2021年(nian)對特斯拉(la)來說，注(zhu)定是不(bu)(bu)平凡(fan)的(de)(de)一年(nian)。雖然經歷(li)了(le)(le)4月份的(de)(de)“車(che)頂維權(quan)”事件，但這(zhe)絲毫不(bu)(bu)影響(xiang)其市值的(de)(de)飆(biao)升。10月份，在(zai)赫茲環球(Hertz Global) 宣布(bu)將購買10萬(wan)輛特斯拉(la)電動汽車(che)之后（該消息后來遭到否認），特斯拉(la)的(de)(de)市值首次突破1萬(wan)億美(mei)元(yuan)，超過了(le)(le)通用(yong)、福特、豐田、大(da)眾(zhong)、寶(bao)馬等11家汽車(che)制造商的(de)(de)總和(he)。
不僅如此(ci)，在全(quan)年(nian)(nian)銷(xiao)量(liang)方面(mian)，作(zuo)為(wei)(wei)“話題王”的特斯拉也沒有讓“吃(chi)瓜群眾(zhong)”失望，不僅以全(quan)年(nian)(nian)銷(xiao)量(liang)增(zeng)長完美收官，更是創造了交付(fu)了93.6萬(wan)輛汽車，銷(xiao)量(liang)大幅增(zeng)長87%的新紀錄(lu)。僅第(di)四(si)(si)季度，特斯拉就交付(fu)了超(chao)過30.8萬(wan)輛汽車，比去年(nian)(nian)同(tong)期增(zeng)長了71%，用(yong)實力碾壓了此(ci)前華爾街分析師(shi)所作(zuo)出(chu)的四(si)(si)季度交付(fu)量(liang)約(yue)為(wei)(wei)26.6萬(wan)輛，全(quan)年(nian)(nian)約(yue)為(wei)(wei)85.5萬(wan)輛的預測(ce)。
同樣是(shi)純電動汽車，為何特斯拉如此優(you)秀？
最強自動駕駛芯片
首先要說(shuo)的(de)(de)當然就(jiu)是(shi)特斯拉(la)FSD系統中最(zui)重要的(de)(de)FSD芯片，可以(yi)說(shuo)，芯片研發是(shi)特斯拉(la)實(shi)現自動駕(jia)駛的(de)(de)關鍵。特斯拉(la)獨有的(de)(de)自動駕(jia)駛技術(shu)路線使得(de)市面上的(de)(de)芯片很難滿足他的(de)(de)需求。
早(zao)前在2014年的(de)(de)時(shi)候，特(te)斯(si)拉(la)還(huan)是使(shi)用的(de)(de)Mobileye 新一(yi)代(dai)輔(fu)助駕(jia)駛(shi)芯(xin)片(pian)(pian)EyeQ3，但(dan)自(zi)(zi)(zi)從2016年特(te)斯(si)拉(la)Model S撞卡車(che)(che)事件發生后(hou)，特(te)斯(si)拉(la)與Mobileye分道揚鑣，并轉(zhuan)向了(le)英(ying)偉達Drive PX 2的(de)(de)懷抱。但(dan)即便是號稱(cheng)超級(ji)車(che)(che)載電腦的(de)(de)Drive PX 2也(ye)沒能成為馬斯(si)克(ke)眼中(zhong)的(de)(de)“完美自(zi)(zi)(zi)駕(jia)芯(xin)片(pian)(pian)”，依然(ran)存(cun)在著高成本、高功耗，算力還(huan)無(wu)法(fa)完全滿足需(xu)求這(zhe)三個問(wen)題(ti)。想(xiang)要實現馬斯(si)克(ke)理想(xiang)中(zhong)的(de)(de)FSD，自(zi)(zi)(zi)研芯(xin)片(pian)(pian)可以說(shuo)是必然(ran)趨勢，因此特(te)斯(si)拉(la)也(ye)成為了(le)第(di)一(yi)個專門為自(zi)(zi)(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)開發芯(xin)片(pian)(pian)的(de)(de)OEM。
FSD芯(xin)(xin)片全稱為full self-driving芯(xin)(xin)片，該(gai)芯(xin)(xin)片的設計和(he)規(gui)劃始(shi)于2016年，也(ye)就是說當還在與英偉達處于“甜蜜期”的時候(hou)，特(te)斯拉就已(yi)經開(kai)始(shi)悄悄自研芯(xin)(xin)片了。
