特斯拉HW3全自驾计算机:甩尾英伟达

Tesla在4月底首度揭露新一代自驾计算机Full Self Driving（FSD）硬件「Hardware 3」（HW3），近日外界进一步解析这款自驾计算机，可见Tesla将电动车设计成好比一台可移动的智能型手机，但更注重电动车行车安全性，因此为HW3建立更多冗余性，避免任一元件失效或故障时，仍可确保Tesla电动车全自驾计算机的持续运作。

为让未来新一代自驾技术更适合导入电动车，预期Tesla在下一代Hardware 4（HW4）自驾计算机搭载的中央处理器（CPU）、存储器、绘图芯片（GPU）配置、影像讯号处理器（ISP）、镜头分辨率等均会进一步升级，提升HW4可带给Tesla电动车的更高行车安全性。

HW3主要运算、储存元件配置

根据CleanTechnica及The Street报导，Tesla HW3内建两颗自制系统单晶片（SoC），印有Tesla字样，由三星电子（Samsung Electronics）制造。搭载两颗SoC的原因是要建立冗余性，以及提供对行车结果判断的交互参照，并非用来提升整体HW3效能。在两颗Tesla自制SoC下方，各配置两颗快闪存储器用来储存作业系统。Tesla未透露储存容量，外界推测应有达500GB以上。

HW3两颗SoC左右两侧各配置有两颗LPDDR4存储器芯片，合计共配置8颗，虽然SoC是由三星代工生产，但这8颗LPDDR4存储器芯片是采用美光（Micron）产品。实际上美光有面向汽车产业的存储器芯片产品线。外界推测，Tesla在HW3采用美光存储器芯片、而非三星的产品，原因可能出在美光LPDDR4 RAM时脉速率达2133Mhz，比三星的1，600Mhz为高。

HW3两颗SoC尺寸均为260平方公厘，面积比iPhone行动处理器约80~120平方公厘、英特尔（Intel） NB处理器最大约180平方公厘为大，但比NVIDIA的Xavier芯片350平方公厘为小。

Tesla自驾SoC配置NPUNVIDIA芯片所无

在两颗SoC内部，Tesla配置有GPU、两个神经网络处理器单元（NPU）、CPU、影像讯号处理器等处理器单元，以及DRAM控制器。Tesla称整体SoC和相机镜头取得资料的路径有些相似，首先资料透过Input以每秒最快25亿画素的最大速率进入SoC，之后进入DRAM，这也是该SoC内首个且最主要的瓶颈，因该DRAM是SoC内运行最慢的元件。

接着资料再回到SoC，经过SoC内每秒可处理10亿画素的影像讯号处理器，再这部分会将自驾系统摄影机传感器取得的原始RGB资料转换成实际可用的资料，之后再进入NPU，而在此阶段资料会先被储存进SRAM阵列。

Tesla的NPU配置高达64MB的SRAM，分成两个各32MB的SRAM，用来提供两个NPU支援，对此Tesla认为是一大优势。外界分析，这样的容量或足以储存、渲染及处理所有车用摄影机和传感器输入的单帧（frame）。

所有资料均经由称为「芯片上网络」（Network on a Chip；NoC）的主要通道进行传输，然后是LPDDR4DRAM，通过此资料则以每秒68GB频宽传输。对此Tesla表示已足够，但还可以更好。外界预期Tesla下一代HW4可望进一步提升。

HW3的SoC内建GPU时脉1GHz，效能达600GFLOPS，Tesla称目前用来执行部分后期处理（post-processing）任务，这可能包含创建人类可以理解的图片及影像。从Tesla的介绍，预期下一代HW4的SoC可能会内建体积更小的GPU。

其他不适合由NPU处理的一般通用处理任务，则是由SoC内建CPU负责运算。该CPU内建12个时脉2.2GHz的64位元安谋（Arm） Cortex A72，亦即为内建3个4核心的CPU。

外媒指出，在任何情况下，HW3的新一代SoC效能比前一代HW2内建芯片好上2.5倍。HW2是搭载NVIDIA的Xavier芯片，效能为21~30TOPS，新一代HW3内建SoC则有144TOPS。

值得注意的是，相较于Tesla HW3内建SoC上有两个NPU，NVIDIA为多种目的所设计的Xavier芯片未配置有NPU，即使如此，Xavier仍可运用软件及部分聚焦深度学习（DL）的硬件成功进行模拟。整体而言，Tesla为HW3设计的SoC是一款专用处理器，能够在相当具体处理任务上做得更好，但在一般任务处理用途上可能就不是太管用。

