特斯拉HW3全自駕計算機:甩尾英偉達

Tesla在4月底首度揭露新一代自駕計算機Full Self Driving（FSD）硬件「Hardware 3」（HW3），近日外界進一步解析這款自駕計算機，可見Tesla將電動車設(shè)計成好比一臺可移動的智能型手機，但更注重電動車行車安全性，因此為HW3建立更多冗余性，避免任一元件失效或故障時，仍可確保Tesla電動車全自駕計算機的持續(xù)運作。

為讓未來新一代自駕技術(shù)更適合導入電動車，預期Tesla在下一代Hardware 4（HW4）自駕計算機搭載的中央處理器（CPU）、存儲器、繪圖芯片（GPU）配置、影像訊號處理器（ISP）、鏡頭分辨率等均會進一步升級，提升HW4可帶給Tesla電動車的更高行車安全性。

HW3主要運算、儲存元件配置

根據(jù)CleanTechnica及The Street報導，Tesla HW3內(nèi)建兩顆自制系統(tǒng)單晶片（SoC），印有Tesla字樣，由三星電子（Samsung Electronics）制造。搭載兩顆SoC的原因是要建立冗余性，以及提供對行車結(jié)果判斷的交互參照，并非用來提升整體HW3效能。在兩顆Tesla自制SoC下方，各配置兩顆快閃存儲器用來儲存作業(yè)系統(tǒng)。Tesla未透露儲存容量，外界推測應有達500GB以上。

HW3兩顆SoC左右兩側(cè)各配置有兩顆LPDDR4存儲器芯片，合計共配置8顆，雖然SoC是由三星代工生產(chǎn)，但這8顆LPDDR4存儲器芯片是采用美光（Micron）產(chǎn)品。實際上美光有面向汽車產(chǎn)業(yè)的存儲器芯片產(chǎn)品線。外界推測，Tesla在HW3采用美光存儲器芯片、而非三星的產(chǎn)品，原因可能出在美光LPDDR4 RAM時脈速率達2133Mhz，比三星的1，600Mhz為高。

HW3兩顆SoC尺寸均為260平方公厘，面積比iPhone行動處理器約80~120平方公厘、英特爾（Intel） NB處理器最大約180平方公厘為大，但比NVIDIA的Xavier芯片350平方公厘為小。

Tesla自駕SoC配置NPUNVIDIA芯片所無

在兩顆SoC內(nèi)部，Tesla配置有GPU、兩個神經(jīng)網(wǎng)絡處理器單元（NPU）、CPU、影像訊號處理器等處理器單元，以及DRAM控制器。Tesla稱整體SoC和相機鏡頭取得資料的路徑有些相似，首先資料透過Input以每秒最快25億畫素的最大速率進入SoC，之后進入DRAM，這也是該SoC內(nèi)首個且最主要的瓶頸，因該DRAM是SoC內(nèi)運行最慢的元件。

接著資料再回到SoC，經(jīng)過SoC內(nèi)每秒可處理10億畫素的影像訊號處理器，再這部分會將自駕系統(tǒng)攝影機傳感器取得的原始RGB資料轉(zhuǎn)換成實際可用的資料，之后再進入NPU，而在此階段資料會先被儲存進SRAM陣列。

Tesla的NPU配置高達64MB的SRAM，分成兩個各32MB的SRAM，用來提供兩個NPU支援，對此Tesla認為是一大優(yōu)勢。外界分析，這樣的容量或足以儲存、渲染及處理所有車用攝影機和傳感器輸入的單幀（frame）。

所有資料均經(jīng)由稱為「芯片上網(wǎng)絡」（Network on a Chip；NoC）的主要通道進行傳輸，然后是LPDDR4DRAM，通過此資料則以每秒68GB頻寬傳輸。對此Tesla表示已足夠，但還可以更好。外界預期Tesla下一代HW4可望進一步提升。

HW3的SoC內(nèi)建GPU時脈1GHz，效能達600GFLOPS，Tesla稱目前用來執(zhí)行部分后期處理（post-processing）任務，這可能包含創(chuàng)建人類可以理解的圖片及影像。從Tesla的介紹，預期下一代HW4的SoC可能會內(nèi)建體積更小的GPU。

其他不適合由NPU處理的一般通用處理任務，則是由SoC內(nèi)建CPU負責運算。該CPU內(nèi)建12個時脈2.2GHz的64位元安謀（Arm） Cortex A72，亦即為內(nèi)建3個4核心的CPU。

外媒指出，在任何情況下，HW3的新一代SoC效能比前一代HW2內(nèi)建芯片好上2.5倍。HW2是搭載NVIDIA的Xavier芯片，效能為21~30TOPS，新一代HW3內(nèi)建SoC則有144TOPS。

值得注意的是，相較于Tesla HW3內(nèi)建SoC上有兩個NPU，NVIDIA為多種目的所設(shè)計的Xavier芯片未配置有NPU，即使如此，Xavier仍可運用軟件及部分聚焦深度學習（DL）的硬件成功進行模擬。整體而言，Tesla為HW3設(shè)計的SoC是一款專用處理器，能夠在相當具體處理任務上做得更好，但在一般任務處理用途上可能就不是太管用。

