特斯拉自研车用MCU控制器设计

微控制器（也称为控制器、MCU 和其他名称变体）是构建现代车辆的支柱。无论汽车是由汽油、柴油、电力、氢气、PDG 还是其他任何动力驱动的，其功能都将在很大程度上依赖于控制器。

人们还看到，当这些控制器供不应求时，汽车行业是如何被收买的。IDTechEx的最新研究报告发现，目前汽车控制器内有很多类型，提供更多的计算能力和新的车辆架构选项。特斯拉是一家一直在使用控制器逆势而上的公司。

配备 2 级 ADAS 的类特斯拉电动汽车中的半导体晶圆价值分布。

特斯拉早在 Model S 就开始设计控制器，但只有 20% 的 Model S 控制器是内部设计的。多年来，这一比例一直在上升，Model Y 有 61% 是内部设计的控制器，而 Cybertruck 上升到 85%。特斯拉在 2023 年投资者日的演讲中表示，下一代汽车将拥有 100% 内部设计的控制器。将控制器设计完全内部化的好处之一是，它使特斯拉能够完全自主地设计线束。这就是为什么这比最初想象的更重要。

特斯拉在减少线束方面处于行业领先地位。由于现代汽车中的电子设备数量众多，因此它们包含近乎无限的布线迷宫，因此每个组件都可以相互通信也就不足为奇了。然而，大线束会导致许多问题，首先是重量。尽管汽车只有几米长，但当不得不为不同的线路运行数百次时，它很快就会加起来，现代车辆的线束总长度可达数英里。五英里的绝缘铜缆很重！IDTechEx 的研究发现，一根线束的重量可能超过 60 公斤，这让特斯拉的 17 公斤减重效果令人印象深刻。

大型线束不受欢迎的另一个原因是构建线束所需的人工成本。单个线束有数百个，有时是数千个端接。每一根线都需要被切割、剥皮、压接，然后装入连接器的正确插针中，而这一切都是手工完成的！这些都是需要高度灵巧性、对细节的关注、经验和技能的繁琐任务，因此它不可能很快被机器复制。

将控制器设计引入内部使特斯拉能够从集中式控制架构转变为本地化架构。在集中式架构中，一个或一小组控制器需要与车辆周围的设备进行通信。比如说，在车辆的另一端有一组五个设备，可能需要 4m 的电缆敷设。例如，假设每个设备至少有四个连接，一个用于电源，一个用于接地，两个用于 CAN；有些设备更少，有些设备更多。所以现在有 20 根电线和 80m 的电缆，仅用于一小部分设备。本地化架构意味着较小的控制器充当这些设备中间的集线器。它有一个以太网连接到车辆的中央控制器，并且只有非常小的运行到各个设备。

除了改变控制器架构外，特斯拉还为低压设备过渡到 48V 架构，从而带来更多好处。48V 系统或低压系统用于为传感器、灯、信息娱乐系统以及除动力传动系统以外的几乎所有电子元件供电。大多数车辆使用由引擎盖下方的铅酸块供电的 12V 系统，这项技术已有 150 多年的历史。根据特斯拉的说法，一个 12V 系统，加上车辆周围的所有辅助负载，需要能够为现代车辆提供超过 200 安培的电流。但是由于功率是电压乘以电流，如果一个是四倍，另一个可以是四分之一。这意味着特斯拉的 48V 系统只需要车辆周围四分之一的电流，这让他们可以使用更细的电缆。

特斯拉因不懈地优化车辆设计和生产的各个方面而享有盛誉。IDTechEx 认为这些转向完全内部设计的控制器，以及 48V 低压系统的采用将标志着特斯拉在车辆优化方面取得更令人印象深刻的成就的开始。

对整个车辆的控制器的完全控制不仅让特斯拉有更多的自由来改进其架构，还让他们在供应链上有更多的议价能力。在 COVID 大流行期间，汽车行业突然意识到其对半导体供应的敏感性。当车辆控制器未能出现时，许多生产线都陷入停顿。通过将控制器设计引入内部，特斯拉不太容易受到这些干扰的影响；它可以快速重新设计芯片以改善供应或寻找其他半导体代工厂的产能以保持流动。在过去的几年里，其他原始设备制造商也提出了将一些半导体芯片设计引入内部的声音，但特斯拉是将门槛提高到 100% 内部设计的先驱。

特斯拉此前在从硬件版本 2.5（HW2.5）升级到 HW3 时就展示了这种实力。在HW2.5中，中央自主大脑包含四颗芯片，两颗Nvidia Parker SoC（片上系统），一颗Nvidia Pascal GPU（图形处理单元），一颗英飞凌MCU（微控制器单元）。另一方面，HW 3 只有两个芯片，都是 Tesla SoC，并且都是由三星使用其 14 纳米工艺制造的。这给了特斯拉更大的议价能力，因为台积电和 GlobalFoundries 也有 14nm 工艺，这意味着更多的选择和更多的潜在供应。它还缩短了供应链，因为 Nvidia 是无晶圆厂的，这意味着它设计了芯片，但随后需要在大型代工厂之一生产，就像特斯拉一样；这可能会为特斯拉节省成本。

特斯拉还表示，在内部引入更多设计可以让他们指定二级供应商提供的功能和特性。当 OEM 购买现成的产品时，无疑会做出妥协。来自第 二级供应商的芯片架构将尽可能适销对路并满足许多人的需求。这通常意味着它不适合个人的需求。将设计过程引入内部并非易事，但既然他们已经做到了，特斯拉就可以制造专为特斯拉设计的芯片。

编辑：黄飞