是今年9月刚刚发布的新一代奔驰S级轿车,拥有史上最强的汽车,特别是后排功能,几乎和前排一样豪华。硬件方面最令人惊讶的是,英伟达的Xavier NX、特斯拉自动驾驶级以太网交换机使用了4个。这篇文章将带你探索历史上最强大的汽车背后强大的硬件布局。本文由布谷鸟科学-山燕首席分析师朱彦武老师撰写。

毫无疑问,今年9月刚刚发布的新一代奔驰S级轿车是表面上最豪华的车辆,座舱系统是最豪华、最强大、最先进的代表。虽然在国内正式上市已经到了明年,但现在可以拆除新一代奔驰S级骄傲的吊舱系统——第二代MBUX系统,解开第二代MBUX背后的秘密。MBUX)第二代MBUX最令人惊讶的地方是,英伟达的Xavier NX和仪表中的英伟达GPU共用三个英伟达顶级处理器。

奔驰在驾驶舱领域毫不吝啬。5台显示器目前定做了相同大小分辨率最高的车载显示器,MBUX的中央控制屏幕是更昂贵的OLED显示器。奔驰第二代MBUX最大的亮点其实不是OLED屏幕,而是后排系统的超强性能,奔驰的情况下,后排乘客是主要服务对象。不像一般后排系统,只是一个显示屏,只是用来哄孩子的。(阿尔伯特爱因斯坦,Northern Exposure,)梅赛德斯-奔驰的后置控制系统是RSU,电路结构几乎与前排完全一致,但只去掉导航、收音机和音频部分,可以说是血本,后排系统也是MBUX,几乎全部功能都在前排。独立后座控制、独立后排空调控制、独立后排上网、USB充电、USB外部播放、HDMI Mini后排平板电脑不仅可以在车内使用,还可以在车外使用。

与第一代相比,主SoC也从英伟达Parker升级到英伟达Xavier NX,拥有高达21TOPS的AI计算能力,语音支持功能更强,支持27种自然理解(NLU)的语言。除了奔驰以外,自然语音识别都是以远程云的方式进行的。这是因为本地处理器的性能不足。不仅可以进行更多的对话,即使关键字未激活,也可以执行特定的任务。同时,语音助手还包含完整的用户指南,可以咨询汽车有哪些功能或配置、手柄按钮的功能定义、仪表上logo的含义、如何连接手机、如何使用Carplay等。它还支持声音识别,根据声音为司机设置不同的用户帐户,并支持个性化配置。还支持前后声源定位。车辆可以准确识别命令是由哪个座位的乘客发起的,该乘客区的气氛灯闪烁。

与第一代MBUX对应的硬件版本是NTG6、第二代,即即将推出的S级MBUX硬件版本是NTG7,目前NTG7有MID和特优,只有三星提供,此次解体是特优版本。

MBUX家庭照片

下一行是从左到右的散热器、主计算板、音频和无线主板以及辅助主板。与第一代MBUX相比,第二代MBUX不再使用机械硬盘,而是用320GB固态硬盘替代。

上图是以主板正面闻名的英伟达Xavier NX(MID仍然可以使用Parker),以Xavier NX为中心的模块在2020年4月以后才正式销售,奔驰在2019年年中获得了该芯片,英伟达和该芯片无疑是目前最强的吊舱SoC。第一代MBUX是英伟达的帕克。

再往上推也都是英伟达的芯片,双方合作已经超过10年。

上图为英伟达Xavier NX内部框架图,这款芯片是12纳米台积电FinFET工艺打造,内含6核Carmel内核,基本上性能等同于ARM A76。而第一代MBUX使用的Parker也是6核,不过是4核A57加双核Carmel。Xavier NX性能大幅度提升,CPU算力为96400 DMIPS,Parker是59300 DMIPS。GPU方面采用384个Volta架构核心,比Parker处理器使用的是Pascal架构256个CUDA核心高出不少,但考虑到车载的可靠性,做了降频处理,GPU算力为691 GFLOPS,而Parker是500 GFLOPS。AI运算方面,10瓦INT8模式下达到14TOPS,15瓦下可达21TOPS,逼近用来做自动驾驶的Mobileye EYEQ5的24TOPS。外围方面采用4片美光的4GB RAM合计达16GB LPDDR4 RAM,比传统的Xavier NX模块翻了一倍,带宽高达41790MB/s。两片三星的闪存 ,一片Spansion的Nor Flash启动。除了Nor Flash,其余存储器都用散热硅脂与铸铝散热片连接,保证可靠性。

不同于常规版的Xavier NX模块,MBUX二代散热面积更大,在供电电路方面更是不惜成本,考虑到可靠性,没有采用传统的电源管理芯片,而是采用价格远超电源管理芯片的6路独立的分离LDO电源供应,更不惜成本使用高品质价格昂贵的钽电容。再一点就是Xavier NX模块采用12层PCB板,一般厂家都会采用核心板方式,单独做一块12层PCB板,而母板只需要成本更低的8层,NTG7的MID版就是如此。但Premium是整体设计,都采用昂贵的12层PCB板。

