怎么选智能汽车域控制器芯片_车身_芯片

自动驾驶芯片是指可实现高等别自动驾驶的 SoC 芯片。
CPU作为通用途理器，适用于处理数量适中的繁芜运算。

掌握类芯片紧张便是指MCU（Microcontroller Unit），即微掌握器，又叫单片机，是把CPU的主频与规格做适当缩减，并将存储器、定时器、A/D转换、时钟、I/O端口及串行通讯等多种功能模块和接口集成在单个芯片上，实现终端掌握的功能，具有性能高、功耗低、可编程、灵巧度高档优点。

车规级MCU示意图

※资料来源：公开资料、编写单位供应

汽车是MCU的一个非常主要的运用领域，据IC Insights数据，2019年环球MCU运用于汽车电子的占比约为33%。
高端车型中每辆车用到的MCU数量靠近100个，从行车电脑、液晶仪表，到发动机、底盘，汽车中大大小小的组件都须要MCU进行把控。
早期，汽车中运用的紧张是8位和16位MCU，但随着汽车电子化和智能化不断加强，所须要的MCU数量与质量也不断提高。
当前，32位MCU在汽车MCU中的占比已经达到了约60%，个中ARM公司的Cortex系列内核，因其本钱低廉，功耗掌握精良，是各汽车MCU厂商的主流选择。

汽车MCU的紧张参数包括事情电压、运行主频、Flash和RAM容量、定时器模块和通道数量、ADC模块和通道数量、串行通讯接口种类和数量、输入输出I/O口数量、事情温度、封装形式及功能安全等级等。

按CPU位数划分，汽车MCU紧张可分为8位、16位和32位。
随着工艺升级，32位MCU本钱不断低落，目前已经成为主流，正在逐渐替代过去由8/16位MCU主导的运用和市场。

如果按运用领域划分，汽车MCU又可以分为车身域、动力域、底盘域、座舱域和智驾域。
个中，对付座舱域和智驾域来说，MCU须要有较高的运算能力，并具有高速的外部通讯接口，比如CAN FD和以太网，车身域同样哀求有较多的外部通讯接口数量，但对MCU的算力哀求相对较低，而动力域和底盘域则哀求更高的事情温度和功能安全等级。

2. 底盘域掌握芯片

底盘域是与汽车行驶干系，由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统共同构成，有五大子系统构成，分别为转向、制动、换挡、油门、悬挂系统，随着汽车智能化发展，智能汽车的感知识别、决策方案、掌握实行为底盘域核心系统，线控转向和线掌握动是面向自动驾驶实行真个核心零部件。

（1）事情哀求

底盘域ECU采取高性能、可升级的功能安全性平台，并支持传感器群集及多轴惯性传感器。
基于这种运用处景，对底盘域MCU提出如下需求：

· 高主频和高算力哀求，主频不低于200MHz且算力不低于300DMIPS

· Flash存储空间不低于2MB，具有代码Flash和数据Flash物理分区；

· RAM不低于512KB；

· 高功能安全等级哀求，可以达到ASIL-D等级；

· 支持12位精度ADC；

· 支持32位高精度，高同步性定时器；

· 支持多通道CAN-FD；

· 支持不低于100M以太网；

· 可靠性不低于AEC-Q100 Grade1；

· 支持在线升级（OTA）；

· 支持固件验证功能（国密算法）；

（2）性能哀求

· 内核部分：

I.内核主频：即内核事情时的时钟频率，用于表示内核数字脉冲旗子暗记震荡的速率，主频不能直接代表内核的运算速率。
内核的运算速率还和内核的流水线、缓存、指令集等有关系；

