在推特號(hào)稱「綠神」的 @greentheonly 最近公開了特斯拉最新 HW4.0 的硬件實(shí)物圖片。

這些信息非常有價(jià)值，我們可以一窺 HW4.0 中二代 FSD 芯片的最新進(jìn)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(shí)物來看，全新的 HW 4.0 不僅擁有性能更強(qiáng)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(shí) HW 4.0 還將新增一個(gè)4D 毫米波雷達(dá)。

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(tái)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(hào)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(hào) H1834

另外，Green 在推特上說「still samsung exynos IP」，這一點(diǎn)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(shí)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(shí)間周期很長，最少需要 1 年時(shí)間，浪費(fèi)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(jià)格不到臺(tái)積電的 1/3 甚至 1/4，三星低價(jià)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(tái)積電是接近50%，是三星的5 倍。

臺(tái)積電的產(chǎn)能一向不寬松，相對(duì)于蘋果、高通、英偉達(dá)和 AMD 動(dòng)輒千萬上億的出貨量，特斯拉的訂單臺(tái)積電根本看不上。

5 納米，臺(tái)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(tái)積電都完勝三星。這意味著在功耗方面，三星比臺(tái)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?yàn)槿堑?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?yàn)楣に嚫墒臁?/span>

此外，還有地理優(yōu)勢(shì)。

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(gè)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(yuǎn)，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(hào)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(jì) 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(tái)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(shí)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(gè)增加至20 個(gè)，運(yùn)行頻率在1.37GHz-2.35GHz 之間。

初代 FSD 使用了12 個(gè)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(yùn)行頻率差不多也是 2.4GHz，像后來推出的 A76、A77、A78 最高運(yùn)行頻率可以達(dá)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(jì)算，20 內(nèi)核 A72 的算力是20*2.2K*6.5=286K，與英偉達(dá) Orin 的 12 核心 A78AE 比稍微低一點(diǎn)，Orin 是300K DMIPS。

與 HW3.0 相比，HW4.0 一個(gè)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(gè)人推測(cè)是因?yàn)槎?FSD 的功率大幅度增加了，估計(jì)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(shí)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(jì)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(gè)電感（一般是并聯(lián)或倍相的情形）

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

• 數(shù)個(gè)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(yùn)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(shí)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(chǎng)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(jí)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?yàn)殡娏鞫嗔艘宦贩至鳎總€(gè)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(hào)也比單相的來得穩(wěn)定。

但多相供電的缺點(diǎn)是成本較高，而且對(duì)布線設(shè)計(jì)、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(jì)兩顆 FSD 是 18 路，6 路是顯存的），盡管采用了水冷，推測(cè)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，F(xiàn)PGA 代號(hào)為 D9ZPR，實(shí)際型號(hào)是 MT61M512M32KPA-14 AAT:C，特斯拉不惜血本，用上了最頂級(jí)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(shí)鐘頻率、電壓，因此與市面上標(biāo)準(zhǔn)的 DDR 存儲(chǔ)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(chǔ)器時(shí)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(jí)顯存，GDDR6 是英偉達(dá) 2018 年發(fā)布 20 系列顯卡才開始出現(xiàn)的。

目前最強(qiáng)的消費(fèi)級(jí)內(nèi)存是 2020 年英偉達(dá)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(jià)格遠(yuǎn)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(tái)式機(jī)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(yùn)行頻率遠(yuǎn)高于 LPDDR5，最高可達(dá) 1750MHz，傳輸速率大約是 12800MT/s，是 LPDDR5 的兩倍，代價(jià)是——功耗也差不多是 LPDDR5 的兩倍。

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

Flash 存儲(chǔ)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(duì)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(gè)，也會(huì)占用部分 Die 面積，估計(jì)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(shí)際算力和理想值會(huì)比較接近。

左邊是 HW4.0，右邊是 HW3.0

上面一層是座艙車機(jī)，下面一層是智能駕駛

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

在兩片 FSD 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(duì)接特斯拉自己開發(fā)的 4D 毫米波雷達(dá)，傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)用 CAN 或 CAN-FD 連接，4D 毫米波雷達(dá)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(jī)，HW3.0 是 Marvell 的 88Q6321。

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

據(jù)推測(cè)，HW4.0 應(yīng)該換成了性能較為先進(jìn)的博通 BCM8956X 或 BCM8947X，也有可能是來自中國臺(tái)灣瑞昱，因?yàn)檐嚈C(jī)板上的以太網(wǎng)交換機(jī)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(gè)顯示屏輸出接口。

智能駕駛方面：

• 紅色作為預(yù)留接口；

• 藍(lán)色代表駕駛員行為監(jiān)測(cè)。

• 白色為連接兩個(gè)后向攝像頭；

• 黑色為前視攝像頭，可能兩個(gè)都是 500 萬像素。

我個(gè)人推測(cè)，特斯拉 HW4.0 減少了一個(gè)前視攝像頭，增加了一個(gè)后向攝像頭。

特斯拉用了兩片 4 路解串行芯片，估計(jì)是美信的MAX96712，這個(gè)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(jí)的三波段 GPS。

這是 HW4.0 的車機(jī)部分，將 CPU 與 GPU 合二為一，放在一張 PCB 板上。

車機(jī)背板，無線通信模組還是 AG525R-GL，藍(lán)牙與 WiFi 還是 LG INNOTEK 的 ATC5CPC001。

總結(jié)一下，HW4.0 與 HW3.0 相比，進(jìn)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(jī)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(jí)不大，HW4.0 CPU 內(nèi)核從 12 個(gè)增加到 20 個(gè)，最大頻率 2.35GHz，默認(rèn)頻率 1.37Ghz，TRIP 內(nèi)核數(shù)量從 2 個(gè)增加到 3 個(gè)，最大頻率 2.2GHz。

（3）HW4.0 NPU 芯片封裝面積增大，供電部分加強(qiáng)，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(jí)到 16G GDDR6 每核心，超過 HW3.0 每核心 8G LPDDR4，推測(cè) 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(gè)接口增至 12 個(gè)攝像頭接口。具體來說，由原來的前置三目攝像頭變?yōu)榱?/span>雙目，布局為：2 個(gè)側(cè)視攝像頭，1 個(gè)前攝像頭、1 個(gè)倒車影像攝像頭、4 個(gè)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(jí)，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(dá)接口以及雷達(dá)加熱器；

（8）HW4.0 主板整體采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，配置均為雙備份；

總體而言，HW4.0 的升級(jí)主要集中在 FSD 芯片和傳感器架構(gòu)。

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

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