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市场龙头在车用MCU与MPU领域有何高招?
wangying | 2018-08-21 14:20:35    阅读:16761   发布文章

——“恩智浦中国电子汽车电子应用开发中心”重庆开业仪式的访谈

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      近日,恩智浦中国汽车电子应用开发中心在重庆两江新区盛大开业,恩智浦全球副总裁兼汽车微控制器和处理器业务线市场及分销总经理Ross McOuat先生亲临现场。会后,McOuat先生携恩智浦重庆半导体有限公司总经理易生海先生和技术总监高磊博士,接受了电子产品世界等媒体的采访。

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照片:Ross McOuat先生

        车用半导体龙头  

        据IHS等市场调查公司统计,2017年全球汽车半导体市场规模为345亿美元,而恩智浦占据了13%的市场份额,是全球最大的汽车电子半导体供应商。

        实际上,恩智浦致力于提供硬件和软件的安全解决方案,在技术和应用领域处于领先地位。首先,在技术领域,恩智浦领先的产品包括微处理器(MCU)、车用模拟/RF/DSP、商用汽车MEMS传感器等。其次,在应用领域,其信息娱乐系统、安全的门禁系统、车身和车内网络、安全、动力总成等方面也处于领先地位。

        在车用MCU领域,恩智浦的上升速度很快。据市场调查公司Strategy Analytics统计,从2012年到2015年的6年间,恩智浦的车用MCU市场份额一直在不断扩大,从2012年的21.1%的市场占有率上升到27.8%。

        恩智浦不断追求零排放、零事故和零堵塞的终极目标,恩智浦希望通过自己的先进技术,帮助全球的车企做到环境友好、担负起社会责任。

        如何保证芯片零缺陷? 

        保证安全,首先要保证自己芯片的安全可靠。那么,恩智浦的芯片如何做到接近零缺陷的检测?

        首先是信息的收集。恩智浦一方面从客户方收集对芯片性能的要求,另一方面收集符合汽车安全完整性的标准,例如对完整、安全使用ADAS应用所提出的要求等。

        第二步,将这些要求转化成相应的参数,再进行产品的开发。

        第三步则是测试,看看这些功能和需求是否得到满足。

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       第四步,再来测试产品是否能够满足这些参数的需求,这一过程又会采取相应措施对质量进行保证。

       经过验证阶段,将会进行LBIST的测试,以保证器件在工作中运行正常。

       汽车生产过程当中,也需要有一系列的质量保证工作和措施,例如恩智浦有专业的团队来支持整个生产过程。

       最后,恩智浦依靠的还是40年的专业技术经验,在开发汽车系统和汽车40年过程当中也有自己的一系列规则和原则,并为客户提供几乎接近于零缺陷的产品。  

       40年引领创新经验 

       恩智浦有40年的车用MCU和MPU历史和领先产品,诸多里程碑可圈可点。例如,1978年公司就已经开发了第一个汽车控制器。1993年推出第一个32位MCU w/flash内存技术。2007年首次发布了双核车用32位MCU。2009年发布了业界第一个三核车用32位MCU,这比竞争对手提早了十年拥有多核处理器技术。2012年,恩智浦也是首家获得了关于汽车安全完整性等级的ISO26262审核。2014年,公司开发出了第一个四核容错MCU,用于线控刹车。2017年6月,发布了全球首个可扩展的计算架构——S32处理器平台,可为汽车提供端到端的安全保障。2018年6月,恩智浦推出S32处理器家族最新系列——S32S微处理器,为下一代自动驾驶汽车提供高安全性能。

        S32:广受欢迎的可扩展计算架构

        2017年6月,恩智浦发布了全球首个完全可扩展的计算架构S32。

        在产品发布后的一年间,S32在美国、欧洲、韩国、日本、中国市场受到了广泛的欢迎。主要用于高安全度的产品、安全的网关技术以及关键型的安全应用,例如底盘控制以及高性能的雷达应用——雷达技术和视觉技术。采用恩智浦产品的OEM(车厂)既包括一些高端的整车厂,也包括了在市场当中占有很大份额的汽车生产厂商。

