特斯拉丨ADAS辅助自动驾驶固件HW1.0的导热

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“神预言”


谁都没想到,疫情在中国打完了上半场,又会跑到地球另一端开始打下半场。多家汽车大厂由于供应断链不得不停产。

所有人都相信,一旦疫情结束,过去几十年建立起来的高度全球协作化的供应链体系势必发生巨大的变化!

其实,同样的结论,早在疫情尚未爆发的2020年初就已经被《日经亚洲评论 Nikkei Asia Review》“神预言”过了!

当时这家财经网站拆解了一台Tesla Model 3做技术分析,得出的结论连他们自己也吓了一跳——从效率和成本角度来看,传统汽车供应链即将迎来巨变!

做出这个论断原因有二:

1)Tesla做到了E/E架构的高度集成,他们把传统汽车上百个ECU才能实现的功能全部集中到了以自动驾驶为核心功能的HW3.0(固件3.0)主板。以至于拆解专家Sandy Munro表示,这哪里是汽车电子该有的密度,这是在用手机的集成度做汽车!如果这代表了未来技术的发展方向,那岂不是汽车电子产业链中大量的厂商都面临着转型?

特斯拉丨ADAS辅助自动驾驶固件HW1.0的导热

高度集成的Tesla Model 3 固件3.0电路板

2)更值得关注的是,Tesla做到了深度垂直整合,车载电脑的大部分电子组件上都能找到Tesla的logo,这也意味着从芯片到PCB板,Tesla差不多已经自给自足!

这么做最直接的效果就是大大降低了成本,难怪一部新款Model3 哪怕只卖29万依然有30%的利润率!

但是如果越来越多的车厂被倒逼效仿Tesla,传统汽车电子供应链里的Tier 1 、Tier 2们又该何去何从?

事实上,这种遭遇已经先后发生在了Tesla的自动驾驶方案供应商Mobileye和Nvidia的身上。不过站在旁观者的角度来看,则是Tesla借力打力,漂亮完成了自动驾驶技术的“从0到1再到10”。


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佛系的Mobileye“热管理”
 被动散热+中低导热硅凝胶 
 

其实所谓“自动驾驶”一直以来的标准名称是ADAS高级辅助驾驶,目前人们日常能接触到的主要是定速巡航、防撞预警、自动泊车之类为了提高车辆档次增加的选配功能。这些简单的功能基本靠超声波或毫米波雷达就能搞定。(ADAS 的发展历程及趋势_张志强 )

真正让ADAS开始具有了自动驾驶意味的,是以色列的Mobileye公司。

特斯拉丨ADAS辅助自动驾驶固件HW1.0的导热

Mobileye公司logo

虽然Mobileye公司07年才推出自己的第一代产品,但是凭借杀手锏EyeQ视觉处理芯片,他们让汽车开始以人的视角观察、学习并认知路面上出现的各种状况。

时至今日这家公司占据了全球70%的市场份额,在中国也成为了蔚来、小鹏、滴滴等一众国内造车新势力的自动驾驶方案供应商。

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Mobileye汽车视角影像

正因如此,Tesla有了开发自动驾驶的念头之后就立刻选择了Mobileye的技术平台。

2014年10月,Tesla 推出了搭载Mobileye EyeQ3芯片的autopilot HW1.0(自动驾驶固件1.0)

特斯拉丨ADAS辅助自动驾驶固件HW1.0的导热

Tesla Model S 搭载Mobileye方案的自动驾驶固件1.0

HW1.0可以帮助Model S 实现车道保持,打转向信号自动更换车道,通过对道路标志的识别与周边交通环境的感知主动控制车速。

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autopilot HW1.0(自动驾驶固件1.0)外观

不过再看一下autopilot HW1.0的配置:

  • 一颗Mobileye EyeQ3 视觉感知处理芯片
  • 一颗前置单目摄像头

虽说这是当时最复杂的辅助自动驾驶系统,但是除了这点东西基本上的确就没别的了……

尤其是再仔细研究一下整个系统核心的Mobileye EyeQ3芯片,就会让人感叹这五年科技进步太快了,当年最顶级的视觉芯片现在看来竟如此“简陋”。

特斯拉丨ADAS辅助自动驾驶固件HW1.0的导热

EyeQ3 与 EyeQ5 参数对比(mobileye.com)

当然做为材料人,我们最敏感的是与热管理直接相关的参数——功率(TDP)。EyeQ3芯片的功率只有2.5W,而EyeQ3技术规格书中芯片的耐温则高达125摄氏度! (EyeQ3 operation is guaranteed from -40C to +125C junction temperature.)

不过在继续探究autopilot HW1.0涉及到的导热方案之前,我们有必要把热管理方案拆解成“散热方案”和“导热(材料)方案”两个部分做一个梳理。

散热方案可以粗略分为自然对流(被动散热)、强制对流(风冷散热)和液体冷却三种类型。

对流冷却散热方案的一般特性(大功率多芯片组件热分析与热阻技术研究_曾理)

而导热(材料)方案做为热源与散热器的桥梁,其导热率等参数同样决定着热管理的成效。

那么如前所述,EyeQ3芯片功率只有很低的2.5W,另一方面耐温性能又非常好;如此看来热管理似乎没有太多用武之地。正因如此,他们只采用了铝合金外壳做散热片的自然对流方案。

特斯拉丨ADAS辅助自动驾驶固件HW1.0的导热
Autopilot HW1.0 的散热片(electech.com)

再看放大看一下EyeQ3芯片上使用的导热材料,这是一款比较少见的黄色硅凝胶。

特斯拉丨ADAS辅助自动驾驶固件HW1.0的导热

Autopilot HW1.0 主板上的EyeQ3视觉芯片(electech.com)

使用“胶我选APP”简单一查,就能初步筛选出最有可能的那几款导热硅凝胶产品。再结合2014年主流Tier 1们对导热材料的偏好,基本就能确定EyeQ3上面黄色的导热硅凝胶是什么牌号了!

根据“胶我选APP”提供的信息,这款材料导热系数还不足2W,属于典型的中低导热产品,结合自然对流的被动散热方式,颇有传统车厂按部就班岁月静好的“佛系”风范!

但是,激进的Elon Musk怎么可能容忍自己的产品也跟着Mobileye佛系呢!时间到了2016年,由于新功能的不断加入,基于Mobileye EyeQ 3 平台的硬件越来越不给力,再加上技术路线上的分歧,终于Tesla与Mobileye分道扬镳。

而此时硅谷的电脑显卡厂商Nvidia,正迎着自动驾驶的风口推出了基于GPU芯片的Drive PX自动驾驶平台,准备好了开启自己事业的第二春。

未完,接下半部分:特斯拉丨ADAS辅助自动驾驶固件HW2.0的导热