II.算力：常日可以利用DMIPS来进行评估。
DMIPS是指丈量MCU综合的基准程序的测试程序时表现出来的相对性能高低的一个单位。

· 存储器参数：

I.代码存储器：用于存放代码的存储器；

II.数据存储器：用于存放数据的存储器；

III.RAM：用于存放临时数据和代码的存储器。

· 通信总线：包括汽车专用总线和常规通信总线；

· 高精度外设；

· 事情温度；

（3）家当格局

由于不同车厂采取的电子电气架构会有所差异，对底盘域的零部件需求会有所不同。
同一车厂的不同车型由于高低配置不同，对底盘域的ECU选择也会不一样。
这些区分都会造成对底盘域的MCU需求量会有所不同。
例如本田雅阁的底盘域MCU芯片利用了3颗，奥迪Q7采取了大约11颗底盘域的MCU芯片。
2021年中国品牌乘用车产量约为1000万辆，个中单车底盘域MCU均匀需求量为5颗，全体市场总量就达到了约5000万颗。
全体底盘域MCU的紧张供货商为英飞凌、恩智浦、瑞萨、Microchip、TI和ST。
这五家国际半导体厂商在底盘域MCU的市场占比超过了99%。

（4）行业壁垒

关键技能角度，EPS、EPB、ESC等底盘域的零部件均与驾驶员的生命安全息息相关，因此对底盘域MCU的功能安全等级哀求非常高，基本上都是ASIL-D等级的哀求。
这个功能安全等级的MCU海内属于空缺。
除了功能安全等级，底盘域零部件的运用处景对MCU的主频、算力、存储器容量、外设性能、外设精度等方面均有非常高的哀求。
底盘域MCU形成了非常高的行业壁垒，须要国产MCU厂商去寻衅和攻破。

供应链方面，由于底盘域零部件须要掌握芯片具有高主频、高算力的哀求，这对晶圆生产的工艺和制程方面提出了比较高的哀求。
目前看来至少须要55nm以上的工艺才能知足200MHz以上的MCU主频哀求。
在这个方面海内的车规MCU产线尚不完备，没有达到量产级别。
国际半导体厂商基本上都采取了IDM模式，在晶圆代工厂方面，目前只有台积电、联华电子和格芯具备相应能力。
海内芯片厂商均为Fabless公司，在晶圆制造和产能担保上面具有寻衅和一定的风险。

在自动驾驶等核心打算场景中，传统通用CPU由于打算效率低，难以适应AI打算哀求，GPU、FPGA以及ASIC等AI芯片凭借着自身特点，在边缘端和云端有着精良表现，运用更广。
从技能趋势看，短期内GPU仍将是AI芯片主导，长期来看，ASIC是终极方向。
从市场趋势看，环球AI芯片需求将保持较快增长势头，云端、边缘芯片均具备较大增长潜力，估量未来5年市场增速将靠近50%；海内芯片技能虽然根本较弱，但随着AI运用的快速落地，AI芯片需求快速放量为本土芯片企业技能和能力发展创造机遇。
自动驾驶对算力、时延和可靠性哀求严苛，目前多利用GPU+FPGA的办理方案，后续随着算法的稳定以及数据驱动，ASIC有望得到市场空间。

CPU芯片上须要很多空间来进行分支预测与优化，保存各种状态以降落任务切换时的延时。
这也使得其更适宜逻辑掌握、串走运算与通用类型数据运算。
以GPU与CPU进行比较为例，与CPU比较，GPU 采取了数量浩瀚的打算单元和超长的流水线，只有非常大略的掌握逻辑并省去了 Cache。
而 CPU 不仅被 Cache 霸占了大量空间，而且还有繁芜的掌握逻辑和诸多优化电路，比较之下打算能力只是很小的一部分。

3. 动力域掌握芯片

动力域掌握器是一种智能化的动力总成管理单元。
借助CAN/FLEXRAY实现变速器管理，电池管理，监控互换发电机调节，紧张用于动力总成的优化与掌握，同时兼具电气智能故障诊断智能节电、总线通信等功能。

（1）事情哀求

动力域掌握MCU可支持BMS等动力方面的紧张运用，其哀求如下：

· 高主频，主频600MHz~800MHz

· RAM 4MB

· 高功能安全等级哀求，可以达到ASIL-D等级；

· 支持多通道CAN-FD；

· 支持2G以太网；

· 可靠性不低于AEC-Q100 Grade1；

· 支持固件验证功能（国密算法）；

（2）性能哀求

高性能：产品集成了ARM Cortex R5双核锁步CPU和4MB片内SRAM以支撑汽车运用对付算力和内存日益增长的需求。
ARM Cortex-R5F CPU主频高达800MHz。