        因此,无论是不同地区的市场表现、应用开发层面,以及和不同等级的汽车生产商合作层面,S32都获得了成功。

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         一年后的2018年6月,S32S微处理器(MPU)闪亮登场,为下一代电动车辆和自动驾驶车辆提供高性能和安全性,采用全新的16nm 800MHz多核微处理器/微控制器,首次将全新Arm® Cortex®-R52用于多核ASIL D计算。在制程方面,目前业界主流的工艺是40nm,而另外一个特性是用户可编程的硬件安全引擎。

        下一代S32产品——S32G也计划在今年第四季度推出,主要关注汽车网关。之前的网关主要使用MCU,S32G是MPU,性能会达几十倍的提高。以前的安全能力主要是靠安全模块,现在则是通过在MPU上搭建整体的安全架构来实现。            

        S32推出的背景:安全互联是大势所趋

        当今业界面临着三个重大趋势,每一个趋势都将对汽车的架构和处理能力带来巨大的影响。

9.jpg.png         第一个趋势则是自动驾驶。汽车需要清楚理解周边环境和障碍,这就包括了数据处理、信号识别、动作识别,涉及到传感器和一系列的雷达技术支持。常见的雷达技术包括激光雷达技术和超声波技术。一旦传感器的数量增加,产生的数据量就会极大增长,因此要保证汽车对大量数据的处理能力。

        第二个趋势是电气化。毫无疑问,电气化能够帮助减少温室气体排放和对环境的影响,但算法也因此需要更加复杂,计算性能要极大地提高来处理大批量数据,例如电池组件以及内燃机的数据。

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        最后一个重大趋势是互联通讯。如果人们希望在汽车上待的时间更多,那么汽车内部的联接需要增强,而汽车行驶过程中所产生的数据安全性亦需要保证,这些数据包括车内、车外和车周围产生的数据。

        受到这三个重大趋势的影响,我们则需要更多的传感器、更强的控制能力以及联网能力,这就导致现在每一辆汽车的半导体价值是在翻倍增长。

        由此看来,为了适应更高的要求,汽车复杂性、尤其是软件的复杂性正在不断提高,这是每一个汽车厂商不得不去面对和解决的问题。

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注:上图数据来源:Strategy Analytics与恩智浦

        新计算架构应运而生

        毫无疑问,我们需要新的技术去管理一个更加现代的汽车架构。下图是两个对比,左图的轿车是传统轿车,特点是有很多按钮;我们现在需要从传统的汽车升级到更加现代化的汽车,用一个触摸面板就能替代旧式汽车的所有按钮。

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        上图的橘色方块代表ECU(电控单元),左车的ECU通常每单个只有一个专门的功能,例如控制车窗、后视镜、车门、引擎、刹车等。但随着消费者对汽车性能需求的不断增长,汽车在应用程序、安全系统以及软件上的升级也是大势所趋,以实现更好的驾驶和车内体验。对车厂而言,如果想要升级传统汽车的一个特定功能,则需要升级某个特定的ECU,甚至在一些更复杂的情况下,要把整个车的车型进行升级。

        而上图右侧的这种现代汽车架构,性能更高,也有更强的联网及安保能力。通过控制域的管理器,便可以像手机一样,简单地实现汽车功能的升级。

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        因此,业界需要的是高性能的计算和更大容量的带宽。新的汽车架构可获得高性能的处理和计算能力,以及更加高性能的各种域的控制,也就保证了汽车有安全的联网能力,从而通过OTA(空中下载技术)的方式来更新汽车的特性和功能。

       恩智浦研发出的S32架构,可以提供不同的解决方案来进行应用的升级。S32总体框架显示,该架构有更高的性能和一流的安全性。这些技术能够保证无线升级的安全性,通过统一的汽车架构提高软件复用率。

