2020年04月23日 | 分析特斯拉AP3.0（FSD版）域控制器（上）

目前严格意义上称得上域控制器的恐怕只有奥迪 A8 的 zFAS 和特斯拉的 AP3.0 了，其余很多域控制器实际只是虚拟机。有以太网总线的才称得上是真正的域控制器，域控制器的核心是输入系统和以太交换机。

上图为特斯拉 AP3.0 硬件板

单芯片价格估计为 5000 人民币，估计整块板子成本大约在 7500-8500 人民币之间（价格跟接插件关系巨大，接插件是除芯片外最贵的零组件，名厂的高端产品价格高于普通芯片），选装价则是 5.6 万人民币，也有可能 FSD 的价格远高于我估计的价格，以特斯拉低于百万的量，这颗 FSD 价格最少也是 1500 一片，非常昂贵。从照片看 PCB 是美国 TTM 的作品，AP3.0 应该和以前一样也是由全球第一大笔记本电脑代工厂台湾广达在上海松江的工厂代工。

先说一些外围和非核心元件，LPDDR4 是美光供应的，根据第一行序列号，这是一颗 2018 年第二周生产的颗粒（8 表示 2018，B 表示第 4 周，镁光只在双数周进行颗粒封装），然后这是一颗 D-Die 颗粒（D 代表 D-Die，属于镁光产品线中性能相对一般的型号）， 77 分别代表芯片生产地和封装地，7 代表中国台湾（5 代表中国大陆）。D9WCF 对应型号为 MT53D512M32D2DS-046AAT，53 代表这是一颗  LPDDR4 颗粒；D 代表 1.1V 的工作电压；512M 表示单颗颗粒的容量为 512MB；32 表示单颗粒位宽为 32bit，D2 表示这款颗粒是双层封装，也就是单颗体积里面有两颗 512MB 的颗粒，总容量 1GB；DS 是包装编号；046 表示这款颗粒的工作频率是 2133MHZ；第一个 A 表示 Automotive，车用颗粒；后面的 AT 表示 Automotive Temperature。 GPS 模块是 NEO-M8L-01A-81，水平精度圆概率误差(CEP)为 2.5 米，有 SBAS 辅助下是 1.5 米，接收 GPS/QZSS/GLONASS/ 北斗，CEP 和 RMS 是 GPS 的定位准确度(俗称精度)单位，是误差概率单位。就拿 2.5M CEP 说吧，意思是以 2.5M 为半径画圆，有 50%的点能打在圆内，也就是说，GPS 定位在 2.5M 精度的概率是 50%，相应的 RMS（66.7%）2DRMS（95%）。

当然很多商家为了参数好看，只给出 CEP。实际 95%概率情况下是 6 米精度，有 SBAS 辅助 95%概率是 3.6 米精度。已经远超一个车道了。冷启动 26 秒，热启动 1 秒，辅助启动 3 秒。内置简易 6 轴 IMU，刷新频率 20Hz，量大的话价格会低于 300 元人民币。 UFS 是东芝的新产品，2018 年中期才量产，标准的车规级 UFS，AEC-Q100 2 级标准，容量 32GB，比某些复杂的车机还低，特斯拉的算法模型应该不大。MAX20025S 是给内存供电的，S512SD8H21 应该是 Boot 启动。 特斯拉板子的右边从上到下依次是窄 FOV 摄像头、鱼眼摄像头、A 柱左右摄像头、B 柱左右摄像头、主摄像头、车内 DMS 摄像头、后摄像头、GPS 同轴天线。

左边从上到下依次是第二供电和 I/O（应该是车身 LIN 网络），以太网诊断进、以太网诊断出、调试 USB、烧录、主供电和 I/O（底盘 CAN 网络）。 特斯拉用了 3 片德州仪器的 FPD-LINK，也就是解串行芯片，解串行芯片都是一对的，加串行一般在摄像头内部，解串行在控制器 PCB 上。两片 DS90UB960，与其对应的可以是 DS90UB953-Q1, DS90UB935-Q1,DS90UB933-Q1, DS90UB913A-Q1。DS90UB960 拥有 4 条 Lane，如果是 MIPI CSI-2 端口，每条 Lane 带宽可以从 400Mbps 到 1.6Gbps 之间设置。    这里需要说明一下摄像头的数据格式，通常由 RAWRGB、YUV 两种。YUV 常见的有三种级 YUV444，YUV422 和 YUV420。

