揭秘特斯拉HW4.0毫米波雷达主板硬件成本
来源:电子工程世界发布时间:2023-03-091873浏览
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据外媒报道，当地时间3月7日，特斯拉首席执行官埃隆·马斯克表示，该公司正在研发的下一代小型汽车将主要以自动驾驶模式运行，成本应该是Model 3的一半左右。特斯拉曾多次提到，一款更小、更便宜的车型即将问世。有报道称，该公司正考虑推出2.5万美元的紧凑型汽车或掀背车。虽然这些报道还没有完全证实，但特斯拉的高管和马斯克都承认需要一款更便宜的车型。
这不，最新的自动驾驶硬件：HW4.0毫米波雷达主板已经毫无预兆直接上车交付了：没开发布会，也没通知车主。直到提车，销售才风轻云淡向车主介绍了值得关注的地方：HW4.0，毫米波雷达……完全是下一代车载计算机的配备！不过，据外媒透漏，特斯拉交付配备 HW 4.0 的 2023 款 Model S / X，由于配套软件还在开发中，某些功能仍不可用，例如 AP、TACC、FSD Beta 等功能，甚至屏幕上的可视化功能也不支持。据称，只有道路标记是可见的。特斯拉准备升级其自动驾驶硬件已有一段时间了。此前向联邦通信委员会申请在其车辆上增加一个新的雷达，并称计划在 1 月份开始销售，新的雷达将意味着特斯拉计划更新其 Autopilot 和 FSD 的传感器套件。此前，特斯拉爆料大神@Greentheonly 已经展示了 HW4.0的拆解照片，据佐思汽车研究分析，HW4.0包括1个高分辨率毫米波雷达（估计BOM成本120美元）、11个摄像头模组（估计BOM成本240美元）、1个计算盒子（单智能驾驶部分，估计BOM成本1075-1605美元）。合计BOM成本大约1500-2100美元，这个BOM成本不是一成不变的，因为最关键的FSD芯片成本会变动。FSD芯片随着出货量的上升成本会快速下降，芯片一次性流片成本和研发成本是要分摊到每片芯片上的，芯片的出货量越高，分摊到每片芯片上的成本就越低。软件部分的成本可能更高，软件部分包括数据系统，数据的采集、整理、标注、训练都是会消耗大量成本的，这部分成本很难估算，不过基本可以确定二代FSD选配价格可能逼近2万美元。
特斯拉上一代毫米波雷达是德国大陆汽车最低端产品ARS-4B，采购价格约500-600人民币，BOM成本不高于50美元。特斯拉在HW4.0上自研的毫米波雷达光BOM成本都要120美元左右，估计整体成本要150-200美元。
特斯拉毫米波雷达PCB板，低频部分加了屏蔽罩，技术优秀的大厂是不需要加屏蔽罩的。
特斯拉用了两颗3发4收雷达收发器级联，大概率是德州仪器的AWR2243，之前特斯拉在车内60GHz雷达上已经用了德州仪器的AWR6843。特斯拉考虑到成本，没用像大陆ARS540那样4片收发器级联，仅仅两片级联，每片AWR2243大约20美元。特斯拉的总通道48路，大陆ARS540是192路。
特斯拉毫米波雷达处理部分PCB用了AMD旗下Xilinx的FPGA，型号是XA7Z020-1CLG400Q，内含两个ARM A9核心，130级万门电路，53200个LUT，DSP算力276GMACs，价格大约40-60美元。国内价格比较高，在900-1800人民币之间。还有一片美光的DDR3，容量125MB，型号MT41K64M16TW-107 AUT，价格大约1美元。PCB上部可能是以太网物理层或者MIPI CSI-2物理层芯片，右部是供电。BOM成本大约115美元，还有5美元的PCB。这个毫米波雷达大概率是中国台湾广达电脑代工的。
特斯拉HW4.0正面PCBGreentheonly在推特上说二代FSD的CPU由12个变为20个，运行频率在1.37GHz到2.35GHz之间，初代FSD是12个ARM Cortex-A72，3个簇，每簇4个。二代应该还是A72，4个簇，每簇5个。A72是ARM在2015年推出的架构，特斯拉为什么还用这么老的架构，主要原因估计还是成本。ARM的新架构可是要花大价钱的，像A76架构，国内只有瑞芯微和华为买了架构。
二代FSD芯片FSD芯片的成本很难估算，根据芯片表面数字编号，二代FSD代工应该还是三星，三星的报价只是台积电的1/3甚至1/4，这也是台积电的营业利润率是三星5倍的主要原因。选择三星就不大可能选择不成熟的5纳米工艺，应该还是成熟的7纳米工艺。2023年中期，在特斯拉家门口的三星德州仪器奥斯汀厂就能量产7纳米芯片了。
