汽車四化升級(jí)，車機(jī)系統(tǒng)迎新變化
汽車電子電控系統(tǒng)未來(lái)是向軟件定義汽車這個(gè)方向去發(fā)展的，但是軟件定義汽車不是一個(gè)目的，我們更多需要思考的是在電氣化、智能化越來(lái)越多、越來(lái)越復(fù)雜的情況下，怎么去降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少線束，同時(shí)降低系統(tǒng)的失效率，能夠快速地進(jìn)行軟件的迭代和產(chǎn)品的迭代。
同時(shí)通過(guò)軟件定義汽車這樣一個(gè)思維方式，能夠與消費(fèi)者之間形成高度定制化的需求。軟件定義汽車更多的是智能化發(fā)展后為了實(shí)現(xiàn)正常的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)降低成本、提高效率的目標(biāo)，以及實(shí)現(xiàn)汽車更高程度定制化需求的技術(shù)手段。
傳統(tǒng)汽車更多的是采用分布式的電子電器架構(gòu)的思路，分布式的特點(diǎn)就是一個(gè)功能對(duì)應(yīng)著一個(gè)ECU控制器，雖然智能化和電氣化的不斷演進(jìn)、發(fā)展，按照這種方式，它的電控單元會(huì)越來(lái)越多，隨之帶來(lái)的問(wèn)題就是線束和人工組裝成本會(huì)非常高。特斯拉給我們帶來(lái)了一個(gè)創(chuàng)新，就是智能汽車向域控這樣的方向發(fā)展，域控就是向上集成，以及擴(kuò)展計(jì)算單元的設(shè)備。比如說(shuō)ADAS域控，在傳統(tǒng)汽車?yán)锩媸菦](méi)有的，它是把高階的輔助駕駛傳感、計(jì)算這些全部合到一起；還有智能座艙的域控，原來(lái)也是沒(méi)有的，只有在智能汽車?yán)锩娌庞?，它是一個(gè)擴(kuò)展和向上集成的應(yīng)用場(chǎng)景。
但是域控制器解決不了軟件定義汽車的問(wèn)題，它解決不了電氣化、智能化不斷發(fā)展的時(shí)候帶來(lái)的一些困擾。因?yàn)槠嚴(yán)锩嬗泻芏嗫刂茊卧?，比如說(shuō)座椅、底盤(pán)等等，這里面很難通過(guò)一整套大的域控制板來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，在這一塊區(qū)域控制器的概念就形成了。
FAE總監(jiān)盧恒洋在演講現(xiàn)場(chǎng)
區(qū)域控制器是什么概念呢？它把I/O與計(jì)算進(jìn)行分離，可以作為物理空間的功能集成或者是同一種類型功能的集成，把它集成到一起。帶來(lái)的好處是讓域控制器做更多的計(jì)算類、高計(jì)算量的功能，把末端的控制、電源與數(shù)據(jù)的處理放到區(qū)域控制這一塊來(lái)，實(shí)現(xiàn)非常高程度的末端控制的集合。通過(guò)域控制器和區(qū)域控制器，最終組合來(lái)實(shí)現(xiàn)整車的軟件定義。所以I/O與計(jì)算分析是區(qū)域控制器實(shí)現(xiàn)汽車智能升級(jí)的必然方向。
現(xiàn)在已經(jīng)有越來(lái)越多的案例，比如說(shuō)Efuse就是典型的區(qū)域控制器延伸出來(lái)的概念，傳統(tǒng)的整車上有很多的能源控制，新能源汽車因?yàn)槭请姵毓╇?，它需要考慮到能源效率的問(wèn)題，所以在車的不同的位置、不同的部件，它可能都有大的負(fù)載，它需要及時(shí)地關(guān)閉，如果是采用繼電器的方式，勢(shì)必會(huì)占據(jù)非常大的空間，Efuse就是屬于電子fuse，這套設(shè)備可以控制整車上所有的電源開(kāi)關(guān)，來(lái)實(shí)現(xiàn)能源的整體控制。這就是把同一種功能集成到一起的優(yōu)勢(shì)。還有one box、底盤(pán)的區(qū)域控制器，它把EPS、ESC相關(guān)的東西合到一起，作為線控底盤(pán)的方式，這也是傳統(tǒng)汽車?yán)锩鏇](méi)有的概念，這種產(chǎn)品會(huì)越來(lái)越多的應(yīng)用到當(dāng)前的汽車?yán)锩妗?/span>
新場(chǎng)景下，車規(guī)MCU面臨的挑戰(zhàn)
