特斯拉全面自研控制器能为行业带来什么？-电子工程世界

最近OPPO突然宣布关闭ZEKU（哲库）业务，这相当于华为关闭了海思。OPPO自研芯片失败，七年烧光500亿。自研芯片真的有这么难吗？用沙子盖房子容易，但做成芯片无异于登天！不过，对自研趋之若鹜的不仅仅是国内厂商的专利，特斯拉就是一个成功的例子。近日有媒体报道“特斯拉也在自研车用MCU”，分析发现，这很可能是一个误解。

的确，微控制器（MCU）是现代汽车的支柱。无论汽车是使用汽油、柴油、电动、氢气还是其他任何动力，其功能的实现都离不开MCU。正因为如此，当这类产品供不应求时，汽车行业难免心急如焚。

事实上，像特斯拉这样的智能汽车，其控制系统已远远超越了MCU的功能，已经是由分区（域）控制器为MCU、自动驾驶ECU、ESP、逆变器驱动、感知等供电，并监测其运行状态。

特斯拉素以坚持不懈优化汽车设计和生产而闻名，也是一家在控制器方面逆势而上的公司，已经将控制器过渡到自研。

为什么下一代控制器要100%自研？

过去几年里，一些汽车制造商声称将导入一些半导体芯片自研，但雷声大雨点小，真正的开拓者还是特斯拉。特斯拉是按区域来划分控制器，三个自研的核心控制器是前、左、右车身控制器。另外还有车载信息娱乐模块、AP（FSD）域控制模块、电机控制及驱动板、电池管理控制器和充电管理控制器。早在Model S，特斯拉就开始自己设计控制器，不过Model S控制器中只有20%是自研的。多年来，特斯拉自研比例一直在上升，Model Y的自研控制器占61%，Cybertruck的则上升到85%。

在2023年投资者日上，特斯拉表示，下一代汽车将把控制器自研标准提高到100%。完全引入控制器自研的好处之一在于，使特斯拉的线束设计拥有了完全的自主权，线束更加简单，成本更低，整车装配速度更高。

为什么线束这么重要？随着现代汽车中电子设备数量的增加，为保证每个部件都可以相互通信，需要婉如无限循环迷宫的布线。然而，大型线束会导致许多问题，首先是重量问题。尽管汽车只有几米长，但其线路总长却长的多，达几英里，而这些线路都为绝缘铜线，其重量可想而知！

其实，特斯拉在减少线束方面已经处于行业领先地位。IDTechEx的研究发现，特斯拉可以将通常重量超过60公斤的线束减轻17公斤。

不使用大型线束的另一个原因是制造线束所需的劳动力成本。通常，一辆电动汽车有数百条线束，数千个端子。每根导线都需要切割、剥离、压接导线，并将其安装到接头中正确的针脚中，这些精细任务都要手动完成，需要经验和技能，目前还不可能很快被机器代替。

为什么从集中式转向本地控制？

随着智能汽车逐渐迈向软件定义汽车开发模式，整车电子电气架构将由分布式向中央集中式演进。但特斯拉却在通过控制器自研从集中式控制架构转向本地控制架构。注意，这里说的是“控制架构”。在集中式架构中，一个或一小群控制器需要与车辆周围的设备通信。例如，车辆的一端有一组5个设备，可能需要4米的电缆连接。假设每个设备至少有4个连接，1个接电源，1个接地，2个接CAN，就需要20根电线和80米长的电缆，而这只是一小部分设备。

采用本地化架构就可以用较小的控制器充当这些设备的中心，用以太网连接到车辆中央控制器，因为只有很小部分设备需要连接。因此，80米电缆可能会减少一半。

为什么要过渡到48V架构？

150多年来，大多数车辆都使用发动机罩下的12V铅酸电池供电，也包括特斯拉。2022年6月，Model S Plaid最微妙但最重要的改进之一是将这个辅助电源换成了锂电池，在重量、体积、能量密度及寿命方面均有巨大提升。此外，特斯拉还在将低压设备过渡到48V架构，除传动系统外，用48V系统为传感器、车灯、信息娱乐等几乎所有电子部件供电。根据特斯拉的说法，12V系统以及车辆周围的所有负载，需要提供超过200安培的电流。由于功率=电压×电流，这意味着48V系统只需要四分之一的电流，这样就可以使用更细的电缆。

