忍住别买,下一代特斯拉FSD更好

下一代特斯拉的FSD更好?

如果你对即将在明年登场的特斯拉新一代 FSD 有所了解,又如何看待如今老一代的 FSD 呢?

先说结论,两代 FSD 间的差异巨大,特别是基础硬件——既无法通过简单的物理升级完成,更不用说 OTA 了。

目前这一代特斯拉 FSD(HW3.0),图像传感器为安森美的 AR0136AT,这是 2015 年的产品,像素仅有 123 万像素。

新一代 FSD(HW4.0),不出意外的话,首先会搭载在不断推迟量产的 Cybertruck 上,其中最大的变动之一就是图像传感器由安森美的 AR0136AT 变为索尼的 IMX490,像素增加到 543 万

IMX490 像素为水平 2896*垂直 1876,1/1.55 即 10.36 毫米,ADC 10 比特帧率为 40 帧,ADC 12 比特帧率为 30 帧,灵敏度为 2280mV,动态范围为 120 分贝,可扩展为 140 分贝。

AR0136AT 为 1280*960 像素,1/3 光学尺寸,IMX490 是其两倍大,也就是摄影界常说的「底大一级压死人」。这里的「底」指的是传感器的光学尺寸。

光学尺寸大,好处有两点:

首先,成像更好。因为更大的传感器能接收到更多的光。光越多,成像也越好。信噪比越高。

其次,更大的传感器更容易获得广角。所谓长焦易得,广角难求。即便是 2022 年 CES 大展时安森美推出的自动驾驶用 830 万像素图像传感器 AR0820AT,其光学尺寸也只有 1/2,仍然没有索尼的 IMX490 大。

01、「有效距离」的数字游戏

图像传感器像素的提高,最直接的性能提升是有效距离的提升。

当然,某种程度上,有效距离也可以理解为厂家的自说自话。这是因为全球还没有第三方机构来检测「有效距离」。但业内目前有一个标准:即针对大型车辆距离误差不高于 5% 的距离为有效距离。

不太精确地说,如果辅助驾驶系统识别卡车(几个像素即可)的有效距离是 100 米,识别成人的有效距离大约是 10-20 米,识别身高不超过 80 厘米小孩(需要几十个像素甚至上百个像素)的有效距离大约是 8-10 米。

所有厂家都是按识别大型车辆的有效距离来进行宣传的,这几乎没有任何参考意义。

有效距离关联程度最高的就是图像传感器像素。Mobileye 早年的一篇论文对此有详细描述(有兴趣可点此阅读全文:
https://www.cs.huji.ac.il/w~shashua/papers/IV2003.pdf),在这里我只说结论:

一个 30 万像素,安装高度 1.2 米,水平 FOV 为 47 度的摄像头,识别卡车有效距离大约为 44 米,130 万像素大约为 180 米,识别身高不超过 80 厘米的小孩的有效距离大约只有 18 米。

如果是 543 万像素的摄像头,有效距离可以达到 80-90 米。安全程度大大增加。

索尼的 IMX324 图像传感器,在 742 万像素,水平 FOV 为 32 度的情况下,可以看清 160 米外的限速标志牌。

通常,主摄像头的水平 FOV 是 40-50 度,针对长距离的摄像头 FOV 是 25-35 度。FOV 越宽,有效距离就越近。反之就越远,但最主要的因素还是图像传感器的像素。

02、三摄变双摄甚至单摄

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如上图,传感器光学尺寸大的好处,是可以获得更宽广的图像信息。

索尼 IMX490 的另一个好处是其垂直范围拓展宽。目前特斯拉使用的 AR0136AT 是 4:3 格式,这是老式的设计,考虑到监视器的显示比例一般是 4:3 格式,AR0126AT 不是智能驾驶专用的,毕竟它是 2015 年的产品。·

