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特斯拉拥抱台积电:7nm 自动驾驶芯片性能吊打英伟达,未来电池可开直升机

新智元 · 2020-08-26
7nm 自动驾驶芯片明年见

编者按:本文来自微信公众号“新智元”(ID:AI_era),编辑:梦佳、小匀,36氪经授权发布。

来源:electrek

【新智元导读】目前,特斯拉正与台积电打造HW 4.0自动驾驶芯片,预计2021年第四季度量产。爆料称,HW4.0将采用台积电7nm工艺,性能将是上一代HW3.0的三倍!「抛弃」英伟达后,马斯克的芯片自研一路高歌猛进,将掀起新一轮的L5级自动驾驶革命。

特斯拉靠什么颠覆传统车厂,甩开众多自动驾驶新势力呢?

作为电动汽车行业的开拓者,特斯拉一度处于技术垄断地位,不管是在电池性能方面,还是在车辆整体设计方面,每一步都遥遥领先于竞争对手。

作为头部电动车企,技术的积累是特斯拉成功的第一要义。

特斯拉和台积电合作发力 HW 4.0 自动驾驶芯片,「抛弃」英伟达后芯片自研一路高歌?

 最新报道称,特斯拉正在与台积电合作开发 HW 4.0自动驾驶芯片,预计2021年第四季度进行量产。

其实早在2016年,特斯拉就开始组建一个芯片架构师团队,由具有传奇色彩的芯片设计师Jim Keller(原AMD首席芯片架构师)领导,开启了自研芯片之路。

当时马斯克就宣称,「我们认为Jim带队开发的专用型AI芯片将会是全球最好的芯片」。现在看来这个理想确实距离现实不远了。

特斯拉在自动驾驶芯片方面一骑绝尘?黄仁勋不服

目前国外自动驾驶芯片真正进入大规模量产车市场的也就三家,除了特斯拉以外,还有英伟达和Mobileye。

在特斯拉走上自研之前,也曾先后用过Mobileye和英伟达的芯片。特斯拉曾在2015年与Mobileye合作,采用其芯片EyeQ3,但因双方存在极大分歧而分道扬镳。

后来,特斯拉又转向英伟达。英伟达产品算力不凡,但同时功耗也大,一度被马斯克诟病为「性能一样的耗电更高,耗电差不多的性能弱鸡」。

黄仁勋听闻马斯克要自研之后回应,「不管出于什么原因,如果特斯拉没能开发出自己想要的芯片,一个电话,我很乐意提供帮助。」这意思就像是,我一直都在。

后来老黄奋发图强,在今年的厨房发布会上,大举推发布了目前世界上算力最强的自动驾驶芯片方案——Drive AGX Robotaxi,算力 2000TOPS,但功耗高达800W,剑指L5级自动驾驶!

黄仁勋和马斯克「相爱相杀」喜闻乐见,今年厨房发布会上的自动驾驶芯片似乎也是对「前任」马斯克的最好回应。

有碍于英伟达芯片的高能耗, 马斯克说到做到,在自研之路上越走越远。去年,特斯拉终于推出了FSD(Full Self Driving全自动驾驶)芯片,也就是当时宣传的Autopilot硬件 3.0的一部分,顾名思义,具备「全自动驾驶能力」。

马斯克称它是客观上「全世界最好的芯片」, 算力144TOPS,功耗72W,能效比2TOPS/W,就目前来说,确实是量产车最好用的自动驾驶芯片。

按照发布会时公布的数据,FSD相比于之前的HW2.5版本,每秒处理帧数提高了21倍,而功耗却几乎没有增加。上一版用的正是英伟达提供的芯片。(目前英伟达Xavier芯片仍用在小鹏 P7 以及沃尔沃 、奔驰 、丰田等一些传统车型

上)。

当时在推出这款新芯片时,马斯克宣布,特斯拉已经在研发下一代芯片,预计新芯片的性能将比FSD要好3倍,但距离投产还有大约两年时间。

China Times披露了有关 HW 4.0 芯片及其生产时间表的细节信息:

「根据业界消息,博通与特斯拉(Broadcom)合作开发超大尺寸的车用HPC晶片,采用台积电7nm制程,并首度采用台积电推出的SoW先进封装技术,新晶片将自第四季开始生产,初期投片约2,000片,预计明年第四季后进入全面量产阶段。」

特斯拉的 HW 3.0芯片此前是由三星公司生产的,制程为 14nm。从报道来看,特斯拉要转向7nm处理器,而台积电正是先进制程领域的领导者。

报告称,该芯片将用于「先进的驾驶辅助系统」和「自动驾驶汽车」,如果不出意外的话就是 HW 4.0芯片。

报告中的时间表显示,第一批产品最早将于2020年第四季度投入生产,但这个时间很可能只是为了工程验证。预计这款芯片的大规模量产要到2021年第四季度,意味着只有到2022年才能在特斯拉的车上看到这款芯片了。

7nm大幅降低能耗

对于特斯拉来说,采用7nm工艺意义重大,因为它的主要优势是能够在电源电压低的多的情况下(小于500mV)工作,大幅降低能耗。

电力消耗一直是芯片的一个重大问题,尤其是用于电动车的芯片。减少能耗对于燃油车可能没什么,毕竟芯片省的这点电也做不了什么,但对于电动车就不一样了,毕竟电池不仅要供电给芯片运算,还有个更重要的功用是驱动车辆行驶。所以降低能耗也可以有效地提升电动车续航。