FSD芯(xin)片(pian)項目由半導體(ti)業界傳(chuan)奇(qi)人物、有著硅仙人之稱的(de)吉姆 · 凱勒以(yi)及Pete Bannon還有其他架構師牽頭，并于(yu)2019年(nian)4月(yue)正式發布。Pete Bannon在發布會(hui)上(shang)透露(lu)了芯(xin)片(pian)研發的(de)過程，我們也由此知道，FSD芯(xin)片(pian)開發過程經(jing)過18個月(yue)，于(yu)2017年(nian)8月(yue)第一版流片(pian)，2017年(nian)12月(yue)芯(xin)片(pian)返回，點亮，最終在2019年(nian)3月(yue)和4月(yue)分別在Model S & X以(yi)及Model 3上(shang)批量交(jiao)付。
作為(wei)一(yi)(yi)款專為(wei)特(te)斯拉(la)服務(wu)的(de)(de)自(zi)動駕駛產(chan)品，FSD芯(xin)片的(de)(de)需求主(zhu)要有以下(xia)幾點，依次是功耗，算(suan)力(li)，Barch size（latency），安全性(xing)。在安全性(xing)方面，FSD芯(xin)片做了大量的(de)(de)冗余設計，同(tong)一(yi)(yi)塊(kuai)板卡(ka)上的(de)(de)兩顆芯(xin)片的(de)(de)供(gong)電和數據通(tong)道(dao)都(dou)是獨立(li)且互為(wei)備(bei)份的(de)(de)，因此板卡(ka)上的(de)(de)任何部分出現(xian)故障都(dou)不會影響基本的(de)(de)汽車(che)行駛。
圖片來源：特斯拉
從架構上來看，FSD芯片(pian)不但有(you)傳統(tong)的(de)(de)CPU和(he)(he)GPU部(bu)分(fen)，還加(jia)入了特(te)別定制(zhi)的(de)(de)NNP（Neural Network Processor）、ISP等部(bu)分(fen)，共(gong)同組(zu)成了一(yi)(yi)個(ge)龐(pang)大的(de)(de)SoC芯片(pian)。其中(zhong)CPU采用的(de)(de)是Cortex-A72架構，三組(zu)、每(mei)組(zu)4個(ge)核(he)(he)心，一(yi)(yi)共(gong)有(you)12個(ge)核(he)(he)心，最(zui)高(gao)(gao)運行(xing)頻率為2.2GHz，這部(bu)分(fen)處理(li)器(qi)核(he)(he)心用于(yu)通用的(de)(de)計算和(he)(he)任務(wu)。GPU方面，特(te)斯(si)拉設計了一(yi)(yi)個(ge)支持FP32和(he)(he)FP64的(de)(de)GPU模(mo)塊，主頻最(zui)高(gao)(gao)1GHz，最(zui)高(gao)(gao)計算能力約(yue)為600GFLPS。
特斯拉FSD芯片內部架構簡圖
而NNP是整個(ge)芯(xin)片(pian)自研中(zhong)最重要(yao)的(de)部分(fen)。每(mei)顆芯(xin)片(pian)有兩個(ge)NNP，每(mei)個(ge)NNP有一個(ge)96x96個(ge)MAC的(de)矩陣，32MB SRAM，工作在2GHz。所以一個(ge)NNP的(de)處理(li)能力是96x96x2(OPs)x2(GHz) = 36.864TOPS，單(dan)芯(xin)片(pian)72TOPS，板卡144TOPS。
FSD芯片剛(gang)推出來時采用的是三星14nm工藝(yi)，面積為260平方毫米，封(feng)裝了大約60億個晶(jing)體管。不過此前有(you)媒體報道，三星電(dian)子已經開始(shi)為特斯拉高級輔助駕駛系(xi)統 FSD 生產芯片，主要是HW 4.0芯片的代工合同(tong)，采用7nm制(zhi)程工藝(yi)。
FSD芯(xin)(xin)片生命力到底有多長久(jiu)呢？從2019年(nian)推出(chu)至今，比HW3.0版Model 3更晚(wan)的(de)(de)車(che)型都已切換計(ji)(ji)算芯(xin)(xin)片，FSD芯(xin)(xin)片卻仍將承載特斯拉(la)(la)新的(de)(de)視(shi)覺神經(jing)網絡、更復雜場景下龐大的(de)(de)計(ji)(ji)算量(liang)。甚(shen)至特斯拉(la)(la)2021年(nian)新推出(chu)的(de)(de)機器人Tesla Bot，他的(de)(de)“大腦”也依舊(jiu)是這款2019年(nian)發布的(de)(de)FSD芯(xin)(xin)片。
