特斯拉最新HW4.0用了哪些芯片？

在推特號稱「綠神」的@greentheonly 最近公開了特斯拉最新HW4.0的硬件實物圖片。

這些信息非常有價值，我們可以一窺HW4.0中二代FSD芯片的最新進展和相關(guān)技術(shù)水平。

HW4.0的硬件是「綠神」拆解自最新款的 Model X 車型。

據(jù)悉，特斯拉HW 4.0或?qū)⒃谔厮估e辦的投資者日上正式亮相，并開始全系量產(chǎn)上車。

從硬件實物來看，全新的HW 4.0不僅擁有性能更強的芯片，攝像頭分辨率、數(shù)量以及位置也發(fā)生了相應(yīng)變化，同時 HW 4.0 還將新增一個4D毫米波雷達。

01

特斯拉二代FSD由三星代工，采用7納米工藝

早在2021年，外界就有傳聞FSD二代將由三星代工，也有一種說法是特斯拉與三星聯(lián)合開發(fā)。

到了2022年下半年，又有傳聞稱FSD二代由臺積電代工完成，且言之鑿鑿地說是5納米甚至4納米，還有消息稱這是第一顆車載4納米芯片。

特斯拉二代FSD芯片真身，根據(jù)芯片表面絲印的數(shù)字，編號H2238，可以推斷出這是三星代工，并且極有可能只是7納米，不是5納米。

上圖為初代FSD芯片，編號H1834

另外，Green在推特上說「still samsung exynos IP」，這一點信息有誤。

眾所周知，三星自研CPU架構(gòu)早在2015年就停止了，現(xiàn)在三星都是采用ARM的公版架構(gòu)，沒有自主IP，并且初代FSD是三星代工的，所以用「still」，實際上是二代FSD仍然由三星代工。

芯片代工捆綁程度很高，如果一開始選定某家晶圓廠代工，需要雙方合作建立該芯片制造工藝的library，想要中途改換，需要重建library，時間周期很長，最少需要1年時間，浪費大量研發(fā)成果。

特斯拉為什么選擇三星？

主要原因恐怕還是成本——7納米芯片，三星的代工價格不到臺積電的1/3 甚至1/4，三星低價搶單后果就是晶圓代工部門營業(yè)利潤很低，2021年大約 6%，2022年大約10%，而臺積電是接近50%，是三星的5倍。

臺積電的產(chǎn)能一向不寬松，相對于蘋果、高通、英偉達和AMD動輒千萬上億的出貨量，特斯拉的訂單臺積電根本看不上。

5納米，臺積電更是完勝三星，3納米也是如此。

無論閘極還是內(nèi)聯(lián)線寬，臺積電都完勝三星。這意味著在功耗方面，三星比臺積電遜色不少。

特斯拉選擇三星，就不大可能選擇還不太成熟的5納米工藝，因為三星的5納米比7納米提升不多，功耗也偏高。

特斯拉選擇三星只能選7納米，因為工藝更成熟。

此外，還有地理優(yōu)勢。

特斯拉總部目前在德克薩斯州奧斯汀哈羅德格林路，特斯拉最大工廠也在奧斯汀，特斯拉Cybertruck唯一工廠也在奧斯汀，而三星的晶圓代工廠跟特斯拉在同一個城市，也在德克薩斯州的奧斯汀。

準(zhǔn)確地說是在奧斯汀略微偏北的Taylor，離特斯拉并不遠，雙方可以互相高效溝通。

2021年11月月，三星響應(yīng)美國政府號召宣布在美國德州投資170億美元建立S2-2晶圓廠。

此前的S2-1工廠最高只有11納米，S2-2廠可以到7納米，預(yù)計2023年年初投產(chǎn)。

特斯拉的二代FSD芯片應(yīng)該就在S2-2廠代工。

臺積電在美國也在建廠，不過地址在亞利桑那州的大鳳凰城，且在2024年底才能投產(chǎn)。

02

詳解 HW 4.0，特斯拉第二代 FSD 究竟實力幾何？

特斯拉HW4.0正面PCB如上圖，Green在推特上說二代FSD的CPU內(nèi)核由12個增加至20個，運行頻率在1.37GHz-2.35GHz之間。

初代FSD使用了12個ARM Cortex-A72 CPU內(nèi)核。

A72 是 ARM 在 2015 年推出的架構(gòu)，性能大約為6.1-6.5DMIPS/MHz，最高運行頻率差不多也是2.4GHz，像后來推出的A76、A77、A78最高運行頻率可以達到3GHz以上。

從搭載CPU的性能來看，這也反證特斯拉HW4.0使用的還是2015年的 A72。

按初代頻率2.2GHz計算，20內(nèi)核A72的算力是20*2.2K*6.5=286K，與英偉達Orin的12核心 A78AE比稍微低一點，Orin是300K DMIPS。