        下图是S32汽车处理器平台总体一览。由图可见,恩智浦有各种各样的关键域支持技术。首先是中间的网关技术,能够帮助车辆安全联网。另外是应用程序的节点技术,能够实现软件、硬件的兼容性。此外,恩智浦还提供安全无忧的在线升级管理程序,能够保证汽车各个域的不断升级,并保证安全性。这些域,尤其是引擎这种关键域的升级,可以非常深入。恩智浦已在2018年6月通过这样的架构技术,生产了第一批MCU和MPU产品,它们能够非常深入地进行内嵌式域的升级,包括电池管理、制动系统、电动汽车和混合动力汽车的管理系统、转向系统、以及安全域的控制系统。

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        高速发展的中国本土汽车业

        此次位于重庆的恩智浦中国汽车电子应用开发中心开业,其主要任务之一是从事S32计算架构的开发。

        据IHS等市场调查公司统计,恩智浦是中国第一大汽车半导体厂商。过去六年间,恩智浦车用处理器在中国市场份额一直得到提升,从2012年的20%提升到2017年的36%,年均增长率4%左右。

       中国是一个具有绝佳机会的市场。展望未来,预计从2017年到2022年,汽车将从2900万辆增加到3500万辆,增长率3.8%。

        中国本土汽车品牌的市场份额,会从40%增长到约50%,这就意味着在中国市场中,中国本土品牌的汽车将会占有更多的量。

        在实际增量方面,2017中国的汽车半导体芯片,将会由15亿美元增长到2022年的26亿美元,年均增长率是11.7%,远远高于汽车的3.8%的增长率,主要源于新的汽车解决方案不断提出。例如过去两年,中国的汽车从小型的厢式汽车逐渐转向为SUV,现在汽车型号也在不断增加,意味着有更多的车载娱乐信息系统、高级辅助驾驶(ADAS)、传感器等问世。未来将有更多应用装配在高端汽车和现代汽车上,包括雷达技术、驾驶监控系统、混合动力控制系统等。

        我国正在朝着“中国制造2025”的宏伟目标迈进,预计在未来五年期间,中国本地Tier 1市场份额将从28%增长到2022年的48%。这个48%,包含本地Tier 1的出口产品,但目前本土Tier 1的80%~90%产品仍供应本地。

        中国本土汽车电气/电子业历程

        从1990年到2000年,中国汽车起步,1995年开始真正提出“汽车电子”的概念,之前都叫“汽车电气”。

        从1990年到2000年,国内企业一直在学习世界领先技术。

        从2000年到2010年,国内企业开始慢慢积累。这十年期间,中国的汽车电子供应商开始在车身电子和汽车仪表有了一定的规模。

        2010年,中国主机厂开始对于汽车电子的架构清晰认知、加深了解的阶段,例如车里的汽车电子意味着什么,网络应该怎样,有什么样的协议,通信应该怎么走等等。

        从2010年开始,国内汽车电子的发展开始加速。

        据悉,恩智浦中国汽车电子应用开发中心落成之后,将致力于在中国建立强大的本土化汽车电子研发团队,实现为本地行业需求研发、创新。该应用中心将重点覆盖安全网关、车载T-box、电机控制,智能驾驶前视等前沿应用。

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        小结

        恩智浦有新一代的S32可扩展计算架构。40年的历史及数一数二的市场份额使其有充足的经验及研发资金来进行新的研发,并保证了安全性。中国汽车市场正蓬勃发展,恩智浦中国汽车电子应用开发中心将致力于在中国建立强大的本土化汽车电子研发团队,实现为本地行业的需求进行研发和创新。

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图:应用中心可调节高低的办公桌,员工可站着办公

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图:恩智浦中国汽车电子应用开发中心员工休息区

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图:应用中心办公区过道临时小憩的座椅,颜色是恩智浦的商标色

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