分析特斯拉AP3.0(FSD版)域控制器(上)

目前嚴格意義上稱得上域控制器的恐怕只有奧迪A8的zFAS和特斯拉的AP3.0了,其餘很多域控制器實際只是虛擬機。有以太網總線的才稱得上是真正的域控制器,域控制器的核心是輸入系統和以太交換機。

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上圖為特斯拉AP3.0硬件板


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單芯片價格估計為5000人民幣,估計整塊板子成本大約在7500-8500人民幣之間(價格跟接插件關係巨大,接插件是除芯片外最貴的零組件,名廠的高端產品價格高於普通芯片),選裝價則是5.6萬人民幣,也有可能FSD的價格遠高於我估計的價格,以特斯拉低於百萬的量,這顆FSD價格最少也是1500一片,非常昂貴。從照片看PCB 是美國TTM的作品,AP3.0應該和以前一樣也是由全球第一大筆記本電腦代工廠臺灣廣達在上海松江的工廠代工。


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先說一些外圍和非核心元件,LPDDR4是美光供應的,根據第一行序列號,這是一顆 2018 年第二週生產的顆粒(8表示2018,B 表示第 4 周,鎂光只在雙數週進行顆粒封裝),然後這是一顆 D-Die 顆粒(D 代表 D-Die,屬於鎂光產品線中性能相對一般的型號), 77 分別代表芯片生產地和封裝地,7 代表中國臺灣(5 代表中國大陸)。D9WCF對應型號為MT53D512M32D2DS-046AAT,53 代表這是一顆 LPDDR4 顆粒;D 代表1.1V 的工作電壓;512M 表示單顆顆粒的容量為 512MB;32 表示單顆粒位寬為 32bit,D2 表示這款顆粒是雙層封裝,也就是單顆體積裡面有兩顆 512MB 的顆粒,總容量 1GB;DS 是包裝編號;046表示這款顆粒的工作頻率是 2133MHZ;第一個 A 表示Automotive,車用顆粒;後面的 AT 表示 Automotive Temperature。

GPS模塊是NEO-M8L-01A-81,水平精度圓概率誤差(CEP)為2.5米,有SBAS輔助下是1.5米,接收GPS/QZSS/GLONASS/北斗,CEP和RMS是GPS的定位準確度(俗稱精度)單位,是誤差概率單位。就拿2.5M CEP說吧,意思是以2.5M為半徑畫圓,有50%的點能打在圓內,也就是說,GPS定位在2.5M精度的概率是50%,相應的RMS(66.7%)2DRMS(95%)。當然很多商家為了參數好看,只給出CEP。實際95%概率情況下是6米精度,有SBAS輔助95%概率是3.6米精度。已經遠超一個車道了。冷啟動26秒,熱啟動1秒,輔助啟動3秒。內置簡易6軸IMU,刷新頻率20Hz,量大的話價格會低於300元人民幣。

UFS是東芝的新產品,2018年中期才量產,標準的車規級UFS,AEC-Q100 2級標準,容量32GB,比某些複雜的車機還低,特斯拉的算法模型應該不大。MAX20025S是給內存供電的,S512SD8H21應該是Boot啟動。

特斯拉板子的右邊從上到下依次是窄FOV攝像頭、魚眼攝像頭、A柱左右攝像頭、B柱左右攝像頭、主攝像頭、車內DMS攝像頭、後攝像頭、GPS同軸天線。左邊從上到下依次是第二供電和I/O(應該是車身LIN網絡),以太網診斷進、以太網診斷出、調試USB、燒錄、主供電和I/O(底盤CAN網絡)。

特斯拉用了3片德州儀器的FPD-LINK,也就是解串行芯片,解串行芯片都是一對的,加串行一般在攝像頭內部,解串行在控制器PCB上。兩片DS90UB960,與其對應的可以是 DS90UB953-Q1, DS90UB935-Q1,DS90UB933-Q1, DS90UB913A-Q1。DS90UB960擁有4條Lane,如果是MIPI CSI-2端口,每條Lane帶寬可以從400Mbps到1.6Gbps之間設置。

