未来，在全球自动驾驶汽车车队上运行强大计算机所需的能源可能产生与当今世界上所有数据中心一样多的温室气体排放。

汽车电脑可以在环境中运行

这是麻省理工学院研究人员的一项新研究的一个关键发现，该研究探讨了如果自动驾驶汽车被广泛采用，潜在的能源消耗和相关碳排放。

容纳用于运行应用程序的物理计算基础设施的数据中心以其巨大的碳足迹而闻名：根据国际能源署的数据，它们目前约占全球温室气体排放量的0.3%，或与阿根廷每年产生的碳量一样多。意识到对自动驾驶汽车潜在足迹的关注较少，麻省理工学院的研究人员建立了一个统计模型来研究这个问题。他们确定，10亿辆自动驾驶汽车，每辆每天行驶一小时，一台消耗840瓦的计算机，将消耗足够的能量来产生与数据中心目前相同的排放量。

研究人员还发现，在超过90%的建模场景中，为了防止自动驾驶汽车的排放超过当前的数据中心排放，每辆车必须使用不到1.2千瓦的功率进行计算，这需要更高效的硬件。在一种情况下，到2050年，全球95%的车队是自动驾驶的，计算工作量每三年翻一番，世界继续以目前的速度脱碳，他们发现硬件效率需要比每1.1年快一倍才能将排放量保持在这些水平以下。

“如果我们只是保持脱碳的正常趋势和当前的硬件效率改进速度，似乎不足以限制自动驾驶汽车计算的排放。这有可能成为一个巨大的问题。但是，如果我们走在前面，我们可以设计更高效的自动驾驶汽车，从一开始就具有更小的碳足迹，“第一作者，航空航天研究生Soumya Sudhakar说。

Sudhakar与她的共同顾问Vivienne Sze一起撰写了这篇论文，Vivienne Sze，她是电气工程与计算机科学系(EECS)的副教授，也是电子研究实验室(RLE)的成员;以及航空航天副教授兼信息与决策系统实验室(LIDS)主任Sertac Karaman。这项研究今天发表在IEEE Micro的1月至2月刊上。

排放建模

研究人员建立了一个框架来探索全球电动汽车车队上计算机的操作排放，这些电动汽车是完全自主的，这意味着它们不需要备用人类驾驶员。

该模型是全球车队中车辆数量、每辆车上每台计算机的功率、每辆车的驾驶小时数以及每台计算机供电的碳强度的函数。

“就其本身而言，这看起来像一个看似简单的等式。但这些变量中的每一个都包含很多不确定性，因为我们正在考虑一个尚未出现的新兴应用，“Sudhakar说。

例如，一些研究表明，自动驾驶汽车的驾驶时间可能会增加，因为人们可以在驾驶时同时处理多项任务，而年轻人和老年人可以驾驶更多。但其他研究表明，驾驶时间可能会减少，因为算法可以找到最佳路线，让人们更快地到达目的地。

除了考虑这些不确定性之外，研究人员还需要对尚不存在的高级计算硬件和软件进行建模。

为了实现这一目标，他们模拟了一种流行的自动驾驶汽车算法的工作负载，称为多任务深度神经网络，因为它可以同时执行许多任务。他们探索了如果这个深度神经网络同时处理来自许多高帧率相机的许多高分辨率输入，它将消耗多少能量。

当他们使用概率模型来探索不同的场景时，Sudhakar对算法的工作量加起来的速度感到惊讶。

例如，如果一辆自动驾驶汽车有 10 个深度神经网络处理来自 10 个摄像头的图像，并且该车辆每天行驶一小时，那么它每天将进行 2160 万次推理。10亿辆汽车将做出21.6千万亿次推论。从这个角度来看，Facebook在全球的所有数据中心每天都会做出几万亿次推论(1千万亿是1000万亿)。

“在看到结果后，这很有意义，但这不是很多人关注的事情。这些车辆实际上可能使用大量的计算机能力。他们对世界有360度的视角，所以当我们有两只眼睛时，他们可能有20只眼睛，到处看，试图理解同时发生的所有事情，“卡拉曼说。

他说，自动驾驶汽车将用于移动货物和人员，因此全球供应链上可能会分布大量的计算能力。他们的模型只考虑计算——它没有考虑车辆传感器消耗的能量或制造过程中产生的排放。

控制排放

为了防止排放失控，研究人员发现，每辆自动驾驶汽车需要消耗不到1.2千瓦的能量用于计算。为了实现这一目标，计算硬件必须以更快的速度提高效率，大约每1.1年效率翻一番。

提高效率的一种方法是使用更专业的硬件，这些硬件旨在运行特定的驾驶算法。Sudhakar说，由于研究人员了解自动驾驶所需的导航和感知任务，因此为这些任务设计专门的硬件可能更容易。但车辆往往有10年或20年的寿命，因此开发专用硬件的一个挑战是“面向未来”，以便它可以运行新的算法。

在未来，研究人员还可以使算法更有效率，因此它们需要更少的计算能力。然而，这也是具有挑战性的，因为牺牲一些精度来换取更高的效率可能会妨碍车辆安全。

现在他们已经展示了这个框架，研究人员希望继续探索硬件效率和算法改进。此外，他们表示，他们的模型可以通过表征自动驾驶汽车的隐含碳(制造汽车时产生的碳排放)和车辆传感器的排放来增强。

虽然仍有许多场景需要探索，但研究人员希望这项工作能够揭示人们可能没有考虑过的潜在问题。

“我们希望人们将排放和碳效率视为设计中要考虑的重要指标。自动驾驶汽车的能耗非常关键，不仅对于延长电池寿命，而且对于可持续性，“施说。

这项研究部分由国家科学基金会和麻省理工学院-埃森哲奖学金资助。