雖然(ran)FSD芯片(pian)可能不(bu)是最領先的自動駕(jia)駛芯片(pian)，但(dan)卻無疑是最適合(he)特斯(si)拉的芯片(pian)。在這(zhe)里，筆者(zhe)不(bu)經感嘆(tan)下，“吉姆 · 凱(kai)勒出手，必是精品(pin)”。
通往純視覺的超算
目前全球自動駕(jia)駛(shi)領域分為兩種(zhong)流派：視(shi)(shi)覺主導路線和激光(guang)雷(lei)達主導路線。毫無疑問，堅持“純(chun)視(shi)(shi)覺感知才是(shi)通(tong)往真(zhen)實世界 AI 的(de)道路”的(de)特斯拉就是(shi)不(bu)二的(de)視(shi)(shi)覺黨派，以攝像(xiang)頭為主導，配(pei)合深(shen)度學習，多(duo)傳感器(qi)冗余，實現360°全天候(hou)監(jian)測。
此(ci)前的特斯(si)拉(la)還是走視(shi)覺主導(dao)雷(lei)達配合的路(lu)線(xian)，但隨著自(zi)動駕駛(shi)技術的快速更迭，特斯(si)拉(la)開始(shi)向純視(shi)覺路(lu)線(xian)邁進。2021年7月，特斯(si)拉(la)FSD Beta V9.0版本(ben)在北(bei)美地區進行發布，而這版本(ben)最大的特點就是不依賴于雷(lei)達傳(chuan)感器，使用了攝像頭和AI智能算法的純視(shi)覺自(zi)動輔助(zhu)駕駛(shi)技術路(lu)線(xian)。
誠然，僅用攝像(xiang)頭(tou)(tou)的(de)純視(shi)覺路線確實有(you)著不小的(de)優點。例如，攝像(xiang)頭(tou)(tou)成(cheng)本(ben)比激光雷達低(di)得多，這(zhe)無疑降低(di)了自動駕(jia)駛汽(qi)車(che)(che)(che)的(de)成(cheng)本(ben)，與(yu)特斯拉想要成(cheng)為(wei)“跑(pao)遍大馬(ma)路的(de)平(ping)民(min)汽(qi)車(che)(che)(che)”的(de)目標不謀而(er)合。不僅如此(ci)，攝像(xiang)頭(tou)(tou)適應性更好(hao)，不會被霧、雪、雨等天氣干擾。而(er)從形態(tai)上(shang)看，攝像(xiang)頭(tou)(tou)還可以(yi)輕松融入汽(qi)車(che)(che)(che)的(de)設(she)計中并隱藏結(jie)構中，從而(er)不影(ying)響(xiang)汽(qi)車(che)(che)(che)外形。
但攝像頭也有著它致命的弱點，那就是僅能(neng)將原始圖像數(shu)據反饋給系統(tong)，沒辦法直接提供物體精確(que)距離和位置，所以時常會出現在無人環境中(zhong)感應出行(xing)人這種烏龍事(shi)件。因(yin)此，想要走純視覺(jue)路線，特(te)斯拉(la)必須要有強大的計算機(ji)視覺(jue)能(neng)力，可以針對圖像進(jin)行(xing)準確(que)處(chu)理，Dojo 超(chao)級計算機(ji)也就此誕(dan)生。
Dojo來源于日語，意思是(shi)“道場”，也(ye)就是(shi)訓(xun)練場的意思。作(zuo)為特(te)斯(si)(si)拉實現FSD之路(lu)上(shang)(shang)必不(bu)(bu)可少(shao)的一環，Dojo專攻自動駕(jia)駛(shi)領域，從全(quan)球超100萬輛(liang)的特(te)斯(si)(si)拉車輛(liang)上(shang)(shang)的攝(she)像頭收集車輛(liang)的行駛(shi)數(shu)據，通過深度(du)學習(xi)和(he)分(fen)析海量的特(te)斯(si)(si)拉車隊數(shu)據不(bu)(bu)斷成長。而在此訓(xun)練過程中(zhong)，Dojo可以自動模擬開車、自動尋找問題最(zui)優解，從而完(wan)成自我(wo)進化，最(zui)終實現以純(chun)視覺(jue)為基礎的完(wan)全(quan)自動駕(jia)駛(shi)。
