2021年對特斯拉(la)來說，注定是不(bu)平凡的(de)一年。雖然(ran)經歷了4月(yue)份(fen)的(de)“車(che)(che)頂維權”事件，但這(zhe)絲毫(hao)不(bu)影響其市值的(de)飆升。10月(yue)份(fen)，在赫茲環球(Hertz Global) 宣布將(jiang)購買10萬輛特斯拉(la)電動(dong)汽(qi)車(che)(che)之后(hou)（該消息后(hou)來遭到否認(ren)），特斯拉(la)的(de)市值首次突破1萬億(yi)美(mei)元，超過了通用(yong)、福特、豐田(tian)、大眾、寶馬等11家(jia)汽(qi)車(che)(che)制造商(shang)的(de)總和。
不(bu)僅如此，在全(quan)年(nian)銷量方(fang)面(mian)，作(zuo)為“話題王”的(de)特斯拉也沒有讓“吃瓜群(qun)眾(zhong)”失望(wang)，不(bu)僅以全(quan)年(nian)銷量增長(chang)(chang)完美收官，更是創造了交付(fu)了93.6萬(wan)輛汽車(che)，銷量大幅增長(chang)(chang)87%的(de)新紀錄(lu)。僅第(di)四季(ji)(ji)度(du)(du)，特斯拉就交付(fu)了超過30.8萬(wan)輛汽車(che)，比去(qu)年(nian)同(tong)期增長(chang)(chang)了71%，用實力碾壓(ya)了此前華(hua)爾街分析師所作(zuo)出(chu)的(de)四季(ji)(ji)度(du)(du)交付(fu)量約為26.6萬(wan)輛，全(quan)年(nian)約為85.5萬(wan)輛的(de)預測。
同樣(yang)是純電動汽車，為何特斯拉如此優(you)秀(xiu)？
最強自動駕駛芯片
首(shou)先要說(shuo)(shuo)的(de)當然就(jiu)是(shi)特斯(si)拉(la)FSD系(xi)統中(zhong)最重要的(de)FSD芯(xin)片，可(ke)以說(shuo)(shuo)，芯(xin)片研發是(shi)特斯(si)拉(la)實現自動駕駛(shi)的(de)關鍵。特斯(si)拉(la)獨(du)有的(de)自動駕駛(shi)技術路線使得市面上的(de)芯(xin)片很難滿足他的(de)需求。
早(zao)前在(zai)(zai)2014年(nian)的(de)時候(hou)，特(te)斯(si)(si)拉還(huan)是使用的(de)Mobileye 新一(yi)(yi)代輔助駕(jia)駛芯片(pian)EyeQ3，但自(zi)從2016年(nian)特(te)斯(si)(si)拉Model S撞卡(ka)車(che)事件發生(sheng)后，特(te)斯(si)(si)拉與Mobileye分道(dao)揚(yang)鑣(biao)，并轉向了英偉達Drive PX 2的(de)懷抱(bao)。但即便是號稱(cheng)超級車(che)載電(dian)腦的(de)Drive PX 2也沒(mei)能成(cheng)為(wei)馬斯(si)(si)克(ke)眼中的(de)“完美自(zi)駕(jia)芯片(pian)”，依然存(cun)在(zai)(zai)著高成(cheng)本、高功耗，算力(li)還(huan)無法完全滿足需求這(zhe)三個問題。想要實(shi)現馬斯(si)(si)克(ke)理(li)想中的(de)FSD，自(zi)研(yan)芯片(pian)可以(yi)說(shuo)是必然趨勢，因(yin)此特(te)斯(si)(si)拉也成(cheng)為(wei)了第一(yi)(yi)個專門為(wei)自(zi)動駕(jia)駛開發芯片(pian)的(de)OEM。
FSD芯(xin)(xin)(xin)片全稱(cheng)為(wei)full self-driving芯(xin)(xin)(xin)片，該芯(xin)(xin)(xin)片的設(she)計(ji)和規劃始于2016年，也就(jiu)是說(shuo)當還在與英偉(wei)達處于“甜蜜期”的時候，特斯拉(la)就(jiu)已(yi)經開始悄(qiao)悄(qiao)自(zi)研芯(xin)(xin)(xin)片了。
