忍住別買，下一代特斯拉FSD更好

如果你對即將在明年登場的特斯拉新一代 FSD 有所了解，又如何看待如今老一代的 FSD 呢？

先說結(jié)論，兩代 FSD 間的差異巨大，特別是基礎(chǔ)硬件——既無法通過簡單的物理升級完成，更不用說 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 萬像素。

新一代 FSD（HW4.0)，不出意外的話，首先會搭載在不斷推遲量產(chǎn)的 Cybertruck 上，其中最大的變動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。

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，也就是攝影界常說的「底大一級壓死人」。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)安森美推出的自動駕駛用 830 萬像素圖像傳感器 AR0820AT，其光學(xué)尺寸也只有 1/2，仍然沒有索尼的 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自話。這是因?yàn)槿蜻€沒有第三方機(jī)構(gòu)來檢測「有效距離」。但業(yè)內(nèi)目前有一個標(biāo)準(zhǔn)：即針對大型車輛距離誤差不高于 5% 的距離為有效距離。

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

所有廠家都是按識別大型車輛的有效距離來進(jìn)行宣傳的，這幾乎沒有任何參考意義。

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），在這里我只說結(jié)論：

一個 30 萬像素，安裝高度 1.2 米，水平 FOV 為 47 度的攝像頭，識別卡車有效距離大約為 44 米，130 萬像素大約為 180 米，識別身高不超過 80 厘米的小孩的有效距離大約只有 18 米。

如果是 543 萬像素的攝像頭，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，針對長距離的攝像頭 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 不是智能駕駛專用的，畢竟它是 2015 年的產(chǎn)品。·

而近期 OV 和安森美的 830 萬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)置三個攝像頭，特斯拉是 35/50/120 度三個 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 30 度 FOV 的 AR0136AT，同時(shí)寬度覆蓋也遠(yuǎn)超過 FOV50 度的 AR0136AT。

特斯拉一向注重成本，未來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 究竟有什么過人之處呢？舉個例子，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。

人眼由于有視覺暫留特性，因此看起來別無二致，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，就會出現(xiàn)閃爍，同時(shí) LED 的高亮度也會特別敏感，導(dǎo)致攝像頭無法正常工作。

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

索尼、OV 和安森美都開發(fā)了對應(yīng)方案，索尼最早研發(fā)成功，OV 和安森美在其 830 萬像素上也有此功能，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 LED 指示牌的識別。

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 萬像素至少需要 1000TOPS 的 AI 算力，這比英偉達(dá)的 Orin 要高。考慮到成本因素，特斯拉二代 FSD 芯片很可能不會這么做。

第二代 FSD 或者說 HW4.0，可能只有前主攝像頭采用 536 萬像素，其余 5 個還是 123 萬像素或升級為 200 萬像素。
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 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。

做自動駕駛芯片就像搭積木，主要門檻是資金門檻。

國內(nèi)新興造車公司很快也會推出自己的自動駕駛芯片。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，其余都是購買自第三方 IP，例如 CPU 來自 ARM，GPU 來自 ARM G71，片上互聯(lián)來自 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 NNA 的裸晶面積為 47.54 平方毫米，兩個近 100 平方毫米，這里面主要的 MAC 有 9216 個陣列，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τ?AI 運(yùn)算，最主要的瓶頸就是存儲，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 百萬晶體管/平方毫米，7 納米 7LPE 工藝增加到 95.3 百萬晶體管/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

原因很簡單。

首先，臺積電價(jià)格高且產(chǎn)能緊張。

其次，三星價(jià)格遠(yuǎn)低于臺積電且產(chǎn)能充足。同時(shí)，特斯拉已經(jīng)和三星合作過，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、營業(yè)利潤率和稅前凈利率。GolbalFoundries 長期虧損，2021 年 6 月剛在美國上市，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，LSI 部門的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)是有公開的，但對外沒有公布過單晶圓代工業(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 部門也對外出售芯片，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 3 季度的營業(yè)利潤率預(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 部門單獨(dú)出售芯片的利潤率遠(yuǎn)高于晶圓代工，三星晶圓代工業(yè)務(wù) 3 季度的營業(yè)利潤率肯定低于 10%，預(yù)計(jì)只有 8-9%，與中國臺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。

反觀臺積電，營業(yè)利潤率是三星 4 倍。  

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

三星系統(tǒng) LSI 部門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，2021 年大約有 50%。

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

顯然，內(nèi)部客戶貢獻(xiàn)的利潤更多，對外部客戶，三星是在極低價(jià)與臺積電競爭，同樣是 7 納米，三星的價(jià)格可能不到臺積電的 1/3 甚至 1/4。

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

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%，和展訊千萬級的量比，特斯拉的量太低了。 

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

當(dāng)然，特斯拉選擇三星，就無法選擇 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)美國政府號召，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 廠沒有正式投產(chǎn)以前，特斯拉大概率也不會推出二代 FSD，更不會推出 Cybertruck。這也是為了盡量延長上一代 FSD 的生命周期。 如果你不著急買特斯拉的話，也可以等等二代 FSD 的發(fā)布。等等黨終將迎來勝利！

特約作者 / 周彥武（業(yè)內(nèi)資深專家）

編輯 / 汽車之心