與HW3.0 相比，HW4.0一個明顯的區(qū)別是HW4.0元件更多。

HW4.0上下還各多了24路供電，尤其下面的12路供電，電感體積頗大，并聯(lián)的鉭電容陣列也頗為壯觀（大概率是松下的高精度鉭電容）。

HW3.0的供電只有4路，HW4.0則多了20路。我個人推測是因為二代FSD的功率大幅度增加了，估計每片二代FSD的功率是80-90瓦，甚至有可能是100-120瓦，否則沒必要增加這么多路供電。

這同樣也反證了二代FSD采用的是7納米工藝。

為什么這么說？

這實際上與電腦主板供電類似。

上圖是典型的電腦主板，完整的CPU供電設(shè)計一般都需要包含上述部分。

PWM芯片起到總控制作用，每一相完整的供電都是由：

1-2個電感（一般是并聯(lián)或倍相的情形）

1-4個MOS（一般是高級的Dr.MOS/2~4個就是常規(guī)的上橋+下橋）

數(shù)個濾波電容（中低端主板固態(tài)電容，高端主板用鉭電容）等構(gòu)成

電腦主板供電和車載運算系統(tǒng)供電是完全相同的：一般是開關(guān)電路。

開關(guān)電路是控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間和比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種供電系統(tǒng)，主要由電容、電感線圈、MosFET場效應(yīng)管以及PWM脈沖寬度調(diào)制 IC 組成。

這一電路系統(tǒng)發(fā)熱量低，轉(zhuǎn)換效率高，而且穩(wěn)壓范圍大、穩(wěn)壓效果好。

一般來說，功率65瓦的電腦 CPU 一般是4相或者6相供電，250瓦的顯卡一般需要8相供電，500瓦的RTX 4070 Ti顯卡一般是12+3（12路GPU，3路顯存），更為高級的是16+4路。

多相供電的好處很多：

提供更大的電流；

降低供電電路的溫度，因為電流多了一路分流，每個器件的發(fā)熱量自然減少了。多相供電電路可以非常精確地平衡各相供電電路輸出的電流，以維持各功率組件的熱平衡；

利用多相供電獲得的核心電壓信號也比單相的來得穩(wěn)定。

但多相供電的缺點是成本較高，而且對布線設(shè)計、散熱的要求也更高，因此功率越大的產(chǎn)品所用的供電相數(shù)越多。

特斯拉使用了24相供電（估計兩顆FSD是18路，6 路是顯存的），盡管采用了水冷，推測兩顆FSD的功率仍然有大約150-200瓦。

而Orin是多少呢？頂配64GB的Orin AGX最大功率為60瓦。

與HW3.0不同，HW4.0的背板多了8顆內(nèi)存，FPGA代號為D9ZPR，實際型號是MT61M512M32KPA-14 AAT:C，特斯拉不惜血本，用上了最頂級的GDDR6。

GDDR是Graphics Double Data Rate的縮寫，為顯存的一種。

GDDR有專屬的工作頻率、時鐘頻率、電壓，因此與市面上標(biāo)準(zhǔn)的DDR存儲器有所差異，與普通DDR內(nèi)存不同且不能共用。

一般來說，GDDR比主內(nèi)存中使用的普通DDR存儲器時鐘頻率更高，發(fā)熱量更小，更適合搭配高端顯示芯片。

GDDR則是電腦愛好者熟悉的高級顯存，GDDR6是英偉達2018年發(fā)布20系列顯卡才開始出現(xiàn)的。

目前最強的消費級內(nèi)存是2020年英偉達攜手美光推出的GDDR6X。

不過和AI訓(xùn)練用芯片普遍使用的HBM2內(nèi)存還是差距明顯，當(dāng)然了，HBM2 價格遠高于GDDR6X。

車載領(lǐng)域目前都是LPDDR，特斯拉又開創(chuàng)先河：第一次在車載領(lǐng)域用 GDRR。

為什么之前沒有車企使用？

一是算力需求不高；二是GDDR功耗高，用于車載領(lǐng)域并不適合。

不過特斯拉不在意，臺式機的GPU都敢放在車?yán)?，更不用說功耗略高的GDDR了。

LPDDR參數(shù)

GDDR6參數(shù)

GDDR6最高運行頻率遠高于LPDDR5，最高可達1750MHz，傳輸速率大約是12800MT/s，是LPDDR5的兩倍，代價是——功耗也差不多是 LPDDR5 的兩倍。

特斯拉不惜血本，用了16 GDDR6，總計32GB，僅此一項成本就有大約200-250美元，HW3.0則是8顆LPDDR4，總?cè)萘?6GB，估計要20美元。

Flash存儲方面，HW3.0是東芝的THGAF8G8T23BAIL，這是32GB的UFS，不過是較為陳舊的UFS2.1標(biāo)準(zhǔn)。HW4.0改用三星的KLUDG8J1ZD，容量提高到128GB，但依舊是UFS2.1標(biāo)準(zhǔn)。

