2021年對特斯拉來說,，注定是不平凡的一年,。雖然經(jīng)歷了4月份的“車頂維權(quán)”事件，但這絲毫不影響其市值的飆升,。10月份,，在赫茲環(huán)球（Hertz Global） 宣布將購買10萬輛特斯拉電動汽車之后（該消息后來遭到否認(rèn)），特斯拉的市值首次突破1萬億美元,，超過了通用,、福特、豐田,、大眾,、寶馬等11家汽車制造商的總和。
不僅如此,，在全年銷量方面,，作為“話題王”的特斯拉也沒有讓“吃瓜群眾”失望,，不僅以全年銷量增長完美收官，更是創(chuàng)造了交付了93.6萬輛汽車,，銷量大幅增長87%的新紀(jì)錄,。僅第四季度，特斯拉就交付了超過30.8萬輛汽車,，比去年同期增長了71%,，用實(shí)力碾壓了此前華爾街分析師所作出的四季度交付量約為26.6萬輛，全年約為85.5萬輛的預(yù)測,。
同樣是純電動汽車,，為何特斯拉如此優(yōu)秀？
最強(qiáng)自動駕駛芯片
首先要說的當(dāng)然就是特斯拉FSD系統(tǒng)中最重要的FSD芯片,，可以說,，芯片研發(fā)是特斯拉實(shí)現(xiàn)自動駕駛的關(guān)鍵。特斯拉獨(dú)有的自動駕駛技術(shù)路線使得市面上的芯片很難滿足他的需求,。
早前在2014年的時候,，特斯拉還是使用的Mobileye 新一代輔助駕駛芯片EyeQ3，但自從2016年特斯拉Model S撞卡車事件發(fā)生后,，特斯拉與Mobileye分道揚(yáng)鑣,，并轉(zhuǎn)向了英偉達(dá)Drive PX 2的懷抱。但即便是號稱超級車載電腦的Drive PX 2也沒能成為馬斯克眼中的“完美自駕芯片”,，依然存在著高成本,、高功耗，算力還無法完全滿足需求這三個問題,。想要實(shí)現(xiàn)馬斯克理想中的FSD,，自研芯片可以說是必然趨勢，因此特斯拉也成為了第一個專門為自動駕駛開發(fā)芯片的OEM,。
FSD芯片全稱為full self-driving芯片,，該芯片的設(shè)計(jì)和規(guī)劃始于2016年，也就是說當(dāng)還在與英偉達(dá)處于“甜蜜期”的時候,，特斯拉就已經(jīng)開始悄悄自研芯片了,。
FSD芯片項(xiàng)目由半導(dǎo)體業(yè)界傳奇人物、有著硅仙人之稱的吉姆 · 凱勒以及Pete Bannon還有其他架構(gòu)師牽頭,，并于2019年4月正式發(fā)布,。Pete Bannon在發(fā)布會上透露了芯片研發(fā)的過程，我們也由此知道,，F(xiàn)SD芯片開發(fā)過程經(jīng)過18個月,，于2017年8月第一版流片，2017年12月芯片返回,，點(diǎn)亮,，最終在2019年3月和4月分別在Model S & X以及Model 3上批量交付,。
作為一款專為特斯拉服務(wù)的自動駕駛產(chǎn)品，F(xiàn)SD芯片的需求主要有以下幾點(diǎn),，依次是功耗,，算力，Barch size（latency）,，安全性,。在安全性方面，F(xiàn)SD芯片做了大量的冗余設(shè)計(jì),，同一塊板卡上的兩顆芯片的供電和數(shù)據(jù)通道都是獨(dú)立且互為備份的,，因此板卡上的任何部分出現(xiàn)故障都不會影響基本的汽車行駛。
圖片來源：特斯拉
從架構(gòu)上來看,，F(xiàn)SD芯片不但有傳統(tǒng)的CPU和GPU部分,，還加入了特別定制的NNP（Neural Network Processor）、ISP等部分,，共同組成了一個龐大的SoC芯片,。其中CPU采用的是Cortex-A72架構(gòu)，三組,、每組4個核心,，一共有12個核心，最高運(yùn)行頻率為2.2GHz,，這部分處理器核心用于通用的計(jì)算和任務(wù),。GPU方面，特斯拉設(shè)計(jì)了一個支持FP32和FP64的GPU模塊,，主頻最高1GHz,，最高計(jì)算能力約為600GFLPS。
特斯拉FSD芯片內(nèi)部架構(gòu)簡圖
而NNP是整個芯片自研中最重要的部分,。每顆芯片有兩個NNP,，每個NNP有一個96x96個MAC的矩陣，32MB SRAM,，工作在2GHz。所以一個NNP的處理能力是96x96x2（OPs）x2（GHz） = 36.864TOPS,，單芯片72TOPS,，板卡144TOPS。
圖片來源：特斯拉
FSD芯片剛推出來時采用的是三星14nm工藝,，面積為260平方毫米,，封裝了大約60億個晶體管。不過此前有媒體報(bào)道,，三星電子已經(jīng)開始為特斯拉高級輔助駕駛系統(tǒng) FSD 生產(chǎn)芯片,，主要是HW 4.0芯片的代工合同,，采用7nm制程工藝。
