忍住別買(mǎi)，下一代特斯拉FSD更好

如果你對(duì)即將在明年登場(chǎng)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？

先說(shuō)結(jié)論，兩代 FSD 間的差異巨大，特別是基礎(chǔ)硬件——既無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的物理升級(jí)完成，更不用說(shuō) OTA 了。

目前這一代特斯拉 FSD（HW3.0），圖像傳感器為安森美的 AR0136AT，這是 2015 年的產(chǎn)品，像素僅有 123 萬(wàn)像素。

新一代 FSD（HW4.0)，不出意外的話，首先會(huì)搭載在不斷推遲量產(chǎn)的 Cybertruck 上，其中最大的變動(dòng)之一就是圖像傳感器由安森美的 AR0136AT 變?yōu)樗髂岬?IMX490，像素增加到 543 萬(wàn)。

IMX490 像素為水平 2896*垂直 1876，1/1.55 即 10.36 毫米，ADC 10 比特幀率為 40 幀，ADC 12 比特幀率為 30 幀，靈敏度為 2280mV，動(dòng)態(tài)范圍為 120 分貝，可擴(kuò)展為 140 分貝。

AR0136AT 為 1280*960 像素，1/3 光學(xué)尺寸，IMX490 是其兩倍大，也就是攝影界常說(shuō)的「底大一級(jí)壓死人」。這里的「底」指的是傳感器的光學(xué)尺寸。

光學(xué)尺寸大，好處有兩點(diǎn)：

首先，成像更好。因?yàn)楦蟮膫鞲衅髂芙邮盏礁嗟墓?。光越多，成像也越好?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/521978.html">信噪比越高。

其次，更大的傳感器更容易獲得廣角。所謂長(zhǎng)焦易得，廣角難求。即便是 2022 年 CES 大展時(shí)安森美推出的自動(dòng)駕駛用 830 萬(wàn)像素圖像傳感器 AR0820AT，其光學(xué)尺寸也只有 1/2，仍然沒(méi)有索尼的 IMX490 大。

01「有效距離」的數(shù)字游戲

圖像傳感器像素的提高，最直接的性能提升是有效距離的提升。

當(dāng)然，某種程度上，有效距離也可以理解為廠家的自說(shuō)自話。這是因?yàn)槿蜻€沒(méi)有第三方機(jī)構(gòu)來(lái)檢測(cè)「有效距離」。但業(yè)內(nèi)目前有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：即針對(duì)大型車(chē)輛距離誤差不高于 5% 的距離為有效距離。

不太精確地說(shuō)，如果輔助駕駛系統(tǒng)識(shí)別卡車(chē)（幾個(gè)像素即可）的有效距離是 100 米，識(shí)別成人的有效距離大約是 10-20 米，識(shí)別身高不超過(guò) 80 厘米小孩（需要幾十個(gè)像素甚至上百個(gè)像素）的有效距離大約是 8-10 米。

所有廠家都是按識(shí)別大型車(chē)輛的有效距離來(lái)進(jìn)行宣傳的，這幾乎沒(méi)有任何參考意義。

有效距離關(guān)聯(lián)程度最高的就是圖像傳感器像素。Mobileye 早年的一篇論文對(duì)此有詳細(xì)描述（有興趣可點(diǎn)此閱讀全文：https://www.cs.huji.ac.il/w~shashua/papers/IV2003.pdf），在這里我只說(shuō)結(jié)論：

一個(gè) 30 萬(wàn)像素，安裝高度 1.2 米，水平 FOV 為 47 度的攝像頭，識(shí)別卡車(chē)有效距離大約為 44 米，130 萬(wàn)像素大約為 180 米，識(shí)別身高不超過(guò) 80 厘米的小孩的有效距離大約只有 18 米。

