特斯拉擁抱臺積電：7nm 自動駕駛晶片性能吊打英偉達

【新智元導讀】目前，特斯拉正與臺積電打造HW 4.0自動駕駛晶片，預計2021年第四季度量產。爆料稱，HW4.0將採用臺積電7nm工藝，性能將是上一代HW3.0的三倍！「拋棄」英偉達後，馬斯克的晶片自研一路高歌猛進，將掀起新一輪的L5級自動駕駛革命。

特斯拉靠什麼顛覆傳統車廠，甩開眾多自動駕駛新勢力呢？

作為電動汽車行業的開拓者，特斯拉一度處於技術壟斷地位，不管是在電池性能方面，還是在車輛整體設計方面，每一步都遙遙領先於競爭對手。

作為頭部電動車企，技術的積累是特斯拉成功的第一要義。

特斯拉和臺積電合作發力 HW 4.0 自動駕駛晶片，「拋棄」英偉達後晶片自研一路高歌？

最新報導稱，特斯拉正在與臺積電合作開發 HW 4.0自動駕駛晶片，預計2021年第四季度進行量產。

其實早在2016年，特斯拉就開始組建一個晶片架構師團隊，由具有傳奇色彩的晶片設計師Jim Keller（原AMD首席晶片架構師）領導，開啟了自研晶片之路。

當時馬斯克就宣稱，「我們認為Jim帶隊開發的專用型AI晶片將會是全球最好的晶片」。現在看來這個理想確實距離現實不遠了。

特斯拉在自動駕駛晶片方面一騎絕塵？黃仁勳不服

目前國外自動駕駛晶片真正進入大規模量產車市場的也就三家，除了特斯拉以外，還有英偉達和Mobileye。

在特斯拉走上自研之前，也曾先後用過Mobileye和英偉達的晶片。特斯拉曾在2015年與Mobileye合作，採用其晶片EyeQ3，但因雙方存在極大分歧而分道揚鑣。

後來，特斯拉又轉向英偉達。英偉達產品算力不凡，但同時功耗也大，一度被馬斯克詬病為「性能一樣的耗電更高，耗電差不多的性能弱雞」。

黃仁勳聽聞馬斯克要自研之後回應，「不管出於什麼原因，如果特斯拉沒能開發出自己想要的晶片，一個電話，我很樂意提供幫助。」這意思就像是，我一直都在。

後來老黃奮發圖強，在今年的廚房發布會上，大舉推發布了目前世界上算力最強的自動駕駛晶片方案——Drive AGX Robotaxi，算力 2000TOPS，但功耗高達800W，劍指L5級自動駕駛！

黃仁勳和馬斯克「相愛相殺」喜聞樂見，今年廚房發布會上的自動駕駛晶片似乎也是對「前任」馬斯克的最好回應。

有礙於英偉達晶片的高能耗， 馬斯克說到做到，在自研之路上越走越遠。去年，特斯拉終於推出了FSD（Full Self Driving全自動駕駛）晶片，也就是當時宣傳的Autopilot硬體 3.0的一部分，顧名思義，具備「全自動駕駛能力」。

馬斯克稱它是客觀上「全世界最好的晶片」， 算力144TOPS，功耗72W，能效比2TOPS/W，就目前來說，確實是量產車最好用的自動駕駛晶片。

按照發布會時公布的數據，FSD相比於之前的HW2.5版本，每秒處理幀數提高了21倍，而功耗卻幾乎沒有增加。上一版用的正是英偉達提供的晶片。（目前英偉達Xavier晶片仍用在小鵬 P7 以及沃爾沃 、奔馳 、豐田等一些傳統車型

上）。

當時在推出這款新晶片時，馬斯克宣布，特斯拉已經在研發下一代晶片，預計新晶片的性能將比FSD要好3倍，但距離投產還有大約兩年時間。

China Times披露了有關 HW 4.0 晶片及其生產時間表的細節信息:

「根據業界消息，博通與特斯拉(Broadcom）合作開發超大尺寸的車用HPC晶片，採用臺積電7nm製程，並首度採用臺積電推出的SoW先進封裝技術，新晶片將自第四季開始生產，初期投片約2,000片，預計明年第四季後進入全面量產階段。」

特斯拉的 HW 3.0晶片此前是由三星公司生產的，製程為 14nm。從報導來看，特斯拉要轉向7nm處理器，而臺積電正是先進位程領域的領導者。

報告稱，該晶片將用於「先進的駕駛輔助系統」和「自動駕駛汽車」，如果不出意外的話就是 HW 4.0晶片。

報告中的時間表顯示，第一批產品最早將於2020年第四季度投入生產，但這個時間很可能只是為了工程驗證。預計這款晶片的大規模量產要到2021年第四季度，意味著只有到2022年才能在特斯拉的車上看到這款晶片了。

7nm大幅降低能耗

對於特斯拉來說，採用7nm工藝意義重大，因為它的主要優勢是能夠在電源電壓低的多的情況下(小於500mV)工作，大幅降低能耗。

電力消耗一直是晶片的一個重大問題，尤其是用於電動車的晶片。減少能耗對於燃油車可能沒什麼，畢竟晶片省的這點電也做不了什麼，但對於電動車就不一樣了，畢竟電池不僅要供電給晶片運算，還有個更重要的功用是驅動車輛行駛。所以降低能耗也可以有效地提升電動車續航。