按照這種思路，域控和中央網(wǎng)關(guān)域控更多是承擔(dān)數(shù)據(jù)、信息和軟件服務(wù)中心，域控制器更多是承擔(dān)電源、集線器和功能集成的作用，所以區(qū)域控制器在未來(lái)發(fā)展中用到的MCU，更多需要考慮的是信息安全和功能安全，它會(huì)要求非常高的功能安全。再往中央網(wǎng)關(guān)和域控這一塊，可能更關(guān)注的是信息安全，當(dāng)然也有部分的功能安全。
汽車電子電氣系統(tǒng)在不斷地演進(jìn)，更多的產(chǎn)品在做向上集成，所以一些原來(lái)的電子電控單元對(duì)MCU的需求、對(duì)MCU性能的要求也會(huì)不一樣。面向汽車照明這種應(yīng)用，以前傳統(tǒng)的可能連MCU都不需要，甚至只是需要一個(gè)8位的MCU來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)或者是流水的作用，現(xiàn)在不一樣了，在新的架構(gòu)里面，由于新的功能進(jìn)去，以及末端控制的高度的集成，它在這一塊的區(qū)域控制器的要求就會(huì)變得非常高，它的Flash的容量有可能超過(guò)512K甚至到1M，在芯*微電子的產(chǎn)品應(yīng)用案例中，它的主頻甚至是高達(dá)將近100M，甚至是在100M以上。
在車身控制和電機(jī)、電源這一塊也會(huì)做一些集成，它對(duì)MCU的要求也和以前不一樣?，F(xiàn)在對(duì)MCU的要求有可能達(dá)到2Mb的容量，主頻達(dá)到180M以上，在底盤(pán)動(dòng)力以及網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)這一塊，尤其是車載網(wǎng)關(guān)這一塊，它對(duì)MCU的性能要求就變得更高。主頻甚至到300M以上，F(xiàn)lash容量要到4M、8M甚至16M的資源和級(jí)別。
創(chuàng)新架構(gòu)，芯*微電子MCU持續(xù)滿足新需求
汽車的電子電器架構(gòu)的演進(jìn)對(duì)MCU半導(dǎo)體芯片廠商也提出了非常高的要求，如果我們按照原始的傳統(tǒng)國(guó)產(chǎn)替代的思維前進(jìn)，可能也會(huì)面臨一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)。
不過(guò)，芯*微電子基于KungFu內(nèi)核自研的產(chǎn)品有望能解決新需求面臨的挑戰(zhàn)。芯*微電子在這套KungFu架構(gòu)下有4款內(nèi)核的產(chǎn)品，*個(gè)是KungFu8內(nèi)核，第二個(gè)是KungFu32通用處理器內(nèi)核，第三個(gè)是KungFu32D數(shù)字信號(hào)處理器，第四個(gè)是KungFu32DA多核功能安全產(chǎn)品。
聽(tīng)到KungFu，可能很多人會(huì)誤以為該架構(gòu)來(lái)自于ARM，其實(shí)KungFu是獨(dú)立于MIPS、ARM和RISC-V的，是完全自主的處理器內(nèi)核，它實(shí)現(xiàn)了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從單核到多核統(tǒng)一處理器體系架構(gòu)。芯*微電子有了KungFu這套內(nèi)核體系，可以實(shí)現(xiàn)嵌入式控制領(lǐng)域整體的統(tǒng)一。
KungFu32內(nèi)核技術(shù)演進(jìn)
關(guān)于KungFu32內(nèi)核，我們有三代技術(shù)演進(jìn)：一個(gè)是通用處理器內(nèi)核產(chǎn)品，KungFu系列不是單點(diǎn)的產(chǎn)品，它是一個(gè)生態(tài)體系的產(chǎn)品。KungFu32內(nèi)核，當(dāng)前32位的車規(guī)MCU產(chǎn)品都是基于我們的KungFu32內(nèi)核來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)內(nèi)核也是實(shí)現(xiàn)到ASIL-B的功能安全等級(jí)。