7纳米芯片一次性流片成本大约3000万美元，也就大约2亿人民币。如果二代FSD出货量达到10万片，每片分摊的成本大约300美元；出货量30万片的话，每片分摊成本100美元；出货量100万片，每片分摊的成本大约30美元。其Die尺寸看起来与英伟达Orin差不多，估计晶圆制造成本和封装成本为150美元。特斯拉2022年销量131万辆，按FSD选装率20%即30万套，研发成本按900万美元计算，每片分摊30美元，成本大约280美元；如果15万片的出货量那么成本大概是410美元；如果10万片的话，那么成本是540美元。
GDDR (Graphics Double Data Rate)为显存的一种，GDDR是为了设计高端显卡而特别设计的高性能DDR存储器规格，其有专属的工作频率、时钟频率、电压，因此与市面上标准的DDR存储器有所差异，与普通DDR内存不同且不能共用。一般它比主内存中使用的普通DDR存储器时钟频率更高，发热量更小，所以更适合搭配高端显示芯片。GDDR就是电脑爱好者熟悉的高级显存，GDDR6是英伟达2018年发布20系列显卡才开始出现的，不过目前最强的消费级内存是2020年英伟达携手美光推出的GDDR6X。GDDR6功耗高，一般只用在电脑领域。美光最早推出GDDR6，2021年初时MT61M512M32KPA-14 AAT:C价格大约每片14-16美元，目前估计每片10美元，16片就是160美元。需要指出HW4.0的座舱系统也用了昂贵的GDDR6，不过是三星的4片2GB DDR6，估计也要40美元。Flash存储方面，HW3.0是东芝的THGAF8G8T23BAIL，这是32GB的UFS，不过是很老的UFS2.1标准。HW4.0改用三星的KLUDG8J1ZD，容量提升至128GB，但还是UFS2.1标准，其价格约7.5美元。HW4.0用了大约450个芯片，绝大部分是电源管理。除了上面提到的，比较贵的芯片还有底部正中间的以太网交换机芯片。HW3.0是Marvell的88Q6321，HW4.0显然不会再用这落后的非严格车规以太网芯片。据推测，HW4.0应该换成了性能比较先进的博通BCM8956X或BCM8947X，也有可能是中国台湾瑞昱的，因为车机板上的以太网交换机就是中国台湾瑞昱的。假设是和车机一样的以太网交换机即RTL9068，价格大约30美元。HW3.0据说有4746个元件，HW4.0估计有近5000个元件，绝大部分是被动元件。被动元件价格比较低，一般只有人民币几分钱，最贵的是一些钽电容，就是高级显卡或主板一直宣传的钽电容，在HW4.0上也有一些，钽电容价格大约2-6元人民币之间。还有24路供电中使用了比较高级的DrMOS，单价大约1.3-1.7美元，在超过2000的电脑主板上才能见到，DrMOS国内杰华特是进展最快的，车规级已经量产，国外常见的是MPS和安森美。
左下边有三颗解串行芯片，根据PCB上的标志，3个都是4路解串行芯片，也就是说最多12颗摄像头，特斯拉预留了几颗摄像头的位置，HW4.0估计用了8颗摄像头。
左边是HW3.0的智能驾驶接口，右边是HW4.0接口。上面一层是HW4.0的智能驾驶的接口，下面是座舱接口，显然座舱是两个显示屏输出接口。智能驾驶方面， 最上面的红色的预留，目前不用。蓝色的是驾驶员行为监测，四个接口的是4个车两侧的130万像素摄像头接口。白色的连接两个后向摄像头，黑色的前视摄像头，可能两个都是500万像素。推测特斯拉减少了一个前视摄像头，后向加了一个摄像头。特斯拉用了三片4路解串行芯片，估计是美信的MAX96712，这个芯片在国内非常抢手，可以支持4个400万像素，每片价格35-70美元。HW3.0则是两片德州仪器的DS90UB960和一片DS90UB954，个头明显比美信的要小。在摄像头一侧应该还有11个加串行芯片，估计总体成本35美元。摄像头接口12个，其中1个预留；1个车内做驾驶员行为监测；4个做360环视，即“F-SVC”, “L-SVC”, “R-SVC”, “Back Up"，估计是比较低的130万像素；4个做鸟瞰BEV，即“L-FF-Rear”, “R-FF-Rear”, “L-FF-Side”, “R-FF-Side”，FF应该是远场，估计是200万像素；2个前置，一个主Main，一个宽视场Wide。
