى إبطال الكشف عن الأجسام - يمكن أن يكتمل في أقل من 10 ملي من الثانية على نظام الأفضل للضغط، مقارنة برقم 30 إلى 50 ميغاواطاً في إحداث فرق عام.

كفاءة الطاقة

استهلاك الطاقة يشكل عقبة رئيسية في المركبات الكهربائية والهجينة، وعادة ما تستهلك أجهزة دعم الطاقة العاملة من ٥ إلى ١٥ واط لعبء العمل الكامل في مجال الاستقلال الذاتي، في حين أن النظام القائم على أساس النظام العالمي قد يتطلب ١٥٠ إلى ٣٠٠ واط، وهذه الكفاءة تمتد نطاق القيادة وتخفض متطلبات الإدارة الحرارية، فعلى سبيل المثال، فإن مجهزة جهاز الأشعة S32V التابعة للشركة الوطنية تدمج وحدة تشغيلية من نظام الأفضليات المعمم.

تعزيز الاستحقاق من خلال التعلم على أساس التلميذ

وفي حين أن معظم الاختبارات يتم باستخدام نماذج التدريب السابق، فإن بعض برامج دعم التعليم العالي التي يمكن أن تكون قابلة للتعلم أو تحسينها على الحافة، مما يسمح للسيارة بالتكيف مع أنماط حركة المرور الخاصة بها في بيئة القيادة، أو علامات محددة على الطرق، أو العقبات المعتادة، كما أن تراث تجهيز الإشارات الذي تقدمه إدارة الدعم الميداني يحسن نوعية البيانات، مما يؤثر تأثيرا مباشرا على دقة النموذج.

تصميم الاتفاق والاعتماد عليه

وكثيراً ما تُجمع برامجيات دعم التنمية التي يمكن استخدامها كمخططات على مستوى المنظومة تشمل الذاكرة والتفاعلات والملامح الأمنية في شريحة واحدة، وهذا التكامل يقلل من مساحة اللوحات وإحصاء المكونات، وهو أمر حيوي بالنسبة لمركبات الإنتاج التي تكون فيها كل مليتر مكعب، وبالإضافة إلى ذلك، تُبنى نظم إدارة الدعم الميداني للموثوقية الطويلة الأجل في ظروف قاسية (تراوح درجات الحرارة بين 40 درجة مئوية و100 1 كيلو متر مكعب).

التحديات والحدود

وعلى الرغم من مزاياها، تواجه نظم إدارة الدعم الميداني التي يمكن الاعتماد عليها في إطار مبادرة " آي " عدة تحديات يجب التصدي لها من أجل اعتمادها على نطاق واسع في المركبات المستقلة.

البرمجة

وتحتاج الشبكات العصبية المثلى لبنيات نظام الأفضليات المعمم إلى معرفة متخصصة بأدوات تصوّرية ثابتة، وتسلسل للذاكرة، ودرجة التوازي على مستوى التعليم، والكثير من مهندسي برامجيات السيارات أكثر إلماماً ببرمجة نظام الأفضليات المعمم أو البارامترات، وما زالت الشركات مثل أدوات تكساس و

Scalability for Higher Autonomy Levels

ويمكن لمعظم برامجيات الدعم المعتمدة حالياً من أجل التنفيذ أن تعالج عبء العمل من المستوى 2+ (التشغيل الآلي الجزئي) والجزء 3 (التشغيل الآلي التقليدي) وبالنسبة للمستويين 4 (التشغيل العالي) والمستوى 5 (التشغيل الآلي الكامل)، والطلبات الحاسوبية من الصواريخ السقفية، أما تجهيز البيانات من 10 إلى 20 آلة تصوير، والسيارات المتعددة ذات الاستبانة العالية، وقد تتطلب أجهزة التصوير 4D مجموعة من الرؤوسيات الهندسية أو مزيجاً من التكاليف الأخرى.

التصديق على الأمن والسلامة

ولا يمكن التفاوض على كل من الأمن والسلامة الوظيفية، ويجب التصديق على نظام دعم السلامة البيئية (مستوى السلامة البيئية دال) الذي سيستخدم في نظم مراقبة السلوك أو البرمجيات المكابدة للكابح، كما أن تحقيق هذا الاعتماد يتطلب توثيقاً كبيراً، ومعدات إضافية زائدة عن الحاجة، وأجهزة مثبتة للكشف عن الأخطاء، بالإضافة إلى ذلك،

الملاعب الرئيسية والتكنولوجيات

وهناك عدة شركات في مقدمة البلدان التي تُعد مجهزات لنظام المعلومات المسبقة عن علم لأغراض الاستخدام الآلي، وتظهر منتجاتها تنوع النُهج المتبعة في هذا المجال.