第二個(gè)是KungFu32D內(nèi)核的產(chǎn)品，它是在KungFu32的基礎(chǔ)上拓展了SIMD運(yùn)算指令，單核實(shí)現(xiàn)ASIL-B的功能安全目標(biāo)。第三個(gè)KungFu32DA內(nèi)核更多是基于多個(gè)KungFu32D內(nèi)核通過(guò)crossbar總線連接，它的主頻規(guī)劃到600M，功能安全達(dá)到最*別。芯*微電子在KungFu自有架構(gòu)體系下，衍生了非常多的產(chǎn)品系列，我們量產(chǎn)出了非常多的產(chǎn)品，從主頻400M到800M的產(chǎn)品都有開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)。在1M以下的產(chǎn)品我們都實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的量產(chǎn)和商業(yè)化的落地，包括大規(guī)模地上車都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。芯*微電子在明年會(huì)推出ASIL-D安全等級(jí)的產(chǎn)品，目前正在開(kāi)發(fā)中。
剛才提到域控不斷地發(fā)展，所以它對(duì)MCU的要求和性能的要求在不斷地提高，在MCU承擔(dān)更多功能的時(shí)候，系統(tǒng)就希望它盡量不要失效，因?yàn)樗艿墓δ芴嗔?，如果它出?wèn)題的話，可能會(huì)出現(xiàn)大面積的維修成本或者替換的成本就會(huì)相當(dāng)高，所以對(duì)功能安全和信息安全也有非常高的挑戰(zhàn)。我們?cè)谧灾鲀?nèi)核的產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)功能安全也是相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)廠家之前沒(méi)有這樣做的，更多是通過(guò)ARM的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)功能安全，還是有點(diǎn)不太一樣。
汽車MCU功能安全主要是為了做什么呢？它其實(shí)主要是解決兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是系統(tǒng)性失效，一個(gè)是隨機(jī)性失效。它怎么解決這兩個(gè)問(wèn)題呢？系統(tǒng)性失效，它屬于在設(shè)計(jì)過(guò)程中引入的失效，把它叫做系統(tǒng)性失效，更多的是通過(guò)設(shè)計(jì)的規(guī)則和流程的管理來(lái)避免系統(tǒng)性失效。最重要是隨機(jī)性失效，分為單點(diǎn)隨機(jī)性失效和潛伏隨機(jī)性失效，它通過(guò)安全目標(biāo)的分解和安全機(jī)制的設(shè)計(jì)來(lái)解決隨機(jī)性失效。映射到芯片本身的物理層面上，它就會(huì)做出非常多的安全機(jī)制，來(lái)保障它的隨機(jī)性失效能夠探測(cè)出來(lái)，在ASIL的分類里面就會(huì)有建議的設(shè)計(jì)上的參考。
芯*微電子車規(guī)MCU應(yīng)用場(chǎng)景
芯*微電子基于KungFu內(nèi)核的MCU產(chǎn)品現(xiàn)在大規(guī)模量產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)在汽車的照明，還有娛樂(lè)和網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)、車身控制、輔助駕駛、電機(jī)與電源控制等汽車場(chǎng)景中使用。高端MCU的目標(biāo)應(yīng)用就是這幾類方向：汽車網(wǎng)關(guān)、域控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、BMS、汽車底盤(pán)控制等。今年芯*微電子車規(guī)MCU甚至進(jìn)入了非常多的底盤(pán)和動(dòng)力系統(tǒng)的控制應(yīng)用，這可以說(shuō)是國(guó)產(chǎn)處理器的非常大的突破。