上面的是HW4.0，下面是HW3.0，可以看出水冷部分做了重新设计除了芯片，传感器配置和数量也在发生变化——
比如HW1.0时代，传感器配置为1颗前视摄像头+1个毫米波雷达+12个超声波雷达；HW2.0时代传感器数量大幅提升，使用8个摄像头+1个毫米波雷达+12个超声波雷达，这一配置也沿用到了HW3.0时代。
但就在2021年5月，特斯拉官宣把毫米波雷达扔进垃圾堆。在特斯拉之后的官方声明里，甚至把超声波雷达也减掉了——明确表示从2022年10月开始，面向北美、欧洲、中东和中国台湾制造交付的Model 3和Y都不再有超声波雷达，2023年开始面向全球交付的Model S和X也都不再有超声波雷达。总的来说，每一代在芯片和传感器方面，都有所变化。
马斯克这样评价HW4.0：HW4.0超越HW3.0，如果上一代比人类安全200%或300%，那么HW4.0可能比人类安全500%或600%。来源：整理自佐思汽车研究、知乎、智能车参考等
万字长文详解“车规级”芯片
激光雷达的饭碗要被端了？2023半导体十大趋势预测碳化硅、氮化镓靠边站，最佳半导体材料出现了？
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据外媒报道，当地时间3月7日，特斯拉首席执行官埃隆·马斯克表示，该公司正在研发的下一代小型汽车将主要以自动驾驶模式运行，成本应该是Model 3的一半左右。特斯拉曾多次提到，一款更小、更便宜的车型即将问世。有报道称，该公司正考虑推出2.5万美元的紧凑型汽车或掀背车。虽然这些报道还没有完全证实，但特斯拉的高管和马斯克都承认需要一款更便宜的车型。
而早在2020年的电池日活动中，马斯克就已经透出风声，称将在三年内制造出一款基于Model 3模型、价值25000美元的小型全自动电动汽车。
这不，最新的自动驾驶硬件：HW4.0毫米波雷达主板已经毫无预兆直接上车交付了：没开发布会，也没通知车主。直到提车，销售才风轻云淡向车主介绍了值得关注的地方：HW4.0，毫米波雷达……完全是下一代车载计算机的配备！不过，据外媒透漏，特斯拉交付配备 HW 4.0 的 2023 款 Model S / X，由于配套软件还在开发中，某些功能仍不可用，例如 AP、TACC、FSD Beta 等功能，甚至屏幕上的可视化功能也不支持。据称，只有道路标记是可见的。特斯拉准备升级其自动驾驶硬件已有一段时间了。此前向联邦通信委员会申请在其车辆上增加一个新的雷达，并称计划在 1 月份开始销售，新的雷达将意味着特斯拉计划更新其 Autopilot 和 FSD 的传感器套件。此前，特斯拉爆料大神@Greentheonly 已经展示了 HW4.0的拆解照片，据佐思汽车研究分析，HW4.0包括1个高分辨率毫米波雷达（估计BOM成本120美元）、11个摄像头模组（估计BOM成本240美元）、1个计算盒子（单智能驾驶部分，估计BOM成本1075-1605美元）。合计BOM成本大约1500-2100美元，这个BOM成本不是一成不变的，因为最关键的FSD芯片成本会变动。FSD芯片随着出货量的上升成本会快速下降，芯片一次性流片成本和研发成本是要分摊到每片芯片上的，芯片的出货量越高，分摊到每片芯片上的成本就越低。软件部分的成本可能更高，软件部分包括数据系统，数据的采集、整理、标注、训练都是会消耗大量成本的，这部分成本很难估算，不过基本可以确定二代FSD选配价格可能逼近2万美元。
特斯拉上一代毫米波雷达是德国大陆汽车最低端产品ARS-4B，采购价格约500-600人民币，BOM成本不高于50美元。特斯拉在HW4.0上自研的毫米波雷达光BOM成本都要120美元左右，估计整体成本要150-200美元。特斯拉毫米波雷达PCB板，低频部分加了屏蔽罩，技术优秀的大厂是不需要加屏蔽罩的。特斯拉用了两颗3发4收雷达收发器级联，大概率是德州仪器的AWR2243，之前特斯拉在车内60GHz雷达上已经用了德州仪器的AWR6843。特斯拉考虑到成本，没用像大陆ARS540那样4片收发器级联，仅仅两片级联，每片AWR2243大约20美元。特斯拉的总通道48路，大陆ARS540是192路。