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解读特斯拉HW40:二代FSD与英伟达Orin比谁更优秀?

  据悉,特斯拉 HW 4.0 或将在特斯拉举办的投资者日上正式亮相,并开始全系量产上车。

  从硬件实物来看,全新的 HW 4.0 不仅拥有性能更强的芯片,摄像头分辨率、数量以及位置也发生了相应变化,同时 HW 4.0 还将新增一个4D 毫米波雷达。

  早在 2021 年,外界就有传闻 FSD 二代将由三星代工,也有一种说法是特斯拉与三星联合开发。

  到了 2022 年下半年,又有传闻称 FSD 二代由台积电代工完成,且言之凿凿地说是 5 纳米甚至 4 纳米,还有消息称这是第一颗车载 4 纳米芯片。

  特斯拉二代 FSD 芯片真身,根据芯片表面丝印的数字,编号H2238,可以推断出这是三星代工,并且非常有可能只是7 纳米,不是 5 纳米。

  众所周知,三星自研 CPU 架构早在 2015 年就停止了,现在三星都是采用 ARM 的公版架构,没有自主 IP,并且初代 FSD 是三星代工的,所以用「still」,其实就是二代 FSD 仍然由三星代工。

  芯片代工捆绑程度很高,如果一开始选定某家晶圆厂代工,需要双方合作建立该芯片制造工艺的 library,想要中途改换,需要重建 library,时间周期很长,最少需要 1 年时间,浪费大量研发成果。

  主要原因恐怕还是成本——7 纳米芯片,三星的代工价格不到台积电的 1/3 甚至 1/4,三星低价抢单后果就是晶圆代工部门盈利很低,2021 年大约 6%,2022 年大约 10%,而台积电是接近50%,是三星的5 倍。

  台积电的产能一向不宽松,相对于苹果、高通、英伟达和 AMD 动辄千万上亿的出货量,特斯拉的订单台积电根本看不上。

  无论闸极还是内联线宽,台积电都完胜三星。这在某种程度上预示着在功耗方面,三星比台积电逊色不少。

  特斯拉选择三星,就不大可能选择还不太成熟的 5 纳米工艺,因为三星的 5 纳米比 7 纳米提升不多,功耗也偏高。

  特斯拉总部目前在德克萨斯州奥斯汀哈罗德格林路,特斯拉最大工厂也在奥斯汀,特斯拉 Cybertruck 唯一工厂也在奥斯汀,而三星的晶圆代工厂跟特斯拉在同一个城市,也在德克萨斯州的奥斯汀。

  准确地说是在奥斯汀略微偏北的 Taylor,离特斯拉并不远,双方可以互相高效沟通。

  2021 年 11 月月,三星响应美国政府号召宣布在美国德州投资170 亿美元建立 S2-2 晶圆厂。

  此前的 S2-1 工厂最高只有11 纳米,S2-2 厂可以到7 纳米,预计 2023 年年初投产。

  台积电在美国也在建厂,不过地址在亚利桑那州的大凤凰城,且在 2024 年底才能投产。

  从搭载 CPU 的性能来看,这也反证特斯拉 HW4.0 使用的还是 2015 年的 A72。

  HW4.0 上下还各多了 24 路供电,尤其下面的 12 路供电,电感体积颇大,并联的钽电容阵列也颇为壮观(大概率是松下的高精度钽电容)。

  HW3.0 的供电只有 4 路,HW4.0 则多了 20 路。我个人推测是因为二代 FSD 的功率大幅度增加了,估计每片二代 FSD 的功率是 80-90 瓦,甚至有很大的可能是 100-120 瓦,否则没必要增加这么多路供电。

  开关电路是控制开关管开通和关断的时间和比率,维持稳定输出电压的一种供电系统,主要由电容、电感线圈、MosFET 场效应管以及 PWM 脉冲宽度调制 IC 组成。

  但多相供电的缺点是成本比较高,而且对布线设计、散热的要求也更高,因此功率越大的产品所用的供电相数越多。

  特斯拉使用了 24 相供电(估计两颗 FSD 是 18 路,6 路是显存的),尽管采用了水冷,推测两颗 FSD 的功率仍然有大约150-200瓦。

  GDDR 有专属的工作频率、时钟频率、电压,因此与市面上标准的 DDR 存储器有所差异,与普通 DDR 内存不同且不能共用。

  一般来说,GDDR 比主内存中使用的普通 DDR 存储器时钟频率更高,发热量更小,更适合搭配高端显示芯片。

  GDDR 则是电脑爱好者熟悉的高级显存,GDDR6 是英伟达 2018 年发布 20 系列显卡才慢慢的出现的。

  目前最强的消费级内存是 2020 年英伟达携手美光推出的 GDDR6X。

  不过和 AI 训练用芯片广泛使用的 HBM2 内存还是差距明显,当然了,HBM2 价格远高于 GDDR6X。

  车载领域目前都是 LPDDR,特斯拉又开创先河:第一次在车载领域用GDRR。

  不过特斯拉不在意,台式机的 GPU 都敢放在车里,更不用说功耗略高的 GDDR 了。

  对于特斯拉这种 One Shot 型的 NPU,增加算力就是增加晶体管数量,同样的 Die 大小就要提高密度。

  二代 FSD 的 Die 面积看起来差不多大小,考虑到 A72 的核心增加到了20 个,也会占用部分 Die 面积,估计算力最多提高三倍,也就是216TOPS,仍然低于 Orin。

  不过 FSD 的 SRAM 容量比较足,这是特斯拉一贯特色,二代 FSD 的实际算力和理想值会比较接近。

  单从接口看,HW4.0 至少有两个以太网接口,从连接器判断是标准的单对线车载以太网,不是早期的 EAVB 以太网。

  在两片 FSD 下面似乎有两片车载以太网物理层芯片,应该是较新的 88Q2112。

  新增以太网接口正是为了对接特斯拉自己开发的 4D 毫米波雷达,传统毫米波雷达用 CAN 或 CAN-FD 连接,4D 毫米波雷达信息量大,需要用百兆以太网。

  据推测,HW4.0 应该换成了性能较为先进的博通 BCM8956X 或 BCM8947X,也有一定的可能是来自中国台湾瑞昱,因为车机板上的以太网交换机正是瑞昱的产品。

  左图是 HW3.0 的智能驾驶接口。右图是 HW4.0,上面一层是 HW4.0 的智能驾驶的接口,座舱有两个显示屏输出接口。

  我个人推测,特斯拉 HW4.0 减少了一个前视摄像头,增加了一个后向摄像头。

  特斯拉用了两片 4 路解串行芯片,估计是美信的MAX96712,这个芯片在国内非常抢手。还有一片可能是 2 路解串行。

  电源管理似乎还是美信的 MAX20005。U-BLOX 的 GPS 被取消了,换成了更高级的三波段 GPS。

  (1)HW4.0 比 HW3.0 的面积更大,集成度更高。例如 HW4.0 的车机部分,将 CPU 与 GPU 合二为一,集成在一张 PCB 板上;

  (5)在域控模块的 PCB 板上,摄像头接口增加:由 HW 3.0 的 9 个接口增至 12 个摄像头接口。具体来说,由原来的前置三目摄像头变为了双目,布局为:2 个侧视摄像头,1 个前摄像头、1 个倒车影像摄像头、4 个侧向 ADAS 摄像头以及座舱内的 1 颗摄像头,一共 11 颗,还有 1 颗备用摄像头。前向感知摄像头从 120 万像素提升到了 500 万像素。

  (6)GPS 模块升级,使用了三频 GPS 天线 频率,以提升定位精度;

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