在主板右边有一颗Marvell的88EA6321-TFJ2,这是一颗以太网交换机芯片,没错,就是特斯拉用在自动驾驶系统上那颗,实际上这颗芯片是为座舱系统设计的。在一代MBUX里,使用的以太交换机芯片是Micrel(Microchip)的KSZ8895MLU。KSZ895MLU是针对成本敏感的10/100Mbps五端口交换系统,其广泛的特征集包括电源管理、可编程速率限制和优先级比、基于标签/端口的VLAN、包过滤、四队列QoS优先级、管理接口和MIB计数器。但是对EAVB核心的802.1AS不支持,带宽也不够,因此二代MBUX用88EA6321代替。Marvell 第一代车载以太网交换机 88EA6321,是 7 端口以太网千兆性能交换机,完全符合 IEEE802.3 车载标准,支持 AVB(音频/视频桥接功能),并支持低能耗以太网,可降低功耗。该款 7 端口以太网交换机集成了 2 个 IEEE 10/100/1000BASE-T/TX/T 端口、2 个 RGMII/xMII(这 2 个端口可配置成 1 个 GMII)端口和 1 个 SGMII / Serdes 端口。该交换机提供远程管理功能,可轻松连接和配置该设备。KSZ8895MLU只达到了AEC-Q100 Grade 2级,即-40°C to +85°C 。而88EA6321到了AEC-Q100 Grade 3级,即-40°C to +105°C。并且使用了两片88EA6321,加上后座的RSU,使用了4片,一代MBUX只用了一片KSZ8895MLU。为系统提供了足够的扩展空间。

主板正面最下方靠近连接端子处一排4个集成块,推测左边两块可能是美信或德州仪器的解串行芯片,是为面部识别、驾驶者行为检测、手势与头部位置检测摄像头服务的。右边两块可能是FPD-LINK芯片,将MIPI或HDMI转换为LVDS格式。

上图为主板背面,右边三块芯片可能是PHY。右下角一片白色金属封装的芯片应该是对应HDBaseT的接口芯片V6000系列。HDBaseT,由来自日韩的家电大厂LG、Samsung、Sony等公司,以及以色列的半导体公司Valens Semiconductor,组成了HDBaseT联盟,可以单对双绞线TCP/IP传输数据,并可POE以太网供电。奔驰是首次采用此技术,也是首次用于汽车领域。此技术有点类似于宝马和路虎的APIX,但适应面更广,可以使用PCIe接口,距离可扩展到15米。目前芯片也只有Valens供应。HDBaseT采用RJ45接口,也比较简单。V6000旁边就是RJ45接口。

上图为音频与无线母板,最右边蓝色的连接器看起来像是四个同轴连接器,不过实际上这是个WLAN/BT的天线,一个内部的WLAN/BT,一个外部的。从PCB板上的走线就可以看出,连接器连接到两个无线模组上。中间白色的连接器还是RJ45,即以太网连接器。最左边的黑色光纤连接器是比较老旧的MOST总线连接器,连接器与一片MOST总线收发器连接,可能是外接MOST总线的DVD或CD播放机。中间两个比较大的白色元器件是共模电感,主要做电源整流滤波。无线模组下方的芯片应该是瑞萨的RH850 MCU。右边贴散热硅脂的芯片可能是D类音频功率放大器。也有可能是电源管理芯片,不过这个散热片似乎太大了。

上面是音频与无线母板的背面,背面有两片主要芯片,一片还是Marvell的88EA6321以太交换机,另一片是ADI的SHARC音频DSP芯片。ADI最擅长音频DSP的应用。奔驰新S级标配是9个扬声器,125瓦最大输出。选配包括两种,一种是Burmester的3D环绕声,15个扬声器,总输出功率710瓦。另一种是4D的Burmester环绕声,包括31个扬声器,其中包含8个针对低频的振动器隐藏在座椅内,总输出功率高达1750瓦。目前奔驰S选装Burmester价高达7万6千元人民币,估计新一代奔驰的4DBurmester环绕声选装价超过10万人民币。音频也是采用以太网输出。

上图为副板正面,实际就是一个最简单的导航与收音系统,奔驰采用双硬件双软件架构,需要高算力,联网应用多的由英伟达主板和一个虚拟安卓负责,简单导航与收音采用德州仪器或瑞萨副板和一个高可靠性Linux负责。板子左边从下到下三块主芯片分别是三星/美光的EMMC,中间是瑞萨的H1或德州仪器的J6,最下面是美光的DDR。中间的芯片是NXP的SA7751单芯片数字收音机。最右边上边白色的连接器是GPS天线,下边则是AM/FM、卫星收音SDARS与电视的天线,外观看起来很像4个同轴连接器。天下旁边屏蔽罩下的是卫星收音收模组。

上图为副板背面,屏蔽罩下方可能是卫星电视调谐与信号处理模组,大的集成块可能是电视编码芯片。

MBUX二代前排单元背板

NTG7的后座单元RSU

RSU背板接口

打开顶盖,映入眼帘的是几乎占据80%表面积的巨大散热片。

去掉散热片的全家福,相比前排单元少了一块PCB板,主要是音频和副板都可以去掉了。

主板正面,和前排单元主板几乎完全一致。

将几个视频界面转换芯片换到了背面,同时HDBaseT增加了一路,使用了两片V6000系列芯片。

后排RSU的无线板正面

后排RSU的无线板和前排的无线板相比去掉了音频和MOST部分。

后排RSU的无线板背面,只有一个瑞萨的RH850 MCU

奔驰与国内厂家挖空心思把精力集中在网联应用方向形成鲜明对比,国内厂家总是从厂家角度出发,借助自己车机的用户资源,与互联网厂家合作,希望可以得到互联网厂家的补贴,从而提高利润,或者就是试图用车机取代手机,试图把手机用户已经形成的习惯扭转,这都是不切实际的,缺乏实际价值的,也是不可能的。奔驰看似奢华,实际还是从实用角度出发的。

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