特斯拉毫米波雷达处理部分PCB用了AMD旗下Xilinx的FPGA，型号是XA7Z020-1CLG400Q，内含两个ARM A9核心，130级万门电路，53200个LUT，DSP算力276GMACs，价格大约40-60美元。国内价格比较高，在900-1800人民币之间。还有一片美光的DDR3，容量125MB，型号MT41K64M16TW-107 AUT，价格大约1美元。PCB上部可能是以太网物理层或者MIPI CSI-2物理层芯片，右部是供电。BOM成本大约115美元，还有5美元的PCB。这个毫米波雷达大概率是中国台湾广达电脑代工的。特斯拉HW4.0正面PCBGreentheonly在推特上说二代FSD的CPU由12个变为20个，运行频率在1.37GHz到2.35GHz之间，初代FSD是12个ARM Cortex-A72，3个簇，每簇4个。二代应该还是A72，4个簇，每簇5个。A72是ARM在2015年推出的架构，特斯拉为什么还用这么老的架构，主要原因估计还是成本。ARM的新架构可是要花大价钱的，像A76架构，国内只有瑞芯微和华为买了架构。
二代FSD芯片FSD芯片的成本很难估算，根据芯片表面数字编号，二代FSD代工应该还是三星，三星的报价只是台积电的1/3甚至1/4，这也是台积电的营业利润率是三星5倍的主要原因。选择三星就不大可能选择不成熟的5纳米工艺，应该还是成熟的7纳米工艺。2023年中期，在特斯拉家门口的三星德州仪器奥斯汀厂就能量产7纳米芯片了。
7纳米芯片一次性流片成本大约3000万美元，也就大约2亿人民币。如果二代FSD出货量达到10万片，每片分摊的成本大约300美元；出货量30万片的话，每片分摊成本100美元；出货量100万片，每片分摊的成本大约30美元。其Die尺寸看起来与英伟达Orin差不多，估计晶圆制造成本和封装成本为150美元。特斯拉2022年销量131万辆，按FSD选装率20%即30万套，研发成本按900万美元计算，每片分摊30美元，成本大约280美元；如果15万片的出货量那么成本大概是410美元；如果10万片的话，那么成本是540美元。
GDDR (Graphics Double Data Rate)为显存的一种，GDDR是为了设计高端显卡而特别设计的高性能DDR存储器规格，其有专属的工作频率、时钟频率、电压，因此与市面上标准的DDR存储器有所差异，与普通DDR内存不同且不能共用。一般它比主内存中使用的普通DDR存储器时钟频率更高，发热量更小，所以更适合搭配高端显示芯片。GDDR就是电脑爱好者熟悉的高级显存，GDDR6是英伟达2018年发布20系列显卡才开始出现的，不过目前最强的消费级内存是2020年英伟达携手美光推出的GDDR6X。GDDR6功耗高，一般只用在电脑领域。美光最早推出GDDR6，2021年初时MT61M512M32KPA-14 AAT:C价格大约每片14-16美元，目前估计每片10美元，16片就是160美元。需要指出HW4.0的座舱系统也用了昂贵的GDDR6，不过是三星的4片2GB DDR6，估计也要40美元。Flash存储方面，HW3.0是东芝的THGAF8G8T23BAIL，这是32GB的UFS，不过是很老的UFS2.1标准。HW4.0改用三星的KLUDG8J1ZD，容量提升至128GB，但还是UFS2.1标准，其价格约7.5美元。HW4.0用了大约450个芯片，绝大部分是电源管理。除了上面提到的，比较贵的芯片还有底部正中间的以太网交换机芯片。HW3.0是Marvell的88Q6321，HW4.0显然不会再用这落后的非严格车规以太网芯片。据推测，HW4.0应该换成了性能比较先进的博通BCM8956X或BCM8947X，也有可能是中国台湾瑞昱的，因为车机板上的以太网交换机就是中国台湾瑞昱的。假设是和车机一样的以太网交换机即RTL9068，价格大约30美元。HW3.0据说有4746个元件，HW4.0估计有近5000个元件，绝大部分是被动元件。被动元件价格比较低，一般只有人民币几分钱，最贵的是一些钽电容，就是高级显卡或主板一直宣传的钽电容，在HW4.0上也有一些，钽电容价格大约2-6元人民币之间。还有24路供电中使用了比较高级的DrMOS，单价大约1.3-1.7美元，在超过2000的电脑主板上才能见到，DrMOS国内杰华特是进展最快的，车规级已经量产，国外常见的是MPS和安森美。