如果是 543 萬(wàn)像素的攝像頭，有效距離可以達(dá)到 80-90 米。安全程度大大增加。

索尼的 IMX324 圖像傳感器，在 742 萬(wàn)像素，水平 FOV 為 32 度的情況下，可以看清 160 米外的限速標(biāo)志牌。

通常，主攝像頭的水平 FOV 是 40-50 度，針對(duì)長(zhǎng)距離的攝像頭 FOV 是 25-35 度。FOV 越寬，有效距離就越近。反之就越遠(yuǎn)，但最主要的因素還是圖像傳感器的像素。

02、三攝變雙攝甚至單攝 

如上圖，傳感器光學(xué)尺寸大的好處，是可以獲得更寬廣的圖像信息。

索尼 IMX490 的另一個(gè)好處是其垂直范圍拓展寬。目前特斯拉使用的 AR0136AT 是 4：3 格式，這是老式的設(shè)計(jì)，考慮到監(jiān)視器的顯示比例一般是 4：3 格式，AR0126AT 不是智能駕駛專(zhuān)用的，畢竟它是 2015 年的產(chǎn)品。·

而近期 OV 和安森美的 830 萬(wàn)像素圖像傳感器都是 16：9 比例，只有索尼的 IMX490 是近乎 3：2 比例。

索尼這樣設(shè)計(jì)主要考慮到紅綠燈的高度，爭(zhēng)取覆蓋到紅綠燈，而 OV 和安森美的設(shè)計(jì)由于光學(xué)尺寸不夠大，因此盡量水平覆蓋，因此選擇 16：9 的格式。

特斯拉是三攝像頭設(shè)計(jì)，之所以這么做是因?yàn)?FOV 不同，覆蓋的范圍不同，為了覆蓋更大的范圍，需要設(shè)置三個(gè)攝像頭，特斯拉是 35/50/120 度三個(gè) FOV，120 度的攝像頭屬于超廣角，需要做圖像畸形矯正。

考慮到 IMX490 的超長(zhǎng)超寬覆蓋，35/50 度雙攝像頭可以合二為一，即使 IMX490 用 50 度的 FOV，其有效距離也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) 30 度 FOV 的 AR0136AT，同時(shí)寬度覆蓋也遠(yuǎn)超過(guò) FOV50 度的 AR0136AT。

特斯拉一向注重成本，未來(lái)很可能從三攝像頭改為兩攝像頭甚至單一攝像頭，即使 FOV 為 50 度的 IMX490 覆蓋寬度也接近 120 度 FOV 的 AR016AT。

那么，索尼的 IMX490 究竟有什么過(guò)人之處呢？舉個(gè)例子，某些臨時(shí)交通路口的交通燈采用的是 LED 指示牌，也有些警示牌采用的是 LED 顯示。

人眼由于有視覺(jué)暫留特性，因此看起來(lái)別無(wú)二致，但圖像傳感器就不同，如果圖像傳感器的幀率與 LED 顯示的幀率不同，就會(huì)出現(xiàn)閃爍，同時(shí) LED 的高亮度也會(huì)特別敏感，導(dǎo)致攝像頭無(wú)法正常工作。

目前傳統(tǒng)的做法是檢測(cè)到 LED 顯示后將其過(guò)濾掉。但有時(shí)候 LED 信號(hào)燈顯示的信息非常重要，不能被過(guò)濾。

索尼、OV 和安森美都開(kāi)發(fā)了對(duì)應(yīng)方案，索尼最早研發(fā)成功，OV 和安森美在其 830 萬(wàn)像素上也有此功能，其中索尼和 OV 技術(shù)路線一致，安森美則是獨(dú)創(chuàng)技術(shù)。索尼不需要后端 ISP 配合，僅靠傳感器就能實(shí)現(xiàn)對(duì) LED 指示牌的識(shí)別。

03、二代 FSD 芯片的猜想

如果特斯拉繼續(xù) HW3.0 的設(shè)計(jì)，536 萬(wàn)像素至少需要 1000TOPS 的 AI 算力，這比英偉達(dá)的 Orin 要高?？紤]到成本因素，特斯拉二代 FSD 芯片很可能不會(huì)這么做。