FSD芯(xin)(xin)片項目由(you)半導(dao)體業界傳奇人(ren)(ren)物、有(you)著硅仙(xian)人(ren)(ren)之(zhi)稱的吉姆(mu) · 凱勒以及Pete Bannon還有(you)其他(ta)架構師牽頭，并(bing)于2019年(nian)4月(yue)正(zheng)式發(fa)(fa)布。Pete Bannon在(zai)發(fa)(fa)布會上(shang)透露了芯(xin)(xin)片研發(fa)(fa)的過(guo)(guo)程，我們(men)也由(you)此知(zhi)道，FSD芯(xin)(xin)片開(kai)發(fa)(fa)過(guo)(guo)程經過(guo)(guo)18個(ge)月(yue)，于2017年(nian)8月(yue)第(di)一版流片，2017年(nian)12月(yue)芯(xin)(xin)片返(fan)回(hui)，點亮，最終(zhong)在(zai)2019年(nian)3月(yue)和4月(yue)分別在(zai)Model S & X以及Model 3上(shang)批量(liang)交付。
作為(wei)一(yi)款專為(wei)特斯拉(la)服務的(de)(de)自動駕駛產品，FSD芯片(pian)的(de)(de)需求(qiu)主(zhu)要有以下幾點，依次是功耗(hao)，算力，Barch size（latency），安(an)全性。在安(an)全性方面，FSD芯片(pian)做了大量的(de)(de)冗余設計，同一(yi)塊板(ban)卡上的(de)(de)兩(liang)顆(ke)芯片(pian)的(de)(de)供電和數據通道都(dou)是獨立且互為(wei)備份的(de)(de)，因此(ci)板(ban)卡上的(de)(de)任何部分(fen)出現(xian)故(gu)障都(dou)不會影響基本的(de)(de)汽車行駛。
圖片來源：特斯拉
從架構上來看，FSD芯(xin)片不(bu)但有(you)傳統的(de)(de)(de)CPU和GPU部(bu)分(fen)，還加入了特(te)別定制(zhi)的(de)(de)(de)NNP（Neural Network Processor）、ISP等部(bu)分(fen)，共同組成了一(yi)個(ge)(ge)(ge)龐(pang)大(da)的(de)(de)(de)SoC芯(xin)片。其(qi)中(zhong)CPU采(cai)用的(de)(de)(de)是(shi)Cortex-A72架構，三(san)組、每組4個(ge)(ge)(ge)核(he)(he)心(xin)(xin)，一(yi)共有(you)12個(ge)(ge)(ge)核(he)(he)心(xin)(xin)，最高運行頻(pin)(pin)率(lv)為2.2GHz，這(zhe)部(bu)分(fen)處理器核(he)(he)心(xin)(xin)用于通(tong)用的(de)(de)(de)計算(suan)和任務。GPU方面，特(te)斯拉設計了一(yi)個(ge)(ge)(ge)支持(chi)FP32和FP64的(de)(de)(de)GPU模塊，主頻(pin)(pin)最高1GHz，最高計算(suan)能力(li)約為600GFLPS。
特斯拉FSD芯片內部架構簡圖
而NNP是(shi)整(zheng)個(ge)芯(xin)片(pian)自(zi)研中最重要(yao)的部分。每顆芯(xin)片(pian)有(you)(you)兩個(ge)NNP，每個(ge)NNP有(you)(you)一個(ge)96x96個(ge)MAC的矩陣(zhen)，32MB SRAM，工作在2GHz。所以一個(ge)NNP的處理能力是(shi)96x96x2(OPs)x2(GHz) = 36.864TOPS，單芯(xin)片(pian)72TOPS，板卡144TOPS。
FSD芯(xin)片(pian)剛推(tui)出來時采用(yong)的是(shi)三星14nm工藝(yi)，面積(ji)為260平方毫(hao)米，封(feng)裝了大約60億個晶(jing)體(ti)管。不過此前有媒體(ti)報道，三星電子(zi)已經開始為特斯拉高級輔助駕駛系統 FSD 生產(chan)芯(xin)片(pian)，主要是(shi)HW 4.0芯(xin)片(pian)的代工合同，采用(yong)7nm制程(cheng)工藝(yi)。
FSD芯片生命力到(dao)底(di)有多長久呢？從2019年推出至(zhi)(zhi)今(jin)，比HW3.0版Model 3更晚(wan)的(de)車型都已(yi)切換計算芯片，FSD芯片卻仍(reng)將承載特斯拉新(xin)的(de)視(shi)覺(jue)神(shen)經網絡(luo)、更復雜(za)場景下龐大的(de)計算量。甚至(zhi)(zhi)特斯拉2021年新(xin)推出的(de)機器人Tesla Bot，他的(de)“大腦”也依舊是這款2019年發布的(de)FSD芯片。