而近期 OV 和安森美的 830 万像素图像传感器都是 16:9 比例,只有索尼的 IMX490 是近乎 3:2 比例。

索尼这样设计主要考虑到红绿灯的高度,争取覆盖到红绿灯,而 OV 和安森美的设计由于光学尺寸不够大,因此尽量水平覆盖,因此选择 16:9 的格式。

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特斯拉是三摄像头设计,之所以这么做是因为 FOV 不同,覆盖的范围不同,为了覆盖更大的范围,需要设置三个摄像头,特斯拉是 35/50/120 度三个 FOV,120 度的摄像头属于超广角,需要做图像畸形矫正。

考虑到 IMX490 的超长超宽覆盖,35/50 度双摄像头可以合二为一,即使 IMX490 用 50 度的 FOV,其有效距离也远远超过 30 度 FOV 的 AR0136AT,同时宽度覆盖也远超过 FOV50 度的 AR0136AT。

特斯拉一向注重成本,未来很可能从三摄像头改为两摄像头甚至单一摄像头,即使 FOV 为 50 度的 IMX490 覆盖宽度也接近 120 度 FOV 的 AR016AT。

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那么,索尼的 IMX490 究竟有什么过人之处呢?举个例子,某些临时交通路口的交通灯采用的是 LED 指示牌,也有些警示牌采用的是 LED 显示。

人眼由于有视觉暂留特性,因此看起来别无二致,但图像传感器就不同,如果图像传感器的帧率与 LED 显示的帧率不同,就会出现闪烁,同时 LED 的高亮度也会特别敏感,导致摄像头无法正常工作。

目前传统的做法是检测到 LED 显示后将其过滤掉。但有时候 LED 信号灯显示的信息非常重要,不能被过滤。

索尼、OV 和安森美都开发了对应方案,索尼最早研发成功,OV 和安森美在其 830 万像素上也有此功能,其中索尼和 OV 技术路线一致,安森美则是独创技术。索尼不需要后端 ISP 配合,仅靠传感器就能实现对 LED 指示牌的识别。

03、二代 FSD 芯片的猜想

如果特斯拉继续 HW3.0 的设计,536 万像素至少需要 1000TOPS 的 AI 算力,这比英伟达的 Orin 要高。考虑到成本因素,特斯拉二代 FSD 芯片很可能不会这么做。

第二代 FSD 或者说 HW4.0,可能只有前主摄像头采用 536 万像素,其余 5 个还是 123 万像素或升级为 200 万像素。

即便如此,初步预估特斯拉的第二代 FSD 芯片至少需要 400TOPS 的 AI 算力。

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特斯拉的卷积算法,AI 实际毫无 AI 可言,它就是靠计算蛮力,像素增加一倍,算力至少需要增加 3 倍。

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做自动驾驶芯片就像搭积木,主要门槛是资金门槛。

国内新兴造车公司很快也会推出自己的自动驾驶芯片。特斯拉在第一代 FSD 芯片里大方承认,除了 NNA 也就是 AI 加速器,其余都是购买自第三方 IP,例如 CPU 来自 ARM,GPU 来自 ARM G71,片上互联来自 Arteris 等等。

至于二代 FSD 的 CPU,很有可能将 A72 换成 A76,也有可能是 A78。

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上图是特斯拉 NNA 裸晶透视图,一个 NNA 的裸晶面积为 47.54 平方毫米,两个近 100 平方毫米,这里面主要的 MAC 有 9216 个阵列,绝大部分都给了 SRAM 内存。

这是特斯拉的一贯设计,2021 年特斯拉技术日上的 Dojo 芯片也是如此,绝大部分都给了 SRAM 内存,因为对于 AI 运算,最主要的瓶颈就是存储,最有效的解决办法就是增加 SRAM 容量。

但不足的是,SRAM 内存非常占裸晶面积,而面积又与芯片成本成正比。

其次,SRAM 很难用先进制程来提高密度缩小面积。

三星 14 纳米的 SRAM bit-cell size 是 0.049 平方微米,7 纳米是 0.026 平方微米。而逻辑元件三星 14 纳米晶体管密度是 32.5 百万晶体管/平方毫米,7 纳米 7LPE 工艺增加到 95.3 百万晶体管/平方毫米,提高近 3 倍。