CPU仍采Cortex A72疑为节省成本

外媒不解为何Tesla在HW3的SoC内建CPU中是采用安谋Cortex A72，因为Cortex A72架构早在2015年就已推出，此后安谋还陆续推出更先进的A73、A75核心，甚至不久前再发布新一代A77架构。

对此Musk曾表示，采用2015年版A72架构的原因，是由于A72是两年前Tesla开始设计这款SoC时的最先进核心架构。但外界认为，Tesla采用A72核心可能是出于成本考量，因比较便宜，如果多执行绪效能比单执行绪效能重要，这样的配置是可以被接受的，因此才可见Tesla在其SoC内建CPU中，未另外配置1或2个较新的核心，仅内建3个较旧的4核心。

下一代Hardware 4预料再提升安全性硬件配置全面升级

Tesla下一代Hardware 4（HW4）自驾计算机，预期肯定会进一步提升行车安全性。在此情况下外界预估，很可能HW4的新一代SoC内建CPU，会是采用目前安谋最新发表的Cortex-A75架构核心处理器，因刚好符合Tesla设计新一代SoC的时间点。藉此或有助进一步提高SoC功耗表现及减少内部空间消耗，为配置其他重要零组件腾出更多空间。

HW4存储器芯片可能也会升级至LPDDR5，有助显著加快速度及减少功耗消耗，但如果HW4内建SoC仍尚未完成设计、或要让成本下降，Tesla也可能改用LPDDR4X。LPDDR4X低电压特性也可节省功耗，SoC并行使用时也有助速度提升。

HW4也可能进一步采用更优化的NPU，并配置更高容量SRAM支援；影像讯号处理器也可能升级。外媒分析，Tesla希望其自驾系统SoC能够尽可能低成本又有高效能表现，这也是为何在HW3计算机中，在芯片输入端所能处理的资料量，和影像数位处理器中所能处理的资料量有差异的原因，因此HW4的SoC内部是否会搭载更高处理效能或第2个影像数位处理器，仍要看Tesla在成本、效能、高耗及空间上的取舍而定。

至于HW3的SoC内建GPU效能仍较中规中矩的原因，在于HW3的SoC并非将所有处理任务都交给内建NPU来处理，仍有一部分运算任务委由GPU执行，让Tesla程序设计人员有足够时间重新分配任何剩余的GPU运算任务，给NPU或CPU来执行，所以GPU在Tesla自驾计算机SoC中的配置仍有其必要性。预期HW4自驾计算机SoC内建GPU体积可能会更小，如此情况下NoC配置也会更少，有助腾出更多额外空间内建其他元件。

Tesla也可能会为HW4在电动车上配置全新分辨率更高、帧率更高的摄影机和新款雷达等传感器，藉此有助自驾计算机更准确辨识物体，以及可创造更长的测距。但HW4计算机的芯片处理能力也必须升级到足以处理高分辨率、高帧率影像的程度，才能相辅相成。

Tesla HW3内建SoC内部配置，左下搭载两个NPU。Tesla

Tesla执行长Elon Musk曾指出，全自驾功能只适用于电动车，不适合在内燃机引擎汽车上。外媒分析，在为电动车开发自动驾驶解决方案上，能源效率可能就是安全性之下，另一最需重视的面向，其他芯片制造商或汽车制造商可能在这方面，都还未能达到Tesla自驾计算机开发的程度。

自建自驾硬件开发封闭体系也存有风险

但对Tesla来说，即使其FSD自驾计算机为全球自驾车产业发展树立新的标竿，但仅供自用的封闭式生态发展模式，即使带起全球自驾车发展浪潮，对自身技术扩大普及可能也没有太大帮助，却反而可能协助NVIDIA等自驾计算机竞争对手相对壮大。

Tesla同样自行研发HW3自驾计算机的SoC，但自驾技术不是只有硬件端，自驾AI算法、自驾安全模式等软件面的配合同样不可或缺。在全球AI技术仍不断变化及演进下，未来若自驾计算机和芯片在适应这些新AI算法的灵活性上不足，恐导致业者落后于全自驾技术开发浪潮中，这也是自制全自驾计算机和SoC的Tesla需注意的部分。