第二代 FSD 或者說(shuō) HW4.0，可能只有前主攝像頭采用 536 萬(wàn)像素，其余 5 個(gè)還是 123 萬(wàn)像素或升級(jí)為 200 萬(wàn)像素。
即便如此，初步預(yù)估特斯拉的第二代 FSD 芯片至少需要 400TOPS 的 AI 算力。

特斯拉的卷積算法，AI 實(shí)際毫無(wú) AI 可言，它就是靠計(jì)算蠻力，像素增加一倍，算力至少需要增加 3 倍。

做自動(dòng)駕駛芯片就像搭積木，主要門(mén)檻是資金門(mén)檻。

國(guó)內(nèi)新興造車(chē)公司很快也會(huì)推出自己的自動(dòng)駕駛芯片。特斯拉在第一代 FSD 芯片里大方承認(rèn)，除了 NNA 也就是 AI 加速器，其余都是購(gòu)買(mǎi)自第三方 IP，例如 CPU 來(lái)自 ARM，GPU 來(lái)自 ARM G71，片上互聯(lián)來(lái)自 Arteris 等等。

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

上圖是特斯拉 NNA 裸晶透視圖，一個(gè) NNA 的裸晶面積為 47.54 平方毫米，兩個(gè)近 100 平方毫米，這里面主要的 MAC 有 9216 個(gè)陣列，絕大部分都給了 SRAM 內(nèi)存。

這是特斯拉的一貫設(shè)計(jì)，2021 年特斯拉技術(shù)日上的 Dojo 芯片也是如此，絕大部分都給了 SRAM 內(nèi)存，因?yàn)閷?duì)于 AI 運(yùn)算，最主要的瓶頸就是存儲(chǔ)，最有效的解決辦法就是增加 SRAM 容量。

但不足的是，SRAM 內(nèi)存非常占裸晶面積，而面積又與芯片成本成正比。

其次，SRAM 很難用先進(jìn)制程來(lái)提高密度縮小面積。

三星 14 納米的 SRAM bit-cell size 是 0.049 平方微米，7 納米是 0.026 平方微米。而邏輯元件三星 14 納米晶體管密度是 32.5 百萬(wàn)晶體管/平方毫米，7 納米 7LPE 工藝增加到 95.3 百萬(wàn)晶體管/平方毫米，提高近 3 倍。

400TOPS 的算力只需要增加 MAC 數(shù)量和 SRAM 容量即可輕松獲得，不需要什么技巧。三星 7 納米工藝，裸晶面積大約需要增加 100 平方毫米。

特斯拉一代 FSD 芯片是 260 平方毫米，預(yù)計(jì)二代 FSD 芯片要 300 平方毫米，成本估計(jì)增加 40-50%。

04、二代 FSD 芯片代工為何選三星

原因很簡(jiǎn)單。

首先，臺(tái)積電價(jià)格高且產(chǎn)能緊張。

其次，三星價(jià)格遠(yuǎn)低于臺(tái)積電且產(chǎn)能充足。同時(shí)，特斯拉已經(jīng)和三星合作過(guò)，第一代 FSD 芯片就在三星德州奧斯汀廠生產(chǎn)，而特斯拉的總部也在 2021 年搬到了奧斯汀。

雙方有地利之便，就在同一座城市，合作溝通起來(lái)方便很多。 

上表為 3 季度全球六大晶圓代工廠收入、毛利率、營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率和稅前凈利率。GolbalFoundries 長(zhǎng)期虧損，2021 年 6 月剛在美國(guó)上市，2021 年上半年 GolbalFoundries 毛利率剛剛轉(zhuǎn)正。

三星的晶圓代工業(yè)務(wù)隸屬系統(tǒng) LSI 部門(mén)，LSI 部門(mén)的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)是有公開(kāi)的，但對(duì)外沒(méi)有公布過(guò)單晶圓代工業(yè)務(wù)的任何財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，晶圓代工是系統(tǒng) LSI 部門(mén)的主要業(yè)務(wù)，但不是全部。

