目前嚴格意義上稱得上域控制器的恐怕只有奧迪 A8 的 zFAS 和特斯拉的 AP3.0 了,其余很多域控制器實際只是虛擬機。有以太網總線的才稱得上是真正的域控制器,域控制器的核心是輸入系統和以太交換機。
上圖為特斯拉 AP3.0 硬件板
單芯片價格估計為 5000 人民幣,估計整塊板子成本大約在 7500-8500 人民幣之間(價格跟接插件關系巨大,接插件是除芯片外最貴的零組件,名廠的高端產品價格高于普通芯片),選裝價則是 5.6 萬人民幣,也有可能 FSD 的價格遠高于我估計的價格,以特斯拉低于百萬的量,這顆 FSD 價格最少也是 1500 一片,非常昂貴。從照片看 PCB 是美國 TTM 的作品,AP3.0 應該和以前一樣也是由全球第一大筆記本電腦代工廠臺灣廣達在上海松江的工廠代工。
先說一些外圍和非核心元件,LPDDR4 是美光供應的,根據第一行序列號,這是一顆 2018 年第二周生產的顆粒(8 表示 2018,B 表示第 4 周,鎂光只在雙數周進行顆粒封裝),然后這是一顆 D-Die 顆粒(D 代表 D-Die,屬于鎂光產品線中性能相對一般的型號), 77 分別代表芯片生產地和封裝地,7 代表中國臺灣(5 代表中國大陸)。D9WCF 對應型號為 MT53D512M32D2DS-046AAT,53 代表這是一顆 LPDDR4 顆粒;D 代表 1.1V 的工作電壓;512M 表示單顆顆粒的容量為 512MB;32 表示單顆粒位寬為 32bit,D2 表示這款顆粒是雙層封裝,也就是單顆體積里面有兩顆 512MB 的顆粒,總容量 1GB;DS 是包裝編號;046 表示這款顆粒的工作頻率是 2133MHZ;第一個 A 表示 Automotive,車用顆粒;后面的 AT 表示 Automotive Temperature。 GPS 模塊是 NEO-M8L-01A-81,水平精度圓概率誤差(CEP)為 2.5 米,有 SBAS 輔助下是 1.5 米,接收 GPS/QZSS/GLONASS/ 北斗,CEP 和 RMS 是 GPS 的定位準確度(俗稱精度)單位,是誤差概率單位。就拿 2.5M CEP 說吧,意思是以 2.5M 為半徑畫圓,有 50%的點能打在圓內,也就是說,GPS 定位在 2.5M 精度的概率是 50%,相應的 RMS(66.7%)2DRMS(95%)。
當然很多商家為了參數好看,只給出 CEP。實際 95%概率情況下是 6 米精度,有 SBAS 輔助 95%概率是 3.6 米精度。已經遠超一個車道了。冷啟動 26 秒,熱啟動 1 秒,輔助啟動 3 秒。內置簡易 6 軸 IMU,刷新頻率 20Hz,量大的話價格會低于 300 元人民幣。 UFS 是東芝的新產品,2018 年中期才量產,標準的車規級 UFS,AEC-Q100 2 級標準,容量 32GB,比某些復雜的車機還低,特斯拉的算法模型應該不大。MAX20025S 是給內存供電的,S512SD8H21 應該是 Boot 啟動。 特斯拉板子的右邊從上到下依次是窄 FOV 攝像頭、魚眼攝像頭、A 柱左右攝像頭、B 柱左右攝像頭、主攝像頭、車內 DMS 攝像頭、后攝像頭、GPS 同軸天線。
左邊從上到下依次是第二供電和 I/O(應該是車身 LIN 網絡),以太網診斷進、以太網診斷出、調試 USB、燒錄、主供電和 I/O(底盤 CAN 網絡)。 特斯拉用了 3 片德州儀器的 FPD-LINK,也就是解串行芯片,解串行芯片都是一對的,加串行一般在攝像頭內部,解串行在控制器 PCB 上。兩片 DS90UB960,與其對應的可以是 DS90UB953-Q1, DS90UB935-Q1,DS90UB933-Q1, DS90UB913A-Q1。DS90UB960 擁有 4 條 Lane,如果是 MIPI CSI-2 端口,每條 Lane 帶寬可以從 400Mbps 到 1.6Gbps 之間設置。 這里需要說明一下攝像頭的數據格式,通常由 RAWRGB、YUV 兩種。YUV 常見的有三種級 YUV444,YUV422 和 YUV420。