CPU仍采Cortex A72疑為節(jié)省成本

外媒不解為何Tesla在HW3的SoC內(nèi)建CPU中是采用安謀Cortex A72，因為Cortex A72架構(gòu)早在2015年就已推出，此后安謀還陸續(xù)推出更先進的A73、A75核心，甚至不久前再發(fā)布新一代A77架構(gòu)。

對此Musk曾表示，采用2015年版A72架構(gòu)的原因，是由于A72是兩年前Tesla開始設(shè)計這款SoC時的最先進核心架構(gòu)。但外界認為，Tesla采用A72核心可能是出于成本考量，因比較便宜，如果多執(zhí)行緒效能比單執(zhí)行緒效能重要，這樣的配置是可以被接受的，因此才可見Tesla在其SoC內(nèi)建CPU中，未另外配置1或2個較新的核心，僅內(nèi)建3個較舊的4核心。

下一代Hardware 4預料再提升安全性硬件配置全面升級

Tesla下一代Hardware 4（HW4）自駕計算機，預期肯定會進一步提升行車安全性。在此情況下外界預估，很可能HW4的新一代SoC內(nèi)建CPU，會是采用目前安謀最新發(fā)表的Cortex-A75架構(gòu)核心處理器，因剛好符合Tesla設(shè)計新一代SoC的時間點。藉此或有助進一步提高SoC功耗表現(xiàn)及減少內(nèi)部空間消耗，為配置其他重要零組件騰出更多空間。

HW4存儲器芯片可能也會升級至LPDDR5，有助顯著加快速度及減少功耗消耗，但如果HW4內(nèi)建SoC仍尚未完成設(shè)計、或要讓成本下降，Tesla也可能改用LPDDR4X。LPDDR4X低電壓特性也可節(jié)省功耗，SoC并行使用時也有助速度提升。

HW4也可能進一步采用更優(yōu)化的NPU，并配置更高容量SRAM支援；影像訊號處理器也可能升級。外媒分析，Tesla希望其自駕系統(tǒng)SoC能夠盡可能低成本又有高效能表現(xiàn)，這也是為何在HW3計算機中，在芯片輸入端所能處理的資料量，和影像數(shù)位處理器中所能處理的資料量有差異的原因，因此HW4的SoC內(nèi)部是否會搭載更高處理效能或第2個影像數(shù)位處理器，仍要看Tesla在成本、效能、高耗及空間上的取舍而定。

至于HW3的SoC內(nèi)建GPU效能仍較中規(guī)中矩的原因，在于HW3的SoC并非將所有處理任務都交給內(nèi)建NPU來處理，仍有一部分運算任務委由GPU執(zhí)行，讓Tesla程序設(shè)計人員有足夠時間重新分配任何剩余的GPU運算任務，給NPU或CPU來執(zhí)行，所以GPU在Tesla自駕計算機SoC中的配置仍有其必要性。預期HW4自駕計算機SoC內(nèi)建GPU體積可能會更小，如此情況下NoC配置也會更少，有助騰出更多額外空間內(nèi)建其他元件。

Tesla也可能會為HW4在電動車上配置全新分辨率更高、幀率更高的攝影機和新款雷達等傳感器，藉此有助自駕計算機更準確辨識物體，以及可創(chuàng)造更長的測距。但HW4計算機的芯片處理能力也必須升級到足以處理高分辨率、高幀率影像的程度，才能相輔相成。

Tesla HW3內(nèi)建SoC內(nèi)部配置，左下搭載兩個NPU。Tesla

Tesla執(zhí)行長Elon Musk曾指出，全自駕功能只適用于電動車，不適合在內(nèi)燃機引擎汽車上。外媒分析，在為電動車開發(fā)自動駕駛解決方案上，能源效率可能就是安全性之下，另一最需重視的面向，其他芯片制造商或汽車制造商可能在這方面，都還未能達到Tesla自駕計算機開發(fā)的程度。

自建自駕硬件開發(fā)封閉體系也存有風險

但對Tesla來說，即使其FSD自駕計算機為全球自駕車產(chǎn)業(yè)發(fā)展樹立新的標竿，但僅供自用的封閉式生態(tài)發(fā)展模式，即使帶起全球自駕車發(fā)展浪潮，對自身技術(shù)擴大普及可能也沒有太大幫助，卻反而可能協(xié)助NVIDIA等自駕計算機競爭對手相對壯大。

Tesla同樣自行研發(fā)HW3自駕計算機的SoC，但自駕技術(shù)不是只有硬件端，自駕AI算法、自駕安全模式等軟件面的配合同樣不可或缺。在全球AI技術(shù)仍不斷變化及演進下，未來若自駕計算機和芯片在適應這些新AI算法的靈活性上不足，恐導致業(yè)者落后于全自駕技術(shù)開發(fā)浪潮中，這也是自制全自駕計算機和SoC的Tesla需注意的部分。