高安全：车规可靠性标准AEC-Q100达到Grade 1级别，ISO26262功能安全等级达到ASIL D。
采取的双核锁步CPU，可以实现高达99%的诊断覆盖率。
内置的信息安全模块集成真随机数天生器、AES、RSA、ECC、SHA以及符合国密商密干系标准的硬件加速器。
这些信息安全功能的集成可以知足安全启动、安全通信、安全固件更新升级等运用的需求。

4. 车身域掌握芯片

车身域紧张卖力车身各种功能的掌握。
随着整车发展，车身域掌握器也越来越多，为了降落掌握器本钱，降落整车重量，集成化须要把所有的功能器件，从车头的部分、车中间的部分和车尾部的部分如后刹车灯、后位置灯、尾门锁、乃至双撑杆统一集成到一个总的掌握器里面。

车身域掌握器一样平常集成BCM、PEPS、TPMS、Gateway等功能，也可拓展增加座椅调节、后视镜掌握、空调掌握等功能，综条约一管理各实行器，合理有效地分配系统资源。
车身域掌握器的功能浩瀚，如下图所示，但不限于在此列举的功能。

车身域掌握器功能表

※资料来源：公开资料、编写单位供应

（1）事情哀求

汽车电子对MCU掌握芯片的紧张诉求为更好的稳定性、可靠性、安全性、实时性等技能特性哀求，以及更高的打算性能和存储容量，更低的功耗指标哀求。
车身域掌握器从分散化的功能支配，逐渐过渡到集成所有车身电子的根本驱动、钥匙功能、车灯、车门、车窗等的大掌握器，车身域掌握系统设计综合了灯光、雨刮洗涤、中控门锁、车窗等掌握，PEPS智能钥匙、电源管理等，以及网关CAN、可扩展CANFD和FLEXRAY、LIN网络、以太网等接口和模块等多方面的开拓设计技能。

在总体上讲，车身域上述各种掌握功能对MCU主控芯片的事情哀求紧张表示在运算处理性能、功能集成度和通信接口，以及可靠性等方面。
详细哀求方面由于车身域不同功能运用处景的功能差异性较大，例如电动车窗、自动座椅、电动尾门等车身运用还存在高效电机掌握方面的需求，这类车身运用哀求MCU集成有FOC电控算法等功能。
此外，车身域不同运用处景对芯片的接口配置需求也不尽相同。
因此，常日须要根据详细运用处景的功能和性能哀求，并在此根本上综合衡量产品性价比、供货能力与技能做事等成分进行车身域MCU选型。

（2）性能哀求

车身域掌握类MCU芯片紧张参考指标如下：

· 性能：ARM Cortex-M4F @144MHz，180DMIPS，内置8KB指令Cache缓存，支持Flash加速单元实行程序0等待。

· 大容量加密存储器：高达512K Bytes eFlash，支持加密存储、分区管理及数据保护，支持ECC校验，10万次擦写次数，10年数据保持；144K Bytes SRAM，支持硬件奇偶校验。

· 集成丰富的通信接口：支持多路GPIO、USART、UART、SPI、QSPI、I2C、SDIO、USB2.0、CAN 2.0B、EMAC、DVP等接口。

· 集成高性能仿照器件：支持12bit 5Msps高速ADC、轨到轨独立运算放大器、高速仿照比较器、12bit 1Msps DAC；支持外部输入独立参考电压源，多通道电容式触摸按键；高速DMA掌握器。

· 支持内部RC或外部晶体时钟输入、高可靠性复位。

· 内置可校准的RTC实时时钟，支持闰年万年历，闹钟事宜，周期性唤醒。

· 支持高精度定时计数器。

· 硬件级安全特性：密码算法硬件加速引擎，支持AES、DES、TDES、SHA1/224/256，SM1、SM3、SM4、SM7、MD5算法；Flash存储加密，多用户分区管理（MMU），TRNG真随机数发生器，CRC16/32运算；支持写保护（WRP），多种读保护（RDP）等级（L0/L1/L2）；支持安全启动，程序加密下载，安全更新。