  • Texas Instruments (TI):] The TDA4VM and TDA4VH SoCs combine DSPs, a deep learning accelerator, and a dual-core ARM Cortex-A72, they are used in advanced driver-assistance systems (ADAS) from tier-one suppliers.
  • NXP Semiconductors:] The S32V family integrates a quad-core DSP (based on the VisioN core) with an image recognition processor and a radio accelerator. It targets front-camera and radio fusion applications.
  • Qualcomm:] The Snapdragon Ride platform includes an AI motor with vector DSPs (Qualcomm Hexagon) running optimized neural networks. It supports scalable solutions from Level 1 to Level 4.
  • Renesas:] The R-Car V3U and V4H SoCs feature an efficient DSP core combined with CNN equipment accelerator, with a focus on low-power surround-view systems.
  • Cadence:] Offers customizable Tensilica Vision DSPs that can be tailored with neural processing extensions. They are often licensed by automotiveرق companies for integration into proprietary SoCs.

وتبرز هذه البرامج اتجاه الصناعة المتمثل في إدماج أنشطة مكافحة الإرهاب مباشرة في خط أنابيب نظام إدارة الدعم الميداني بدلاً من معاملتها كمجهزين منفصلين، ولنظرة أعمق في كيفية مقارنة هذه المجهزات، يقدم تحليل شامل من جانب شبكة المعلومات الاقتصادية والاجتماعية (EDN() معايير بشأن كفاءة استخدام الطاقة والنباتات.

الآفاق المستقبلية

ومن المتوقع أن يتسارع إدماج مجهزي نظام المعلومات المسبقة عن علم في المركبات المستقلة، حيث أن الخوارزميات الأنثوية أصبحت أكثر كفاءة، وما زالت المعدات تتقلص، ستشكل عدة اتجاهات الجيل القادم من من منابر المراقبة الآلية.

السلف في البحث في الهندسة المعمارية

ويستخدم الباحثون جهاز ناسا لتصميم شبكات عصبية تُستخدم على وجه التحديد لتحقيق التوازن بين أجهزة نظام الأفضليات المعمم، والوصول إلى الذاكرة، والدقة، ويمكن لهذه الشبكات أن تحقق قدراً أكبر من الدقة مع انخفاض الحوسبة، مما يتيح أداء الوقت الحقيقي على النواة الأصغر لنظام الأفضليات المعمم، وهذا يعني أن نظم الإدارة المستدامة التي يمكن الحصول عليها مستقبلاً لن تكون ذات قوة لإنجاز المهام ذاتها، مما يقلل من استهلاك التكاليف والطاقة.

التكامل مع إدج وكلود

وسيعمل نظام إدارة الدعم الميداني الذي يمكن تشغيله بصورة متزايدة جنبا إلى جنب مع التدريب القائم على الغيوم والتحديثات فوق الهواء، وفي حين أن نظام إدارة الدعم الميداني يعالج الاستدلال في الوقت الحقيقي، يمكن للسيارة أن ترفع قضايا الحواف (مثل أنماط المرور غير العادية) إلى خادم غيوم لإعادة التدريب، ويمكن عندئذ الضغط على النموذج المستكمل وتحميله إلى نظام إدارة الدعم الميداني، وتتيح هذه العلاقة التكافلية التحسين المستمر دون استبدال الأجهزة.

نحو المستوى 5

ومن أجل الاستقلال الكامل في جميع الأحوال، يتعين على المركبات تجهيز طلبات الحصول على بيانات أكبر حجماً، كما أن التكنولوجيات الناشئة مثل الذاكرة المكبلة بثلاثة دونات، وصور السليكون للوصلات البينية المستشعرة، والتغليف المتقدم (مثلاً، البنايات المجزأة) يمكن أن تُضخم، وعلى سبيل المثال، يمكن الجمع بين رقائق نظام الأفضليات المعمم عن طريق جهاز معالجة مركب متعدد الأشكال.

توحيد المعايير والنظم الإيكولوجية المفتوحة

ولخفض الحواجز أمام الدخول، تعمل هيئات التوحيد مثل نظام التشغيل الآلي ونظام التشغيل الآلي للسيارات (ROS 2) على إيجاد خلاصات تتيح للشبكة العصبية أن تجري بشكل شفاف على نظام إدارة الدعم الميداني. وتقوم الشركات مثل Arm بوضع برامجيات مفتوحة أوسع نطاقاً لتشجيع عمليات اعتماد النظام الإيكولوجي.

خاتمة

إن أجهزة الإرسال الرقمية التي يمكن الحصول عليها من قبل شركة AI هي أحد العوامل الحاسمة التي تمكن من تكنولوجيا المركبات المستقلة، إذ أن الجمع بين التحديد الفعلي لأجهزة الدفع الرقمية التقليدية وبين القدرة على التعرف على النمط في الاستخبارات الاصطناعية، سيوفران السرعة والكفاءة والدقة اللازمة للتحرك الذاتي الآمن، وفي حين أن التحديات لا تزال قائمة في تعقيد البرامجيات، وقابلية التصعيد، والتصديق، والتقدم السريع في تصميم البرمجيات، والتفاؤل بالشبكة الجديدة، ونقاط دعم النظام الإيكولوجي

For further reading on the technical evolution of automotive processors, refer to the IEE survey on DSP structures for autonomous driving] and the Embedded.com guide on real-time AI systems.