雖然FSD芯(xin)片(pian)可(ke)能(neng)不是(shi)最領(ling)先(xian)的自動駕(jia)駛芯(xin)片(pian)，但卻無疑是(shi)最適合(he)特(te)斯拉(la)的芯(xin)片(pian)。在這里，筆者不經(jing)感(gan)嘆(tan)下，“吉(ji)姆 · 凱勒出手，必是(shi)精品”。
通往純視(shi)覺(jue)的超(chao)算
目前全球自動駕駛(shi)領域(yu)分(fen)為兩種(zhong)流派：視(shi)覺(jue)主(zhu)(zhu)導路線(xian)和激光雷達主(zhu)(zhu)導路線(xian)。毫無疑(yi)問，堅持(chi)“純視(shi)覺(jue)感知才是通往真實世(shi)界(jie) AI 的(de)道路”的(de)特斯拉就是不二的(de)視(shi)覺(jue)黨派，以攝像頭為主(zhu)(zhu)導，配合深度學習(xi)，多傳感器冗余，實現360°全天(tian)候監測。
此前的(de)特(te)斯(si)拉還是走(zou)視覺主導雷(lei)達配合的(de)路線(xian)，但隨著自動駕(jia)駛技(ji)術的(de)快(kuai)速更(geng)迭(die)，特(te)斯(si)拉開始向純(chun)視覺路線(xian)邁進。2021年7月，特(te)斯(si)拉FSD Beta V9.0版本(ben)在北(bei)美地區(qu)進行發布，而這版本(ben)最大的(de)特(te)點就是不依賴于(yu)雷(lei)達傳感器，使用了攝像頭和AI智能算法的(de)純(chun)視覺自動輔助駕(jia)駛技(ji)術路線(xian)。
誠然，僅(jin)用攝(she)像(xiang)頭的(de)(de)純視(shi)覺路(lu)線(xian)確實有著不(bu)(bu)小的(de)(de)優點。例如(ru)(ru)，攝(she)像(xiang)頭成本比激光雷達低(di)得多，這無疑降低(di)了自(zi)動駕駛汽(qi)車(che)的(de)(de)成本，與特斯拉(la)想要成為“跑遍(bian)大馬路(lu)的(de)(de)平(ping)民汽(qi)車(che)”的(de)(de)目標不(bu)(bu)謀而(er)(er)合。不(bu)(bu)僅(jin)如(ru)(ru)此，攝(she)像(xiang)頭適應性更好，不(bu)(bu)會被霧、雪(xue)、雨等天氣干(gan)擾。而(er)(er)從形(xing)態上看，攝(she)像(xiang)頭還可(ke)以輕松融(rong)入汽(qi)車(che)的(de)(de)設計(ji)中并隱(yin)藏結構中，從而(er)(er)不(bu)(bu)影響汽(qi)車(che)外形(xing)。
但攝(she)像(xiang)(xiang)頭(tou)也有(you)著它(ta)致命的(de)弱點，那(nei)就(jiu)是(shi)僅能(neng)將原始圖像(xiang)(xiang)數據反饋(kui)給系統，沒(mei)辦法直接提(ti)供物(wu)體(ti)精確距離和位置，所以時常會出現在無人環境中感應出行人這種烏龍事件。因此，想要走純視覺(jue)路線，特斯拉必(bi)須(xu)要有(you)強(qiang)大的(de)計(ji)算(suan)機視覺(jue)能(neng)力(li)，可以針(zhen)對(dui)圖像(xiang)(xiang)進行準確處理，Dojo 超(chao)級(ji)計(ji)算(suan)機也就(jiu)此誕生。
Dojo來源于日語，意思(si)是(shi)“道場”，也(ye)就是(shi)訓練場的(de)(de)意思(si)。作為特(te)斯拉(la)實現FSD之路上必不可少的(de)(de)一環，Dojo專攻自動駕駛(shi)領域，從全球超(chao)100萬(wan)輛的(de)(de)特(te)斯拉(la)車輛上的(de)(de)攝像頭收集車輛的(de)(de)行(xing)駛(shi)數據，通過深度學習和(he)分析海量的(de)(de)特(te)斯拉(la)車隊數據不斷成(cheng)長。而(er)在(zai)此訓練過程中(zhong)，Dojo可以自動模擬開車、自動尋找問題最優解(jie)，從而(er)完成(cheng)自我進化(hua)，最終(zhong)實現以純視覺為基礎的(de)(de)完全自動駕駛(shi)。
據了解，Dojo 基于特斯拉自定義計(ji)(ji)算芯(xin)(xin)片(pian) D1 芯(xin)(xin)片(pian)打(da)造，訓(xun)練節點（超級計(ji)(ji)算機中使用的(de)最小規模實體）是一個 64 位(wei) CPU，針對機器學習工作負載進行(xing)了全面(mian)優(you)化(hua)。盡管這是 Dojo 中使用的(de)最小計(ji)(ji)算元素，但(dan)它能夠(gou)進行(xing)超過 1 teraflop 的(de)計(ji)(ji)算。
