如今,特斯拉(Tesla Inc.)已能維持其最新電動車(EV)——Model 3的產能了,這家顛覆傳統的汽車製造商開始試圖將繪圖處理器(GPU)移至其內部自行開發的人工智慧(AI)晶片,追求進一步升級其自動駕駛(autopilot)等關鍵功能。

這項策略反映出特斯拉未來推出的自動駕駛功能,可能需要更龐大的運算能力。另一方面,業界分析師認為,這也將為這家負債累累的汽車製造商帶巨大的財務與技術風險。

Elon Musk
Elon Musk

為了執行特斯拉的自動駕駛演算法,該公司的計劃是換掉作為主處理器的輝達(Nvidia) GPU,改用內部自行開發的神經網路加速器ASIC取代。業界觀察家表示,特斯拉認為專用AI晶片在實現特定的軟體應用與推論時,比通用GPU更加高效。

特斯拉創辦人馬斯克(Elon Musk)在8月初與分析師討論該公司季度業績的電話會議上,披露了這款所謂的AI晶片。「過去兩、三年來,我們在這方面基本上就像半隱身模式,但我認為現在或許是公開這項祕密的時候了。」

這同時也是是繼馬斯克宣稱「專為自動駕駛操作而設計的全球最先進的電腦」及其性能優勢之後所發佈的最新消息。市場觀察人士指出,馬斯克及其晶片設計團隊並未對於這項進行三年餘的開發計劃透露太多細節,僅表示其AI晶片可望超越(某一款) Nvidia GPU約10倍之多。

VSI Labs汽車分析師Phil Magney表示,「這種硬體置換方式必須伴隨軟體升級,才能自動提高自動駕駛的性能。但它為特斯拉提供了得以利用更快電腦升級未來軟體的空間。」

然而,Magney和其他市場觀察家對於特斯拉指稱的性能比較表示懷疑,因為特斯拉並未使用Nvidia的最新一代處理器。例如,Magney指出,特斯拉Autopilot 2.0的主板只使用了一個Nvidia Parker SoC和一個Pascal GPU,而不是Nvidia最新一代基於Xavier的SoC或Volta GPU核心。

馬斯克進一步指稱,「使用GPU,基本上是一種硬體模擬的模式,你可能會在匯流排上受到束縛。因此,在GPU和CPU之間的傳輸最終將成為系統的限制之一。」

汽車分析師指出,特斯拉目前採用的架構並不包括Nvidia NVLink Fabric——這是Nvidia的全新高速GPU互連架構。Nvidia聲稱,NVLink讓資料在處理器之間的移動速度提高了12倍。

據VSI Labs的說法,除了Nivida,特斯拉Autopilot 2.0的其他元件供應商還包括三星(Samsung,提供DRAM)、Marvell (供應乙太網路交換機),以及英飛凌科技(InfineonTechnologies;提供微控制器)。

由Ingineerix網站發佈的另一項拆解分析,探索了Model 3所使用的三個車身控制器之一。它採用相當簡單的電路板設計,其中包括許多離散式元件,以及特斯拉的ASIC和意法半導體(STMicroelectronics;ST)的Power Architecture晶片。

「特斯拉似乎只是分散地建置了所有的元件。」Ingineerix網站稱其為「令人讚歎的設計,它完全取代了汽車前端的保險絲盒和配電」。

儘管自動駕駛仍然是追蹤特斯拉的觀察家試圖確定其下一步行動的重點,但Model 3還有其他許多有趣的功能升級。有些是由內部晶片開發驅動的,其他的則是新增的標準功能,包括專利的氣流系統。新型暖通空調(HVAC)系統讓特斯拉工程師得以移除了機械窗和通風口,從而縮小了儀表板,並使Model 3的車內空間最大化。

根據視訊中引用特斯拉工程師的說法,專利的車內通風系統使用「兩個相交的空氣平面」。此外,它還配備了高效率的微粒空氣(HEPA)過濾器。

同時,在Model 3備受好評的電池管理系統中,包括內部開發的ASIC和特斯拉設計的其他IP。在檢查了Model 3搭載的80-kWh電池組及其電壓後,一位工程師宣稱該設計「搭配絕妙,令人驚嘆」。

雖然拆解分析師對於Model 3的內部印象深刻,但自動駕駛車的一般堆疊以及特殊的自動駕駛,仍然引發最多的興趣和討論。

連賈伯斯都稱羨?