计算带宽的公式对 RAW RGB 来说是像素 X 帧率 X 比特 X4，比如一款摄像头输出 30Hz，200 万像素，那么带宽是 200 万 x30x8x4，即 1.92Gbps，这个带宽太宽了。YUV444 是像素 X 帧率 X 比特 X3，即 1.44Gbps，YUV422 是像素 X 帧率 X 比特 X2，即 0.96Gbps，YUV420 是像素 X 帧率 X 比特 X1.5，即 0.72Gbps。ADAS 通常对色彩考虑不多，YUV420 足够。除车载外一般多采用 YUV422。

上图为 DS90UB960 的典型应用图，即接 4 个 200 万像素帧率 30Hz 的 YUV444 数据，或者 4 个 200 万像素帧率 60Hz 的 YUV420 数据。后者可能性更大。DS90UB954 是 DS90UB960 简化版，从 4Lane 减少到 2Lane。

与之配套的一般是 DS90UB953。推测特斯拉的车内驾驶员状态监测用这颗芯片，因为摄像头的 LVDS 输出不适合远距离传送，基本上摄像头都要配备一个解串行芯片，将并行数据转换为串行用同轴或 STP 传输，这样传输距离远且 EMI 电磁干扰更容易过车规。

上图为英伟达的 Pegasus 框架图，没有采用德州仪器的解串行，而是采用美信的 GMSL。两者非常类似。英伟达用了 4 片美信的 GMSL，每片再连 4 颗摄像头，美信可能为英伟达定做了 GMSL 解串行芯片，目前美信最高等级的 GMSL 芯片是 MAX9296，摄像头里对应的芯片为 MAX9295。最高带宽为 12GBps，只能对应两个 800 万像素。德州仪器量产芯片中，最高就是 DS90UB960，只能对应 6Gbps 带宽。Pegasus 里用的应该每片带宽高达 24Gbps，价格应该非常惊人。不过可以对应 16 个 800 万像素摄像头。

这是一种典型的自动驾驶试验车型摄像头架构，采用 4 个 200 万像素的 AR0231 加美信的 MAX96705 串行器，到 1 个 MAX9286 解串行。采用 2 个 800 万像素的 AR0820 加美信的 MAX9295 串行器，到 1 个 MAX9296（这款芯片也非常罕见，市面上几乎买不到）解串器。能处理这 6 路 18Gbps 带宽的单片 ASIC 非常罕见，需要两片 ASIC 级联，不过单片 FPGA 也能胜任。 这里我们可以看出，GMSL 加 MIPI CSI-2 对应高像素 ADAS 的应用，抢占了市场，一直强调更高性能的以太网很少有人用。这就是 MIPI（LVDS，MIPI 是 LVDS 协议的一种）与以太网的竞争。

以太网的优势是带宽更高，可靠度比 LVDS 要两个数量级，链路层协议非常周全，安全性、延迟等要好过 LVDS，总线拓扑更灵活，更容易桥接交换。但是对汽车工程师业来说，车载以太网是全新的概念，工程师需要很长的时间来摸索熟悉，而 MIPI 已经非常成熟，几乎垄断车载摄像头市场，工程师们对其应用非常熟悉，开发周期短很多。站在以太网这边的厂家主要是 Marvell、博通、瑞萨和 NXP 以及大部分传统网络通信厂家。站在 LVDS 这边则有德州仪器和美信，只有这两家能玩转解串行。 以太网领域超过 10Gbps 带宽的 Phy 厂家屈指可数，最常见的就是 Aquantia，它以万兆网卡出名，一张网卡要价 130 美元。Marvell 在 2019 年 5 月以 4.52 亿美元的价格收购了该公司，看好未来车载 10Gbps 带宽的 Phy 市场。