訓(xun)練節點的框(kuang)圖
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，熱設(she)計(ji)功耗僅為(wei)400W，集成了四個64位超標(biao)量CPU核心，擁(yong)有(you)(you)多達(da)354個訓練節點(dian)，特別用(yong)于8×8乘(cheng)法，支持FP32、BFP64、CFP8、INT16、INT8等各種(zhong)數據指令格式，具有(you)(you) 362 teraflops 的(de)(de)處理(li)能力(li)。此外，高 IO 帶寬也是(shi)(shi)D1芯(xin)(xin)片最重要的(de)(de)特性之一，據特斯(si)拉稱，D1的(de)(de)IO帶寬大約是(shi)(shi)最先(xian)進的(de)(de)網絡交換芯(xin)(xin)片的(de)(de)兩(liang)倍。
從目前的消息來(lai)看，Dojo可能(neng)會在(zai) 2022 年(nian)投入(ru)使用，在(zai)Dojo加持下特斯(si)拉今年(nian)能(neng)否再(zai)創奇跡？
超(chao)越(yue)布加迪的功(gong)臣(chen)：碳化硅
作為汽車(che)界的“帶貨王”，同時(shi)也是率先實(shi)現碳化硅上車(che)的車(che)企，特斯(si)拉不(bu)僅將全球汽車(che)行(xing)業(ye)帶向智能電(dian)動化，也讓碳化硅成為了全球的關注焦點，助(zhu)燃第三(san)代半導體發(fa)展熱度。
對于(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動汽車，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)設備至關(guan)重要，逆變(bian)器作為動力總成系(xi)統的(de)(de)關(guan)鍵部件，能(neng)夠將存儲在電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池中的(de)(de)直流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)轉換(huan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機需(xu)要的(de)(de)三相交(jiao)流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，還能(neng)在制動過(guo)程中將電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動機回收的(de)(de)交(jiao)流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)轉換(huan)為直流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)提供給電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池使用(yong)。
據上海(hai)汽車報報道，碳化(hua)(hua)硅用(yong)在(zai)(zai)車用(yong)逆(ni)變(bian)器上，在(zai)(zai)相(xiang)(xiang)同(tong)功率等級下，全碳化(hua)(hua)硅模(mo)(mo)塊的封裝尺寸顯著小于(yu)硅模(mo)(mo)塊，同(tong)時(shi)也可以使開關(guan)損耗降(jiang)低(di)75％。在(zai)(zai)相(xiang)(xiang)同(tong)的封裝下，全碳化(hua)(hua)硅模(mo)(mo)塊具備更高(gao)的電流輸出能(neng)(neng)力，支持逆(ni)變(bian)器達到更高(gao)功率。對于(yu)車載充(chong)電器和快速充(chong)電樁，碳化(hua)(hua)硅半導體與傳統硅器件相(xiang)(xiang)比，在(zai)(zai)充(chong)電過(guo)程(cheng)中減少了(le)能(neng)(neng)量損失，也減少了(le)所(suo)需(xu)電容(rong)和電感的數量。