The Linley Group資深分析師Mike Demler反駁說,特斯拉從頭開始開發AI晶片是一種冒險的策略,「經濟上來看,完全沒有意義」。他和其他分師都懷疑進行昂貴的內部硬體開發工作是否必要,因為他們大可以從Mobileye和Nvidia獲得更強大的處理器。Demler懷疑特斯拉的晶片工程師更喜歡「封閉系統」,這象徵著一種所有權的驕傲。

他打趣道:「馬斯克讓賈伯斯(Steve Jobs)都羨慕了。」

Demler堅持認為,專注於為神經網路加速開發ASIC的方向是錯誤的,他解釋說,汽車電子的真正創新實際上存在於軟體。在馬斯克提出特斯拉私有化的建議擾動金融市場後的隔天,Demler說:「感測器、感測器融合和智慧確實都非常重要。」

他補充說,「我們只能等著看他們何時打造出Tesla AI晶片。但他們不太可能做出什麼突破性的設計。」原因之一在於像Nvidia和Mobileye等老字號公司,更能以平台滿足汽車電子產業對於更大處理能力的需求,包括Nvidia於5月推出的單晶片Xavier——「自動駕駛車的大腦」及其專為自動駕駛計程車和其他自駕車設計的Pegasus AI電腦等。

市場觀察家們一致認為,安全的自動駕駛將需要巨大的處理能力來感知和認知;即使用演算法來理解道路與岔路的規則。

Demler表示,「我們需要停下來好好想想自動駕駛車,並且開始考慮使用自動巡航控制等自動駕駛模式」。

特斯拉的ASIC之優缺點持續成為爭議重點,特別是考慮到Demler所謂「多此一舉」的開發成本。雖然ASIC基本上凍結了製造時的晶片設計,但汽車分析師Phil Magney指出,該架構仍然比GPU更有效率。他補充道,原因之一在於ASIC「針對特定應用實現最佳化」——以Model 3基於AI的推論模型為例。

Magney說:「Nvidia SoC和協同邏輯元件適用於許多需要大規模平行指令的應用。」

Demler讚揚特斯拉有助於推動過渡至電動車,特別是其電池研究。「這是他們的關鍵創新。」根據Ingineerix拆解的電源轉換系統,位於後座下方的12V組件用於AC-DC車載充電器和DC轉換器。整個組件就安裝在一個大型的PC電路板,板上還可能包含Model 3使用的唯一保險絲。

Tesla Model 3

Model 3
(來源:Tesla)

這些電源管理元件有助於特斯拉提供長效電池——實現超過300英哩的續航力,這也是該公司得以將電動車推向主流的關鍵指標。

接下來,我們將分享Model 3的拆解分析,看看其中所使用的一些關鍵元件。

Autopilot 2.0硬體架構

Tesla Autopilot 2.0

如果特斯拉計劃中的AI晶片能夠實現,Model 3自動駕駛系統可望會有更多的發展空間
(來源:VSI Labs)

電池管理系統(BMS)電路板

Tesla BMS

BMS電路板安裝在Model 3的電池上。市場評論家對於特斯拉的電池技術讚不絕口——該技術可實現300多英哩的長續航能力
(來源:EVTV Motor Verks)

電源轉換系統

Tesla PCS

Model 3的電源轉換系統有助於提高電池充電效率
(來源:Ingineerix)

前車身控制器

Tesla Front Body Controller

Model 3採用的三個車身控制器之一,電路板上搭載著各種離散式ASIC。該裝置幾乎可媲美戰鬥機的飛行控制器
(來源:Ingineerix)

HVAC

Tesla HVAC

特斯拉工程師在Model 3中採用了冷暖空調的專利設計,透過「兩個相交的空氣平面」取代通風口以節省空間,並用於控制AC和暖氣
(來源:Model 3 Owners Club)

編譯:Susan Hong

(參考原文:Inside Tesla’s Model 3,by George Leopold)