· 支持时钟失落效监测，防拆监测。

· 具有96位UID及128位UCID。

· 高可靠事情环境：1.8V～3.6V/-40℃～105℃。

（3）家当格局

车身域电子系统不论是对国外企业还是海内企业都处于发展初期。
国外企业在如BCM、PEPS、门窗、座椅掌握器等单功能产品上有深厚的技能积累，同时各大外企的产品线覆盖面较广，为他们做系统集成产品奠定了根本。
而海内企业新能源车车身运用上具有一定上风。
以BYD为例，在BYD的新能源车上，将车身域分为旁边后三个域，重新布局和定义系统集成的产品。
但是在车身域掌握芯片方面，MCU的紧张供货商为仍旧为英飞凌、恩智浦、瑞萨、Microchip、ST等国际芯片厂商，国产芯片厂商目前市场霸占率低。

（4）行业壁垒

从通信角度来看，存在传统架构-稠浊架构-终极的Vehicle Computer Platform的演化过程。
这里面通信速率的变革，还有带高功能安全的根本算力的价格降落是关键，未来有可能逐步实现在根本掌握器的电子层面兼容不同的功能。
例如车身域掌握器能够集成传统BCM、PEPS、纹波防夹等功能。
相对来说，车身域掌握芯片的技能壁垒要低于动力域、驾舱域等，国产芯片有望率先在车身域取得较大打破并逐步实现国产替代。
近年来，国产MCU在车身域前后装市场已经有了非常良好的发展势头。

5. 座舱域掌握芯片

电动化、智能化、网联化加快了汽车电子电气架构向域控方向发展，座舱域也在从车载影音娱乐系统到智能座舱快速发展。
座舱以人机交互界面呈现出来，但不管是之前的信息娱乐系统还是现在的智能座舱，除了有一颗运算速率强大的SOC，还须要一颗实时性高的MCU来处理与整车的数据交互。
软件定义汽车、OTA、Autosar在智能座舱域的逐渐遍及，使得对座舱域MCU资源哀求也越来越高。
详细表示在FLASH、RAM容量需求越来越大，PIN Count需求也在增多，更繁芜的功能须要更强的程序实行能力，同时还要有更丰富的总线接口。

（1）事情哀求

MCU在座舱域紧张实现系统电源管理、上电时序管理、网络管理、诊断、整车数据交互、按键、背光管理、音频DSP/FM模块管理、系统韶光管理等功能。

MCU资源哀求：

· 对主频和算力有一定哀求，主频不低于100MHz且算力不低于200DMIPS；

· Flash存储空间不低于1MB，具有代码Flash和数据Flash物理分区；

· RAM不低于128KB；

· 高功能安全等级哀求，可以达到ASIL-B等级；

· 支持多路ADC；

· 支持多路CAN-FD；

· 车规等级AEC-Q100 Grade1；

· 支持在线升级（OTA），Flash支持双Bank；

· 须要有SHE/HSM-light等级及以上信息加密引擎，支持安全启动；

· Pin Count不低于100PIN；

（2）性能哀求

· IO支持宽电压供电（5.5v~2.7v），IO口支持过压利用；

很多旗子暗记输入根据供电电池电压颠簸，存在过压输入情形，IO口支持过压利用能提升系统稳定、可靠性。

· 存储器寿命：

汽车生命周期长达10年以上，因此汽车MCU程序存储、数据存储须要有更长的寿命。
程序存储和数据存储须要有单独物理分区，个中程序存储擦写次数较少，因此Endurance>10K即可，数据存储须要频繁擦写，须要有更大的擦写次数，参考data flash指标Endurance>100K, 15年(<1K),10年(<100K)。

· 通信总线接口；

汽车上总线通信负荷量越来越高，因此传统CAN已不能知足通信需求，高速CAN-FD总线需求越来越高，支持CAN-FD逐渐成为MCU标配。

（3）家当格局

目前国产智能座舱MCU占比还很低，紧张供应商仍旧是NXP、 Renesas、Infineon、ST、Microchip等国际MCU厂商。
海内有多家MCU厂商已在布局，市场表现还有待不雅观察。

（4）行业壁垒

智能座舱车规等级、功能安全等级相对不算太高，紧张是know how方面的积累，须要不断的产品迭代和完善。
同时由于海内晶圆厂有车规MCU产线的不多，制程也相对掉队一些，若要实现全国产供应链须要一段韶光的磨合，同时可能还存在本钱更高的情形，与国际厂商竞争压力更大。

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