從當(dang)前(qian)搜(sou)尋(xun)的(de)資(zi)料來看(kan)，不(bu)少媒體都認(ren)為，特(te)斯拉能取(qu)得如今的(de)成就(jiu)，碳化硅功不(bu)可(ke)(ke)沒(mei)。事實也(ye)確是如此。IDTechEx數據顯(xian)示，采(cai)用SiC后，特(te)斯拉Model 3的(de)逆(ni)變器和永磁電(dian)機組合的(de)效率高(gao)達97%，可(ke)(ke)能是全球最(zui)高(gao)效率之一（甚(shen)至可(ke)(ke)以(yi)(yi)去掉“之一”），續航能力比之前(qian)的(de)方案提升了(le)6%左右(you)。此外，碳化硅可(ke)(ke)還以(yi)(yi)加快充(chong)電(dian)速度，充(chong)電(dian)時間也(ye)可(ke)(ke)以(yi)(yi)降低50%。據介紹，Model S Plaid滿電(dian)續航640公里，充(chong)電(dian)15分鐘可(ke)(ke)以(yi)(yi)跑301公里。
種(zhong)(zhong)種(zhong)(zhong)優勢(shi)之(zhi)下，碳化硅(gui)也自然而(er)然成(cheng)為(wei)了(le)特(te)斯拉的(de)(de)寵兒(er)。自2018年(nian)在 Model 3中采用了(le) SIC MOSFET逆變(bian)器之(zhi)后(hou)，2020年(nian)推(tui)出的(de)(de)Model Y的(de)(de)動力模塊后(hou)輪驅動也采用了(le)SiC MOSFET。而(er)2021年(nian)推(tui)出的(de)(de)Model S Plaid速(su)度更是超(chao)越(yue)了(le)布加迪，僅(jin)2.1秒(miao)就可以完成(cheng)零到百公里加速(su)，最高(gao)時速(su)可達322km/h，據(ju)業內人士分析，碳化硅(gui)則(ze)是特(te)斯拉車速(su)超(chao)越(yue)布加迪的(de)(de)關(guan)鍵因(yin)素之(zhi)一。
如同其他新型(xing)器(qi)(qi)件一樣，碳化硅逆變(bian)器(qi)(qi)也面臨著高(gao)昂(ang)的成(cheng)本(ben)問(wen)題，但在特(te)斯拉(la)看來，這或許不(bu)會再成(cheng)為困(kun)擾所在。IDTechEx根據2018年Model 3逆變(bian)器(qi)(qi)和2020年Model Y第(di)二代(dai)逆變(bian)器(qi)(qi)的成(cheng)本(ben)估算，在過去短短三(san)年內(nei)，特(te)拉(la)斯的SiC逆變(bian)器(qi)(qi)成(cheng)本(ben)大幅下降(jiang)，其成(cheng)本(ben)幾乎與2019款(kuan)日產聆風和捷豹(bao)I-PACE 的硅基IGBT模塊(kuai)相(xiang)當。
性能和成(cheng)本并駕齊驅，碳化(hua)硅逆變器無疑也是特斯拉成(cheng)功的幕后功臣(chen)之(zhi)一。
寫在最后
就(jiu)像喬布(bu)斯(si)定義了什么是“智能手機”，馬(ma)斯(si)克將“智能汽車”的理想照(zhao)進現實，向我們展示(shi)了什么才是“自動駕駛汽車”。無論是自研FSD芯(xin)片還(huan)是走(zou)純視覺路線，又或者(zhe)是碳(tan)化硅上(shang)車，特斯(si)拉都是第(di)一個(ge)吃螃蟹的人。魯(lu)迅先生曾經說(shuo)過：“第(di)一個(ge)吃螃蟹的人是令人佩服的，不是勇士(shi)誰敢去吃它呢？”
雖(sui)然特斯拉充(chong)滿(man)了(le)爭議和(he)矛盾，但我們不能否(fou)認正(zheng)是(shi)(shi)他的(de)技(ji)術創新重(zhong)新定(ding)義(yi)了(le)汽車行業，而這(zhe)也(ye)是(shi)(shi)特斯拉成功背后的(de)真(zhen)正(zheng)秘訣，技(ji)術創新才是(shi)(shi)品牌崛起之魂。
本來文(wen)章到這里應該就結束了，但是筆者提到了技術(shu)創新(xin)欸！說(shuo)到技術(shu)創新(xin)怎么能少(shao)得中國芯。
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！”