據了解(jie)，Dojo 基于特(te)斯拉自定(ding)義計(ji)算芯(xin)片(pian) D1 芯(xin)片(pian)打(da)造，訓練節(jie)點（超(chao)級(ji)計(ji)算機(ji)(ji)中使用的最(zui)小規模實體）是(shi)一(yi)個 64 位 CPU，針對(dui)機(ji)(ji)器學(xue)習工作負載進行(xing)了全面優(you)化。盡管這是(shi) Dojo 中使用的最(zui)小計(ji)算元素，但它能(neng)夠進行(xing)超(chao)過 1 teraflop 的計(ji)算。
訓(xun)練(lian)節點的框圖(tu)
不同于FSD芯片，D1 芯片采用臺積電7nm制造工藝，核心面積達645mm2，熱(re)設計(ji)功耗僅為400W，集成了四個64位超標量CPU核(he)心，擁有多(duo)達354個訓練(lian)節點，特(te)別用于8×8乘法，支持FP32、BFP64、CFP8、INT16、INT8等各種數(shu)據(ju)指令格式，具有 362 teraflops 的(de)處理(li)能力。此外，高 IO 帶寬也是D1芯(xin)片(pian)最重要的(de)特(te)性之一，據(ju)特(te)斯拉稱，D1的(de)IO帶寬大(da)約是最先進(jin)的(de)網絡交換芯(xin)片(pian)的(de)兩倍。
從目前的消息來看(kan)，Dojo可(ke)能會在 2022 年投入(ru)使(shi)用(yong)，在Dojo加持下特斯拉今年能否再創奇跡(ji)？
超(chao)越布加迪的功(gong)臣：碳化硅
作為汽(qi)車界的“帶貨王”，同時也(ye)是率(lv)先實現(xian)碳化(hua)(hua)硅上車的車企，特(te)斯拉(la)不僅將全球汽(qi)車行業帶向(xiang)智能電動化(hua)(hua)，也(ye)讓(rang)碳化(hua)(hua)硅成(cheng)為了全球的關注焦點(dian)，助(zhu)燃第三代半導(dao)體發(fa)展(zhan)熱度。
對(dui)于電(dian)(dian)動汽車，電(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)子設備至(zhi)關重要，逆變器作為動力(li)總(zong)成系統(tong)的(de)關鍵(jian)部(bu)件，能夠將(jiang)存(cun)儲在(zai)電(dian)(dian)池(chi)中的(de)直流電(dian)(dian)能轉換電(dian)(dian)機需要的(de)三相交流電(dian)(dian)，還能在(zai)制動過程中將(jiang)電(dian)(dian)動機回收的(de)交流電(dian)(dian)轉換為直流電(dian)(dian)提供給電(dian)(dian)池(chi)使用。
據上海汽(qi)車報報道，碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)用在(zai)(zai)車用逆變(bian)器(qi)上，在(zai)(zai)相同(tong)功(gong)率等級下(xia)，全(quan)碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)模塊的(de)封裝尺寸顯著(zhu)小(xiao)于硅(gui)(gui)模塊，同(tong)時(shi)也可以使開關損耗降低75％。在(zai)(zai)相同(tong)的(de)封裝下(xia)，全(quan)碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)模塊具(ju)備更高(gao)(gao)的(de)電流輸(shu)出能力，支(zhi)持逆變(bian)器(qi)達到更高(gao)(gao)功(gong)率。對(dui)于車載充電器(qi)和(he)快速充電樁，碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)半導體與(yu)傳統硅(gui)(gui)器(qi)件相比，在(zai)(zai)充電過程中減(jian)少了能量損失，也減(jian)少了所需(xu)電容和(he)電感的(de)數量。