03

二代FSD的算力有多高？

對于特斯拉這種One Shot型的NPU，增加算力就是增加晶體管數(shù)量，同樣的Die大小就要提高密度。

二代FSD的Die面積看起來差不多大小，考慮到A72的核心增加到了20個，也會占用部分Die面積，估計算力最多提高三倍，也就是216TOPS，仍然低于Orin。

不過FSD的SRAM容量比較足，這是特斯拉一貫特色，二代FSD的實際算力和理想值會比較接近。

左邊是HW4.0，右邊是HW3.0

上面一層是座艙車機，下面一層是智能駕駛

單從接口看，HW4.0至少有兩個以太網(wǎng)接口，從連接器判斷是標(biāo)準(zhǔn)的單對線車載以太網(wǎng)，不是早期的EAVB以太網(wǎng)。

在兩片F(xiàn)SD下面似乎有兩片車載以太網(wǎng)物理層芯片，應(yīng)該是較新的 88Q2112。

新增以太網(wǎng)接口正是為了對接特斯拉自己開發(fā)的4D毫米波雷達，傳統(tǒng)毫米波雷達用CAN或CAN-FD連接，4D毫米波雷達信息量大，需要用百兆以太網(wǎng)。

板子中間最下方可能是以太網(wǎng)交換機，HW3.0是Marvell的88Q6321。

HW4.0顯然不會在使用這種相對落后、非嚴(yán)格車規(guī)以太網(wǎng)芯片。

據(jù)推測，HW4.0應(yīng)該換成了性能較為先進的博通BCM8956X或BCM8947X，也有可能是來自中國臺灣瑞昱，因為車機板上的以太網(wǎng)交換機正是瑞昱的產(chǎn)品。

左圖是HW3.0的智能駕駛接口。右圖是HW4.0，上面一層是HW4.0的智能駕駛的接口，座艙有兩個顯示屏輸出接口。

智能駕駛方面：

紅色作為預(yù)留接口；

藍色代表駕駛員行為監(jiān)測。

白色為連接兩個后向攝像頭；

黑色為前視攝像頭，可能兩個都是500萬像素。

我個人推測，特斯拉HW4.0減少了一個前視攝像頭，增加了一個后向攝像頭。

特斯拉用了兩片4路解串行芯片，估計是美信的MAX96712，這個芯片在國內(nèi)非常搶手。還有一片可能是2路解串行。

HW3.0則是兩片德州儀器的DS90UB960和一片DS90UB954，尺寸明顯比美信的要小。

其余地方差別不大，仍然是Spansion的64MB Nor Flash做Boot Loader。

電源管理似乎還是美信的MAX20005。U-BLOX的GPS被取消了，換成了更高級的三波段GPS。

這是HW4.0的車機部分，將CPU與GPU合二為一，放在一張PCB板上。

車機背板，無線通信模組還是AG525R-GL，藍牙與WiFi還是LG INNOTEK的ATC5CPC001。

總結(jié)一下，HW4.0與HW3.0相比，進行了如下的更新：

（1）HW4.0比HW3.0的面積更大，集成度更高。例如HW4.0的車機部分，將CPU與GPU合二為一，集成在一張PCB板上；

（2）內(nèi)核部分升級不大，HW4.0 CPU內(nèi)核從12個增加到20個，最大頻率2.35GHz，默認(rèn)頻率1.37Ghz，TRIP內(nèi)核數(shù)量從2個增加到3個，最大頻率2.2GHz。

（3）HW4.0 NPU芯片封裝面積增大，供電部分加強，HW4.0功耗大概是HW 3.0的2倍；

（4）HW4.0開創(chuàng)先河，在車載領(lǐng)域率先使用GDDR，HW4.0將顯存升級到16G GDDR6每核心，超過HW3.0每核心8G LPDDR4，推測FSD整體算力得到3-5倍提升；

（5）在域控模塊的PCB板上，攝像頭接口增加：由HW 3.0的9個接口增至12個攝像頭接口。具體來說，由原來的前置三目攝像頭變?yōu)榱穗p目，布局為：2個側(cè)視攝像頭，1個前攝像頭、1個倒車影像攝像頭、4個側(cè)向ADAS攝像頭以及座艙內(nèi)的1顆攝像頭，一共11顆，還有1顆備用攝像頭。前向感知攝像頭從120萬像素提升到了500萬像素。

（6）GPS模塊升級，使用了三頻GPS天線模塊，新增L5頻率，以提升定位精度；

（7）新增了毫米波雷達接口以及雷達加熱器；

（8）HW4.0主板整體采用對稱設(shè)計，配置均為雙備份；

總體而言，HW4.0的升級主要集中在FSD芯片和傳感器架構(gòu)。

英偉達Orin是2019年12月推出，特斯拉的二代FSD估計是2020年開始設(shè)計。

兩相對比，誰更優(yōu)秀，相信聰明的讀者已有答案。

審核編輯 ：李倩