FSD芯片生命力到底有多長久呢,？從2019年推出至今,，比HW3.0版Model 3更晚的車型都已切換計(jì)算芯片，F(xiàn)SD芯片卻仍將承載特斯拉新的視覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),、更復(fù)雜場景下龐大的計(jì)算量,。甚至特斯拉2021年新推出的機(jī)器人Tesla Bot，他的“大腦”也依舊是這款2019年發(fā)布的FSD芯片,。
雖然FSD芯片可能不是最領(lǐng)先的自動駕駛芯片,，但卻無疑是最適合特斯拉的芯片。在這里,，筆者不經(jīng)感嘆下,，“吉姆 · 凱勒出手，必是精品”,。
通往純視覺的超算
目前全球自動駕駛領(lǐng)域分為兩種流派：視覺主導(dǎo)路線和激光雷達(dá)主導(dǎo)路線,。毫無疑問，堅(jiān)持“純視覺感知才是通往真實(shí)世界 AI 的道路”的特斯拉就是不二的視覺黨派,，以攝像頭為主導(dǎo),，配合深度學(xué)習(xí)，多傳感器冗余,，實(shí)現(xiàn)360°全天候監(jiān)測,。
此前的特斯拉還是走視覺主導(dǎo)雷達(dá)配合的路線，但隨著自動駕駛技術(shù)的快速更迭,，特斯拉開始向純視覺路線邁進(jìn),。2021年7月，特斯拉FSD Beta V9.0版本在北美地區(qū)進(jìn)行發(fā)布,，而這版本最大的特點(diǎn)就是不依賴于雷達(dá)傳感器,，使用了攝像頭和AI智能算法的純視覺自動輔助駕駛技術(shù)路線。
誠然,，僅用攝像頭的純視覺路線確實(shí)有著不小的優(yōu)點(diǎn),。例如，攝像頭成本比激光雷達(dá)低得多,，這無疑降低了自動駕駛汽車的成本,，與特斯拉想要成為“跑遍大馬路的平民汽車”的目標(biāo)不謀而合。不僅如此,，攝像頭適應(yīng)性更好,，不會被霧、雪,、雨等天氣干擾,。而從形態(tài)上看,，攝像頭還可以輕松融入汽車的設(shè)計(jì)中并隱藏結(jié)構(gòu)中，從而不影響汽車外形,。
但攝像頭也有著它致命的弱點(diǎn),，那就是僅能將原始圖像數(shù)據(jù)反饋給系統(tǒng)，沒辦法直接提供物體精確距離和位置,，所以時常會出現(xiàn)在無人環(huán)境中感應(yīng)出行人這種烏龍事件,。因此，想要走純視覺路線,，特斯拉必須要有強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)視覺能力,，可以針對圖像進(jìn)行準(zhǔn)確處理，Dojo 超級計(jì)算機(jī)也就此誕生,。
Dojo來源于日語,，意思是“道場”，也就是訓(xùn)練場的意思,。作為特斯拉實(shí)現(xiàn)FSD之路上必不可少的一環(huán),，Dojo專攻自動駕駛領(lǐng)域，從全球超100萬輛的特斯拉車輛上的攝像頭收集車輛的行駛數(shù)據(jù),，通過深度學(xué)習(xí)和分析海量的特斯拉車隊(duì)數(shù)據(jù)不斷成長,。而在此訓(xùn)練過程中，Dojo可以自動模擬開車,、自動尋找問題最優(yōu)解,，從而完成自我進(jìn)化，最終實(shí)現(xiàn)以純視覺為基礎(chǔ)的完全自動駕駛,。
據(jù)了解,，Dojo 基于特斯拉自定義計(jì)算芯片 D1 芯片打造，訓(xùn)練節(jié)點(diǎn)（超級計(jì)算機(jī)中使用的最小規(guī)模實(shí)體）是一個 64 位 CPU,，針對機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載進(jìn)行了全面優(yōu)化,。盡管這是 Dojo 中使用的最小計(jì)算元素，但它能夠進(jìn)行超過 1 teraflop 的計(jì)算,。
訓(xùn)練節(jié)點(diǎn)的框圖
不同于FSD芯片,，D1 芯片采用臺積電7nm制造工藝，核心面積達(dá)645mm 2 ,，熱設(shè)計(jì)功耗僅為400W,，集成了四個64位超標(biāo)量CPU核心，擁有多達(dá)354個訓(xùn)練節(jié)點(diǎn),，特別用于8×8乘法，支持FP32,、BFP64,、CFP8,、INT16、INT8等各種數(shù)據(jù)指令格式,，具有 362 teraflops 的處理能力,。此外，高 IO 帶寬也是D1芯片最重要的特性之一,，據(jù)特斯拉稱,，D1的IO帶寬大約是最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)交換芯片的兩倍。
從目前的消息來看,，Dojo可能會在 2022 年投入使用,，在Dojo加持下特斯拉今年能否再創(chuàng)奇跡？
超越布加迪的功臣：碳化硅