400TOPS 的算力只需要增加 MAC 数量和 SRAM 容量即可轻松获得,不需要什么技巧。三星 7 纳米工艺,裸晶面积大约需要增加 100 平方毫米。

特斯拉一代 FSD 芯片是 260 平方毫米,预计二代 FSD 芯片要 300 平方毫米,成本估计增加 40-50%。

04、二代 FSD 芯片代工为何选三星

原因很简单。

首先,台积电价格高且产能紧张。

其次,三星价格远低于台积电且产能充足。同时,特斯拉已经和三星合作过,第一代 FSD 芯片就在三星德州奥斯汀厂生产,而特斯拉的总部也在 2021 年搬到了奥斯汀。

双方有地利之便,就在同一座城市,合作沟通起来方便很多。

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上表为 3 季度全球六大晶圆代工厂收入、毛利率、营业利润率和税前净利率。GolbalFoundries 长期亏损,2021 年 6 月刚在美国上市,2021 年上半年 GolbalFoundries 毛利率刚刚转正。

三星的晶圆代工业务隶属系统 LSI 部门,LSI 部门的财务数据是有公开的,但对外没有公布过单晶圆代工业务的任何财务数据,晶圆代工是系统 LSI 部门的主要业务,但不是全部。

除了晶圆代工,三星系统 LSI 部门也对外出售芯片,如图像传感器、供货给奥迪的座舱 SoC 等芯片。三星系统 LSI 部门 3 季度的营业利润率预计只有 11%,2 季度为 5%,1 季度为负 5%。

考虑到系统 LSI 部门单独出售芯片的利润率远高于晶圆代工,三星晶圆代工业务 3 季度的营业利润率肯定低于 10%,预计只有 8-9%,与中国台湾三大代工厂比差距极为明显,估计 3 季度三星晶圆代工业务收入大约 45 亿美元。

三星的晶圆代工业务大而不强,体质很弱。

反观台积电,营业利润率是三星 4 倍。

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三星系统 LSI 部门 2019-2021 年晶圆代工客户分布

三星系统 LSI 部门主要客户包括三星内部的手机和其他芯片,呈逐年下滑趋势,2021 年大约有 50%。

有人会说,因为是内部客户所以才导致利润率偏低,实际这种说不对。三星系统 LSI 部门 2020 年营业利润率有 11%,2021 年更多外部客户加入,营业利润率反而下滑了,预计只有 7%。

显然,内部客户贡献的利润更多,对外部客户,三星是在极低价与台积电竞争,同样是 7 纳米,三星的价格可能不到台积电的 1/3 甚至 1/4。

特斯拉的芯片出货量跟手机领域动辄上亿比,可以说是微不足道,甚至忽略不计,这就导致特斯拉芯片价格竞争力远低于高通之类的厂家。

高通和英伟达是三星晶圆代工主要客户,其他客户主要是展讯(UNISOC),安霸和韩国厂家等,百度和瑞芯微也有很少量投片,特斯拉占三星晶圆代工业务的比例估计不到 1%,和展讯千万级的量比,特斯拉的量太低了。

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上表为三大厂 7 纳米工艺性能对比表,英特尔遥遥领先,奈何英特尔不做代工。在性能对比上,台积电也完虐三星,与英特尔相差无几。

当然,特斯拉选择三星,就无法选择 5 纳米工艺,因为三星的 5 纳米比 7 纳米提升不多,功耗也偏高。特斯拉选择三星,只能选 7 纳米,工艺更成熟。

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为了响应美国政府号召,也为贴近大客户英伟达和高通,三星在 2021 年 11 月正式宣布在美国德州投资 170 亿美元建立 S2-2 晶圆厂。

之前的 S2-1 工厂最高只有 11 纳米,S2-2 厂可以提供 7 纳米工艺。预计 2023 年投产。特斯拉的二代 FSD 计划就在 S2-2 厂制造。

在 S2-2 厂没有正式投产以前,特斯拉大概率也不会推出二代 FSD,更不会推出 Cybertruck。这也是为了尽量延长上一代 FSD 的生命周期。

如果你不着急买特斯拉的话,也可以等等二代 FSD 的发布。

出处:见配图水印

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