除了晶圓代工，三星系統(tǒng) LSI 部門(mén)也對(duì)外出售芯片，如圖像傳感器、供貨給奧迪的座艙 SoC 等芯片。三星系統(tǒng) LSI 部門(mén) 3 季度的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率預(yù)計(jì)只有 11%，2 季度為 5%，1 季度為負(fù) 5%。

考慮到系統(tǒng) LSI 部門(mén)單獨(dú)出售芯片的利潤(rùn)率遠(yuǎn)高于晶圓代工，三星晶圓代工業(yè)務(wù) 3 季度的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率肯定低于 10%，預(yù)計(jì)只有 8-9%，與中國(guó)臺(tái)灣三大代工廠比差距極為明顯，估計(jì) 3 季度三星晶圓代工業(yè)務(wù)收入大約 45 億美元。

三星的晶圓代工業(yè)務(wù)大而不強(qiáng)，體質(zhì)很弱。

反觀臺(tái)積電，營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率是三星 4 倍。  

 三星系統(tǒng) LSI 部門(mén) 2019-2021 年晶圓代工客戶分布

三星系統(tǒng) LSI 部門(mén)主要客戶包括三星內(nèi)部的手機(jī)和其他芯片，呈逐年下滑趨勢(shì)，2021 年大約有 50%。

有人會(huì)說(shuō)，因?yàn)槭莾?nèi)部客戶所以才導(dǎo)致利潤(rùn)率偏低，實(shí)際這種說(shuō)不對(duì)。三星系統(tǒng) LSI 部門(mén) 2020 年?duì)I業(yè)利潤(rùn)率有 11%，2021 年更多外部客戶加入，營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率反而下滑了，預(yù)計(jì)只有 7%。

顯然，內(nèi)部客戶貢獻(xiàn)的利潤(rùn)更多，對(duì)外部客戶，三星是在極低價(jià)與臺(tái)積電競(jìng)爭(zhēng)，同樣是 7 納米，三星的價(jià)格可能不到臺(tái)積電的 1/3 甚至 1/4。

特斯拉的芯片出貨量跟手機(jī)領(lǐng)域動(dòng)輒上億比，可以說(shuō)是微不足道，甚至忽略不計(jì)，這就導(dǎo)致特斯拉芯片價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力遠(yuǎn)低于高通之類(lèi)的廠家。

高通和英偉達(dá)是三星晶圓代工主要客戶，其他客戶主要是展訊（UNISOC），安霸和韓國(guó)廠家等，百度和瑞芯微也有很少量投片，特斯拉占三星晶圓代工業(yè)務(wù)的比例估計(jì)不到 1%，和展訊千萬(wàn)級(jí)的量比，特斯拉的量太低了。 

上表為三大廠 7 納米工藝性能對(duì)比表，英特爾遙遙領(lǐng)先，奈何英特爾不做代工。在性能對(duì)比上，臺(tái)積電也完虐三星，與英特爾相差無(wú)幾。

當(dāng)然，特斯拉選擇三星，就無(wú)法選擇 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，工藝更成熟。

為了響應(yīng)美國(guó)政府號(hào)召，也為貼近大客戶英偉達(dá)和高通，三星在 2021 年 11 月正式宣布在美國(guó)德州投資 170 億美元建立 S2-2 晶圓廠。

之前的 S2-1 工廠最高只有 11 納米，S2-2 廠可以提供 7 納米工藝。預(yù)計(jì) 2023 年投產(chǎn)。特斯拉的二代 FSD 計(jì)劃就在 S2-2 廠制造。

在 S2-2 廠沒(méi)有正式投產(chǎn)以前，特斯拉大概率也不會(huì)推出二代 FSD，更不會(huì)推出 Cybertruck。這也是為了盡量延長(zhǎng)上一代 FSD 的生命周期。 如果你不著急買(mǎi)特斯拉的話，也可以等等二代 FSD 的發(fā)布。等等黨終將迎來(lái)勝利！

特約作者 / 周彥武（業(yè)內(nèi)資深專(zhuān)家）

編輯 / 汽車(chē)之心