計算帶寬的公式對 RAW RGB 來說是像素 X 幀率 X 比特 X4,比如一款攝像頭輸出 30Hz,200 萬像素,那么帶寬是 200 萬 x30x8x4,即 1.92Gbps,這個帶寬太寬了。YUV444 是像素 X 幀率 X 比特 X3,即 1.44Gbps,YUV422 是像素 X 幀率 X 比特 X2,即 0.96Gbps,YUV420 是像素 X 幀率 X 比特 X1.5,即 0.72Gbps。ADAS 通常對色彩考慮不多,YUV420 足夠。除車載外一般多采用 YUV422。
上圖為 DS90UB960 的典型應用圖,即接 4 個 200 萬像素幀率 30Hz 的 YUV444 數據,或者 4 個 200 萬像素幀率 60Hz 的 YUV420 數據。后者可能性更大。DS90UB954 是 DS90UB960 簡化版,從 4Lane 減少到 2Lane。
與之配套的一般是 DS90UB953。推測特斯拉的車內駕駛員狀態監測用這顆芯片,因為攝像頭的 LVDS 輸出不適合遠距離傳送,基本上攝像頭都要配備一個解串行芯片,將并行數據轉換為串行用同軸或 STP 傳輸,這樣傳輸距離遠且 EMI 電磁干擾更容易過車規。
上圖為英偉達的 Pegasus 框架圖,沒有采用德州儀器的解串行,而是采用美信的 GMSL。兩者非常類似。英偉達用了 4 片美信的 GMSL,每片再連 4 顆攝像頭,美信可能為英偉達定做了 GMSL 解串行芯片,目前美信最高等級的 GMSL 芯片是 MAX9296,攝像頭里對應的芯片為 MAX9295。最高帶寬為 12GBps,只能對應兩個 800 萬像素。德州儀器量產芯片中,最高就是 DS90UB960,只能對應 6Gbps 帶寬。Pegasus 里用的應該每片帶寬高達 24Gbps,價格應該非常驚人。不過可以對應 16 個 800 萬像素攝像頭。
這是一種典型的自動駕駛試驗車型攝像頭架構,采用 4 個 200 萬像素的 AR0231 加美信的 MAX96705 串行器,到 1 個 MAX9286 解串行。采用 2 個 800 萬像素的 AR0820 加美信的 MAX9295 串行器,到 1 個 MAX9296(這款芯片也非常罕見,市面上幾乎買不到)解串器。能處理這 6 路 18Gbps 帶寬的單片 ASIC 非常罕見,需要兩片 ASIC 級聯,不過單片 FPGA 也能勝任。 這里我們可以看出,GMSL 加 MIPI CSI-2 對應高像素 ADAS 的應用,搶占了市場,一直強調更高性能的以太網很少有人用。這就是 MIPI(LVDS,MIPI 是 LVDS 協議的一種)與以太網的競爭。
以太網的優勢是帶寬更高,可靠度比 LVDS 要兩個數量級,鏈路層協議非常周全,安全性、延遲等要好過 LVDS,總線拓撲更靈活,更容易橋接交換。但是對汽車工程師業來說,車載以太網是全新的概念,工程師需要很長的時間來摸索熟悉,而 MIPI 已經非常成熟,幾乎壟斷車載攝像頭市場,工程師們對其應用非常熟悉,開發周期短很多。站在以太網這邊的廠家主要是 Marvell、博通、瑞薩和 NXP 以及大部分傳統網絡通信廠家。站在 LVDS 這邊則有德州儀器和美信,只有這兩家能玩轉解串行。 以太網領域超過 10Gbps 帶寬的 Phy 廠家屈指可數,最常見的就是 Aquantia,它以萬兆網卡出名,一張網卡要價 130 美元。Marvell 在 2019 年 5 月以 4.52 億美元的價格收購了該公司,看好未來車載 10Gbps 帶寬的 Phy 市場。
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