從當前(qian)搜(sou)尋的(de)資(zi)料來(lai)看，不(bu)少媒體都認為，特(te)斯(si)(si)拉(la)能(neng)(neng)取得(de)如今的(de)成就，碳化硅功不(bu)可(ke)沒。事實(shi)也(ye)確是如此。IDTechEx數據顯示，采(cai)用SiC后(hou)，特(te)斯(si)(si)拉(la)Model 3的(de)逆變器和永磁電機組合(he)的(de)效率高達97%，可(ke)能(neng)(neng)是全球最高效率之一（甚(shen)至可(ke)以(yi)(yi)去掉(diao)“之一”），續航能(neng)(neng)力比(bi)之前(qian)的(de)方案提(ti)升了6%左(zuo)右。此外，碳化硅可(ke)還以(yi)(yi)加快充(chong)電速度，充(chong)電時間也(ye)可(ke)以(yi)(yi)降低50%。據介紹，Model S Plaid滿電續航640公里，充(chong)電15分鐘可(ke)以(yi)(yi)跑301公里。
種種優勢之(zhi)下，碳(tan)化硅也自然而然成為了(le)特斯拉的寵兒。自2018年在 Model 3中(zhong)采(cai)(cai)用了(le) SIC MOSFET逆變器之(zhi)后(hou)，2020年推(tui)出的Model Y的動力模塊后(hou)輪驅動也采(cai)(cai)用了(le)SiC MOSFET。而2021年推(tui)出的Model S Plaid速度(du)更是超越了(le)布加迪(di)，僅2.1秒就可以(yi)完成零到百公(gong)里(li)加速，最高(gao)時速可達322km/h，據業內人士分析，碳(tan)化硅則是特斯拉車速超越布加迪(di)的關鍵因(yin)素(su)之(zhi)一(yi)。
如(ru)同其他新型器(qi)(qi)件一樣，碳化硅(gui)逆(ni)變(bian)器(qi)(qi)也(ye)面臨著高(gao)昂的成(cheng)(cheng)本問題，但在特斯拉看來(lai)，這或許不會再(zai)成(cheng)(cheng)為(wei)困擾所在。IDTechEx根(gen)據2018年Model 3逆(ni)變(bian)器(qi)(qi)和2020年Model Y第二(er)代逆(ni)變(bian)器(qi)(qi)的成(cheng)(cheng)本估算，在過去(qu)短短三(san)年內(nei)，特拉斯的SiC逆(ni)變(bian)器(qi)(qi)成(cheng)(cheng)本大幅下降(jiang)，其成(cheng)(cheng)本幾乎(hu)與2019款日產聆風和捷豹I-PACE 的硅(gui)基(ji)IGBT模塊(kuai)相當。
性能和成本并駕齊驅，碳(tan)化硅逆變(bian)器無疑也(ye)是(shi)特斯拉成功的(de)幕后功臣之一。
寫在最后
就像喬布斯定義了什(shen)么是(shi)(shi)“智(zhi)能手(shou)機”，馬(ma)斯克將“智(zhi)能汽車(che)”的理想照進現實(shi)，向我們展示了什(shen)么才是(shi)(shi)“自動駕駛汽車(che)”。無論是(shi)(shi)自研FSD芯片還是(shi)(shi)走純視覺路(lu)線，又或者(zhe)是(shi)(shi)碳化(hua)硅上車(che)，特斯拉都是(shi)(shi)第(di)(di)一個吃(chi)螃(pang)蟹的人。魯迅先(xian)生曾經(jing)說過：“第(di)(di)一個吃(chi)螃(pang)蟹的人是(shi)(shi)令人佩服的，不是(shi)(shi)勇士誰敢去吃(chi)它呢？”
雖然特(te)斯(si)拉充滿了爭(zheng)議和矛盾(dun)，但我們(men)不能否認正是(shi)他(ta)的(de)技術(shu)創(chuang)新重新定(ding)義了汽車行業，而這也是(shi)特(te)斯(si)拉成功(gong)背后的(de)真正秘訣，技術(shu)創(chuang)新才是(shi)品牌崛起之魂。
本來文章到這里應該就結束了(le)，但(dan)是筆者提(ti)到了(le)技(ji)術創新欸！說到技(ji)術創新怎(zen)么能少得中(zhong)國(guo)芯。
最后引用牲產隊《特斯拉沒有核心技術，為什么還是全球第一？》中的一段話，“特斯拉表面上看起來是一個美國品牌，可它有50%的供應商都在中國。買特斯拉，還是不買特斯拉，其實并不重要。重要的是，國產品牌能否在市場化的常規競爭中，制造出物美價廉的優質智能電動車，讓中國老百姓都能享受到電動汽車技術革命帶來的品質生活。如果所有人都抵制外國品牌，是沒有意義的。它只會讓國產品牌墮落，沒有充分的競爭，就沒有高度發達的商業。歷史的經驗一再告訴我們，國產品牌崛起，都離不開本土產業技術的創新。脫離技術創新空談愛國營銷，那是誤國誤民！”