下一代晶片使用7納米工藝nm解決這個有效耗能，同仍然留有較性能提升的空間。

想坐上電動汽車的第一把交椅，除了技術積累以外，也要想得足夠長遠。

特斯拉的autopilot發布以來，安全事故也時有發生，但是馬斯克從未退卻。

在7月舉辦的上海人工智慧大會上，馬斯克誇下海口，稱特斯拉今年將實現L5級無自動駕駛。

他表示: 「我仍然相信，我們將在今年實現L5級自動駕駛的基本功能。」。

在馬斯克看來，實現目前自動駕駛最高級別L5，不存在根本性難題，有待解決的只是細節問題。

L5級，完全自動化，完全自適應任何駕駛場景。但是涉及到法律、高科技突破等限制，目前還需要進一步深入研發，對應的產品目前還沒有實現。

當然，在實驗室擁有L5級的自動駕駛能力不等同於可以將它交付給客戶，還要經過監管部門的各類審批。

外媒報導，儘管馬斯克的預想過於激進，但特斯拉的自動駕駛技術確實比競爭對手更優秀。

此外，近期特斯拉還開發出Dojo訓練系統，可以快速高效處理大量視頻數據，以改善人工智慧系統的訓練。他表示，「Dojo就像是一頭真正的性能野獸」。Dojo 有望為特斯拉 4D化 （三維 + 時間）Autopilot系統的開發提供強勁動力。

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「需要一種真實的環境，來模擬」斯克說。「有什麼比現實世界更複雜、更奇怪的了。我們創造的任何模擬都必然是現實世界複雜性的一個子集。」

馬斯克認為目前特斯拉的硬體已經基本具備，只需改進軟體，就可以完全實現L5級別的自動駕駛。

特斯拉備受期待的電池日(Battery Day)即將到來，馬斯克也給大家漏了點口風：批量生產400Wh/kg的高壽命電池並不遙遠，可能需要3到4年。

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400Wh/kg什麼概念？

去年，馬斯克就表示，他曾設計過的電動直升機，400Wh/kg的電池就可以驅動。

能量密度是實現更長駕駛裡程的關鍵。目前，特斯拉Model 3使用的松下「2170」電池的能量密度約為260Wh/kg，400Wh/kg意味著比目前的能量密度提高50%。如此高的能量密度還能使電動汽車的行駛裡程增加約280公裡。

‍那敢情好，天上飛的，地上跑的，都可能用這個電池。畢竟，馬斯克是個什麼都喜歡嘗試的人。

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電池是電動汽車的靈魂，但與傳統汽油車相比，續航上還沒能實現超越。

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所以，研究人員正在絞盡腦汁地來提高所謂的「能量密度」，馬斯克的這個暗示，可能代表了特斯拉的重大突破。

研究人員一直在研究如何把電池的陽極從傳統的石墨轉換成矽，將電池的性能大幅提高。

但是，在像電動車這樣的高功率運作時，矽陽極可能會膨脹甚至破裂。

另一個想法是完全去除鈷，特斯拉正與寧德時代合作，後者正在開發無鈷電池技術。

特斯拉在加拿大的電池研究小組提出了新方法，即「雙鹽LiDFOB/LiBF4液體電解質的無陽極鋰電池」。

這個電池極具突破性，能夠達到馬斯克說的那種能量密度激增，重點是，不需要更高的成本。

除了能量密度，電池壽壽命也是重要因素。去年，該電池小組實現了90個循環的電池壽命。顯然，這對電動汽車來說不太夠。

但是，今年他們在《自然》上發表的新論文將無鋰金屬陽極電池的壽命延長至200次循環，這一年內的一個巨大改進。

研究團隊發現，在雙鹽電解液中，靜止的鋰在原地形成了一個不活躍的基質，在內部形成了大而密集的鋰柱——理想的鋰形態。以50次循環為例，

可惜的是，200個循環仍不足以實現商業化。但可喜可賀的是，新論文發現了電池性能是如何退化的，而且他們已經找到了修復退化的方法。

不愧是特斯拉的研究人員，持續改進電池的速度很「特斯拉」。

上圖：無陽極電池(左)和鋰離子電池(右)兩者具有相同的容量

左下圖：無陽極電池(左)和鋰離子電池(右)的能量密度比較

右下圖：無陽極電池(紫色)與相同的電池數量和成本或相同的車輛範圍

目前，量產電動車的續航特斯拉依然領先，尤其是Model S。Model S在不停電的情況下行駛裡程超過600公裡。

WLTP排名前10位的全電動汽車

第二、第三分別是特斯拉的Model 3和Model X

特斯拉將於9月22日召開股東大會，並於當天舉行「電池日」活動。特斯拉的超長續航電池，可能會在電池日活動中正式與公眾見面。

從自研的HW 4.0自動駕駛晶片，到L5級自動駕駛的豪言壯語，再到碾壓各大廠商的電池能量密度，特斯拉一直走在電動汽車市場的技術第一梯隊，領跑了近10年。

特斯拉是目前為數不多能夠完全掌握電池、電機、電控核心技術的汽車品牌。

2018年年底，特斯拉就已經擁有850項專利技術，前段時間，特斯拉又啟動了全球最大的一體鑄造機，讓車架實現了一體成型。

特斯拉要革的不只是ABB們的命，它每「入侵」一個領域，都會帶來翻天覆地的變化。

晶片、電池、自動駕駛、傳統製造，SpaceX上天、Boring入地，馬斯克的太空夢在地球先上演了。

參考連結：

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