這裡需要說明一下攝像頭的數據格式,通常由RAWRGB、YUV兩種。YUV常見的有三種級YUV444,YUV422和YUV420。計算帶寬的公式對RAW RGB來說是像素X幀率X比特X4,比如一款攝像頭輸出30Hz,200萬像素,那麼帶寬是200萬x30x8x4,即1.92Gbps,這個帶寬太寬了。YUV444是像素X幀率X比特X3,即1.44Gbps,YUV422是像素X幀率X比特X2,即0.96Gbps,YUV420是像素X幀率X比特X1.5,即0.72Gbps。ADAS通常對色彩考慮不多,YUV420足夠。除車載外一般多采用YUV422。


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上圖為DS90UB960的典型應用圖,即接4個200萬像素幀率30Hz的YUV444數據,或者4個200萬像素幀率60Hz的YUV420數據。後者可能性更大。DS90UB954是DS90UB960簡化版,從4Lane減少到2Lane。與之配套的一般是DS90UB953。推測特斯拉的車內駕駛員狀態監測用這顆芯片,因為攝像頭的LVDS輸出不適合遠距離傳送,基本上攝像頭都要配備一個解串行芯片,將並行數據轉換為串行用同軸或STP傳輸,這樣傳輸距離遠且EMI電磁干擾更容易過車規。


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上圖為英偉達的Pegasus框架圖,沒有采用德州儀器的解串行,而是採用美信的GMSL。兩者非常類似。英偉達用了4片美信的GMSL,每片再連4顆攝像頭,美信可能為英偉達定做了GMSL解串行芯片,目前美信最高等級的GMSL芯片是MAX9296,攝像頭裡對應的芯片為MAX9295。最高帶寬為12GBps,只能對應兩個800萬像素。德州儀器量產芯片中,最高就是DS90UB960,只能對應6Gbps帶寬。Pegasus裡用的應該每片帶寬高達24Gbps,價格應該非常驚人。不過可以對應16個800萬像素攝像頭。


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這是一種典型的自動駕駛試驗車型攝像頭架構,採用4個200萬像素的AR0231加美信的MAX96705串行器,到1個MAX9286解串行。採用2個800萬像素的AR0820加美信的MAX9295串行器,到1個MAX9296(這款芯片也非常罕見,市面上幾乎買不到)解串器。能處理這6路18Gbps帶寬的單片ASIC非常罕見,需要兩片ASIC級聯,不過單片FPGA也能勝任。

這裡我們可以看出,GMSL加MIPI CSI-2對應高像素ADAS的應用,搶佔了市場,一直強調更高性能的以太網很少有人用。這就是MIPI(LVDS,MIPI是LVDS協議的一種)與以太網的競爭。


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以太網的優勢是帶寬更高,可靠度比LVDS要兩個數量級,鏈路層協議非常周全,安全性、延遲等要好過LVDS,總線拓撲更靈活,更容易橋接交換。但是對汽車工程師業來說,車載以太網是全新的概念,工程師需要很長的時間來摸索熟悉,而MIPI已經非常成熟,幾乎壟斷車載攝像頭市場,工程師們對其應用非常熟悉,開發週期短很多。站在以太網這邊的廠家主要是Marvell、博通、瑞薩和NXP以及大部分傳統網絡通信廠家。站在LVDS這邊則有德州儀器和美信,只有這兩家能玩轉解串行。

以太網領域超過10Gbps帶寬的Phy廠家屈指可數,最常見的就是 Aquantia,它以萬兆網卡出名,一張網卡要價130美元。Marvell在2019年5月以4.52億美元的價格收購了該公司,看好未來車載10Gbps帶寬的Phy市場。

下篇分析特斯拉域控制器的核心架構。


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