下一代芯片使用7纳米工艺nm解决这个有效耗能,同仍然留有较性能提升的空间。

事故频发,但马斯克对L5级自动驾驶信心十足

想坐上电动汽车的第一把交椅,除了技术积累以外,也要想得足够长远。

特斯拉的autopilot发布以来,安全事故也时有发生,但是马斯克从未退却。

在7月举办的上海人工智能大会上,马斯克夸下海口,称特斯拉今年将实现L5级无自动驾驶。

他表示: 「我仍然相信,我们将在今年实现L5级自动驾驶的基本功能。」。

在马斯克看来,实现目前自动驾驶最高级别L5,不存在根本性难题,有待解决的只是细节问题。

L5级,完全自动化,完全自适应任何驾驶场景。但是涉及到法律、高科技突破等限制,目前还需要进一步深入研发,对应的产品目前还没有实现。

当然,在实验室拥有L5级的自动驾驶能力不等同于可以将它交付给客户,还要经过监管部门的各类审批。

外媒报道,尽管马斯克的预想过于激进,但特斯拉的自动驾驶技术确实比竞争对手更优秀。

此外,近期特斯拉还开发出Dojo训练系统,可以快速高效处理大量视频数据,以改善人工智能系统的训练。他表示,「Dojo就像是一头真正的性能野兽」。Dojo 有望为特斯拉 4D化 (三维 + 时间)Autopilot系统的开发提供强劲动力。

「需要一种真实的环境,来模拟」斯克说。「有什么比现实世界更复杂、更奇怪的了。我们创造的任何模拟都必然是现实世界复杂性的一个子集。」

马斯克认为目前特斯拉的硬件已经基本具备,只需改进软件,就可以完全实现L5级别的自动驾驶。

芯片甩开英伟达,电池能量密度够开直升机

特斯拉备受期待的电池日(Battery Day)即将到来,马斯克也给大家漏了点口风:批量生产400Wh/kg的高寿命电池并不遥远,可能需要3到4年。

400Wh/kg什么概念?

去年,马斯克就表示,他曾设计过的电动直升机,400Wh/kg的电池就可以驱动。

能量密度是实现更长驾驶里程的关键。目前,特斯拉Model 3使用的松下「2170」电池的能量密度约为260Wh/kg,400Wh/kg意味着比目前的能量密度提高50%。如此高的能量密度还能使电动汽车的行驶里程增加约280公里。

‍那敢情好,天上飞的,地上跑的,都可能用这个电池。毕竟,马斯克是个什么都喜欢尝试的人。

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电池是电动汽车的灵魂,但与传统汽油车相比,续航上还没能实现超越。

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所以,研究人员正在绞尽脑汁地来提高所谓的「能量密度」,马斯克的这个暗示,可能代表了特斯拉的重大突破。

研究人员一直在研究如何把电池的阳极从传统的石墨转换成硅,将电池的性能大幅提高。

但是,在像电动车这样的高功率运作时,硅阳极可能会膨胀甚至破裂。

另一个想法是完全去除钴,特斯拉正与宁德时代合作,后者正在开发无钴电池技术。

特斯拉在加拿大的电池研究小组提出了新方法,即「双盐LiDFOB/LiBF4液体电解质的无阳极锂电池」。

这个电池极具突破性,能够达到马斯克说的那种能量密度激增,重点是,不需要更高的成本。

除了能量密度,电池寿寿命也是重要因素。去年,该电池小组实现了90个循环的电池寿命。显然,这对电动汽车来说不太够。

但是,今年他们在《自然》上发表的新论文将无锂金属阳极电池的寿命延长至200次循环,这一年内的一个巨大改进。

研究团队发现,在双盐电解液中,静止的锂在原地形成了一个不活跃的基质,在内部形成了大而密集的锂柱——理想的锂形态。以50次循环为例,

可惜的是,200个循环仍不足以实现商业化。但可喜可贺的是,新论文发现了电池性能是如何退化的,而且他们已经找到了修复退化的方法。

不愧是特斯拉的研究人员,持续改进电池的速度很「特斯拉」。

上图:无阳极电池(左)和锂离子电池(右)两者具有相同的容量

左下图:无阳极电池(左)和锂离子电池(右)的能量密度比较

右下图:无阳极电池(紫色)与相同的电池数量和成本或相同的车辆范围

目前,量产电动车的续航特斯拉依然领先,尤其是Model S。Model S在不停电的情况下行驶里程超过600公里。

WLTP排名前10位的全电动汽车

第二、第三分别是特斯拉的Model 3和Model X

特斯拉将于9月22日召开股东大会,并于当天举行「电池日」活动。特斯拉的超长续航电池,可能会在电池日活动中正式与公众见面。

从自研的HW 4.0自动驾驶芯片,到L5级自动驾驶的豪言壮语,再到碾压各大厂商的电池能量密度,特斯拉一直走在电动汽车市场的技术第一梯队,领跑了近10年。

特斯拉是目前为数不多能够完全掌握电池、电机、电控核心技术的汽车品牌。

2018年年底,特斯拉就已经拥有850项专利技术,前段时间,特斯拉又启动了全球最大的一体铸造机,让车架实现了一体成型。

特斯拉要革的不只是ABB们的命,它每「入侵」一个领域,都会带来翻天覆地的变化。

芯片、电池、自动驾驶、传统制造,SpaceX上天、Boring入地,马斯克的太空梦在地球先上演了。

参考链接:

https://twitter.com/elonmusk/status/1298017332904620033

https://www.chinatimes.com/newspapers/20200817000176-260202?chdtv

https://electrek.co/2020/08/18/tesla-hw-4-0-self-driving-chip-tsmc-for-mass-production-q4-2021-report/amp/

https://www.thedetroitbureau.com/2020/08/tesla-ceo-musk-hints-of-big-battery-breakthrough/

https://www.nature.com/articles/s41560-020-0668-8

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