作為汽車界的“帶貨王”,，同時也是率先實(shí)現(xiàn)碳化硅上車的車企,，特斯拉不僅將全球汽車行業(yè)帶向智能電動化，也讓碳化硅成為了全球的關(guān)注焦點(diǎn),，助燃第三代半導(dǎo)體發(fā)展熱度,。
對于電動汽車，電力電子設(shè)備至關(guān)重要,，逆變器作為動力總成系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,，能夠?qū)⒋鎯υ陔姵刂械闹绷麟娔苻D(zhuǎn)換電機(jī)需要的三相交流電，還能在制動過程中將電動機(jī)回收的交流電轉(zhuǎn)換為直流電提供給電池使用,。
據(jù)上海汽車報(bào)報(bào)道,，碳化硅用在車用逆變器上，在相同功率等級下,，全碳化硅模塊的封裝尺寸顯著小于硅模塊,，同時也可以使開關(guān)損耗降低75％。在相同的封裝下,，全碳化硅模塊具備更高的電流輸出能力,，支持逆變器達(dá)到更高功率。對于車載充電器和快速充電樁,，碳化硅半導(dǎo)體與傳統(tǒng)硅器件相比,，在充電過程中減少了能量損失，也減少了所需電容和電感的數(shù)量,。
從當(dāng)前搜尋的資料來看,，不少媒體都認(rèn)為，特斯拉能取得如今的成就,，碳化硅功不可沒,。事實(shí)也確是如此。IDTechEx數(shù)據(jù)顯示，采用SiC后,，特斯拉Model 3的逆變器和永磁電機(jī)組合的效率高達(dá)97%,，可能是全球最高效率之一（甚至可以去掉“之一”），續(xù)航能力比之前的方案提升了6%左右,。此外,，碳化硅可還以加快充電速度，充電時間也可以降低50%,。據(jù)介紹,，Model S Plaid滿電續(xù)航640公里，充電15分鐘可以跑301公里,。
種種優(yōu)勢之下,，碳化硅也自然而然成為了特斯拉的寵兒。自2018年在 Model 3中采用了 SIC MOSFET逆變器之后,，2020年推出的Model Y的動力模塊后輪驅(qū)動也采用了SiC MOSFET,。而2021年推出的Model S Plaid速度更是超越了布加迪，僅2.1秒就可以完成零到百公里加速,，最高時速可達(dá)322km/h,，據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，碳化硅則是特斯拉車速超越布加迪的關(guān)鍵因素之一,。
如同其他新型器件一樣,，碳化硅逆變器也面臨著高昂的成本問題，但在特斯拉看來,，這或許不會再成為困擾所在,。IDTechEx根據(jù)2018年Model 3逆變器和2020年Model Y第二代逆變器的成本估算，在過去短短三年內(nèi),，特拉斯的SiC逆變器成本大幅下降,，其成本幾乎與2019款日產(chǎn)聆風(fēng)和捷豹I-PACE 的硅基IGBT模塊相當(dāng)。
圖片來源：IDTechEx
性能和成本并駕齊驅(qū),，碳化硅逆變器無疑也是特斯拉成功的幕后功臣之一,。
寫在最后
就像喬布斯定義了什么是“智能手機(jī)”，馬斯克將“智能汽車”的理想照進(jìn)現(xiàn)實(shí),，向我們展示了什么才是“自動駕駛汽車”,。無論是自研FSD芯片還是走純視覺路線，又或者是碳化硅上車,，特斯拉都是第一個吃螃蟹的人,。魯迅先生曾經(jīng)說過：“第一個吃螃蟹的人是令人佩服的，不是勇士誰敢去吃它呢,？”
雖然特斯拉充滿了爭議和矛盾,，但我們不能否認(rèn)正是他的技術(shù)創(chuàng)新重新定義了汽車行業(yè),，而這也是特斯拉成功背后的真正秘訣，技術(shù)創(chuàng)新才是品牌崛起之魂,。
本來文章到這里應(yīng)該就結(jié)束了,，但是筆者提到了技術(shù)創(chuàng)新欸！說到技術(shù)創(chuàng)新怎么能少得中國芯,。
最后引用牲產(chǎn)隊(duì)《特斯拉沒有核心技術(shù)，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(yīng)商都在中國,。買特斯拉,，還是不買特斯拉，其實(shí)并不重要,。重要的是,，國產(chǎn)品牌能否在市場化的常規(guī)競爭中，制造出物美價廉的優(yōu)質(zhì)智能電動車,，讓中國老百姓都能享受到電動汽車技術(shù)革命帶來的品質(zhì)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(chǎn)品牌墮落,，沒有充分的競爭，就沒有高度發(fā)達(dá)的商業(yè),。歷史的經(jīng)驗(yàn)一再告訴我們,，國產(chǎn)品牌崛起，都離不開本土產(chǎn)業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新,。脫離技術(shù)創(chuàng)新空談愛國營銷,，那是誤國誤民！”