左下边有三颗解串行芯片，根据PCB上的标志，3个都是4路解串行芯片，也就是说最多12颗摄像头，特斯拉预留了几颗摄像头的位置，HW4.0估计用了8颗摄像头。左边是HW3.0的智能驾驶接口，右边是HW4.0接口。上面一层是HW4.0的智能驾驶的接口，下面是座舱接口，显然座舱是两个显示屏输出接口。智能驾驶方面， 最上面的红色的预留，目前不用。蓝色的是驾驶员行为监测，四个接口的是4个车两侧的130万像素摄像头接口。白色的连接两个后向摄像头，黑色的前视摄像头，可能两个都是500万像素。推测特斯拉减少了一个前视摄像头，后向加了一个摄像头。特斯拉用了三片4路解串行芯片，估计是美信的MAX96712，这个芯片在国内非常抢手，可以支持4个400万像素，每片价格35-70美元。HW3.0则是两片德州仪器的DS90UB960和一片DS90UB954，个头明显比美信的要小。在摄像头一侧应该还有11个加串行芯片，估计总体成本35美元。摄像头接口12个，其中1个预留；1个车内做驾驶员行为监测；4个做360环视，即“F-SVC”, “L-SVC”, “R-SVC”, “Back Up"，估计是比较低的130万像素；4个做鸟瞰BEV，即“L-FF-Rear”, “R-FF-Rear”, “L-FF-Side”, “R-FF-Side”，FF应该是远场，估计是200万像素；2个前置，一个主Main，一个宽视场Wide。特斯拉的硬件进化史
HW1.0–基于Mobileye芯片的第一代驾驶辅助硬件。它使用了单个EQ3系列摄像头，单个毫米波雷达和12个中程超声波传感器，毫米波雷达是由博世提供，摄像头布置于后视镜附近，硬件选型都是基于市场上成熟的供应商产品，在HW1.0阶段特斯拉的主要工作是多传感器融合+应用层软件开发。
HW2.0–特斯拉设计的第二代驾驶辅助硬件，传感器数量大幅提升，使用8个摄像头，12个远程超声波传感器和一个前置毫米波雷达，这套传感器配置为特斯拉FSD功能打下良好的基础，现在回看当时的特斯拉传感器布局的前瞻性。特斯拉基于英伟达Drive PX2开发一个全新的驾驶辅助硬件，MCU芯片采用英飞凌TriCore系列产品，毫米波雷达仍然是博世产品，该驾驶辅助硬件安装于手套箱下方，这个阶段特斯拉掌握图像识别算法+多传感器融合+应用层软件开发。
HW2.5–这是对HW2.0的一个小版本更新，主要用于冗余和略微提高的可靠性。此版本还新增两个功能：行车记录仪和带有本地保存视频的哨兵模式。还有一个变化点是毫米波雷达的供应商从博世变成大陆，大陆的毫米波雷达也不逊色于博世。
早期的model 3和modelY驾驶辅助ECU硬件类似于HW2.5，但使用的是汽车冷却液回路中的水冷而不是散热风扇。
HW3.0–特斯拉驾驶辅助硬件的重大革新，首次采用自研的自动驾驶芯片，抛弃英飞凌/英伟达的产品，自研高度集成的SoC+MCU芯片，具备全套芯片设计+图像识别算法+多传感器融合+应用层软件开发。
Model 3将驾驶辅助硬件和娱乐系统硬件集成在一个控制器中，但电路设计没有高度集成，娱乐信息和自动驾驶是两块独立的电路板，使用水冷散热。
上面的是HW4.0，下面是HW3.0，可以看出水冷部分做了重新设计除了芯片，传感器配置和数量也在发生变化——比如HW1.0时代，传感器配置为1颗前视摄像头+1个毫米波雷达+12个超声波雷达；HW2.0时代传感器数量大幅提升，使用8个摄像头+1个毫米波雷达+12个超声波雷达，这一配置也沿用到了HW3.0时代。
但就在2021年5月，特斯拉官宣把毫米波雷达扔进垃圾堆。在特斯拉之后的官方声明里，甚至把超声波雷达也减掉了——明确表示从2022年10月开始，面向北美、欧洲、中东和中国台湾制造交付的Model 3和Y都不再有超声波雷达，2023年开始面向全球交付的Model S和X也都不再有超声波雷达。总的来说，每一代在芯片和传感器方面，都有所变化。马斯克这样评价HW4.0：HW4.0超越HW3.0，如果上一代比人类安全200%或300%，那么HW4.0可能比人类安全500%或600%。来源：整理自佐思汽车研究、知乎、智能车参考等推荐阅读
万字长文详解“车规级”芯片激光雷达的饭碗要被端了？2023半导体十大趋势预测碳化硅、氮化镓靠边站，最佳半导体材料出现了？
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