采用48V低压系统标志着特斯拉在车辆优化方面取得了更令人瞩目的成就。

有助于供应链掌控

新冠疫情期间，汽车行业突然意识到其对半导体供应的敏感性。由于供应链问题，许多生产线陷入了严重停顿。通过引入自研控制器，特斯拉可以快速重新设计芯片以提高供应量，或与半导体代工厂一起寻找产能。对汽车控制器的完全控制不仅可以让特斯拉有更多的自由完善其架构，还在供应链方面有更多的议价能力。

在从硬件版本2.5（HW2.5）升级到HW3时，特斯拉就展示了这方面的实力。在HW2.5中，中央大脑有4个芯片：2个NVIDIA Parker SoC、1个NVIDIA-Pascal GPU和1个英飞凌MCU。HW3则只有2个芯片，都是特斯拉SoC，均采用三星14nm工艺制造。由于台积电和格芯也有14nm工艺，给了特斯拉更多的议价能力、选择和潜在供应。又因为英伟达是无晶圆厂，设计的芯片需要在与特斯拉相同的大型代工厂生产，既可节省成本，也可缩短供应链。

特斯拉还表示，引入更多自研可以令其获得超出Tier 2供应商所提供的功能和特性。将设计过程引入自研并非易事，但特斯拉已经做到了。

此MCU非彼MCU

众所周知，MCU是微控制单元，又称单片机，它缩减了中央处理器（CPU）的频率与规格，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等接口或驱动集成一个芯片上，形成芯片级计算机，实现不同应用的组合控制。作为一个功能芯片，MCU可实现发动机控制、电池管理、仪表显示、车载娱乐等功能。据Strategy Analytics统计，目前平均每辆汽车需要使用25-30个MCU。MCU是一种通用产品，定制的比较少。

汽车中的半导体分布

上面说的特斯拉自研指的是功能比MCU多很多的控制器，而不是微控制器。那为什么特斯拉也有MCU的说法呢？原来，特斯拉是把处理器模块称作MCU（Media Control Unit，媒体控制单元），而自动驾驶是ECU处理器。

这个MCU是指2021年1月前Tesla Model S/Tesla Model X仪表盘中央带触控显示屏的电脑模块，或2021年1月后Tesla Model S/Y和Tesla Model S/X的主电脑模块。根据出厂时间，这个MCU有3个版本：MCU1、MCU2和MCU-Z。

该模块包括微处理器（MCU）、RAM、非易失性存储器、音频子系统、音频放大器、Wi-Fi、蜂窝、蓝牙、GPS、以太网桥、多个CAN总线通信、LIN总线、USB端口等。它负责可视化、所有外部通信、音频、蜂窝、导航和设置。

所以，当有人问特斯拉用了多少个MCU时，百度的答案是3个。这指的是特斯拉的电脑模块——控制器，而非MCU芯片。而上面提到的“特斯拉也在自研车用MCU”这种在汽车中占比高达34%的MCU是不太可能的事情，因为虽然MCU在车上用的很多，但它是较为成熟的产品，功能和价值都远不及特斯拉的控制器。特斯拉不值得为此而大动干戈。

另外，从IDTechEx《2023-2033年自动驾驶和电动汽车用半导体》报告中可以发现，虽然汽车中MCU的价值将继续增长，但大部分增长将由高级驾驶辅助系统（ADAS）、自动驾驶汽车（AV）和车辆电气化领域不断增长的半导体需求推动，这些新部件恰恰需要额外的MCU，其复合年增长率将为9.4%。

总之，特斯拉坚持的是自研有可能受制于人的高价值控制器产品，特别是要保证供应链的安全。这也和中国解决“卡脖子”难题的做法如出一辙，前提是必须具备自研的能力。

引用地址：特斯拉全面自研控制器能为行业带来什么？

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