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国产车规MCU,终于实现了性能全球领先

发布人:机器之心时间:2022-04-20来源:工程师

芯驰科技新推出的芯片,或将重塑智能汽车的版图。


国产芯片领域再次传来好消息。
近日,车规芯片企业芯驰科技正式发布高端车规控制单元(MCU)E3 系列,该芯片是当前全球性能最高的车控 MCU 产品。
这款芯片主频最高可支持 800MHz,与当前业界同级产品相比,性能一次提升了几倍。芯驰科技首席架构师孙鸣乐表示,「E3 控之心是芯驰为未来智能汽车精心打造的车规 MCU,有四大优势:高可靠、高安全、高性能、广覆盖。」
E3 系列可应用于线控底盘、制动控制、BMS、ADAS / 自动驾驶运动控制、液晶仪表、HUD、流媒体视觉系统 CMS 等任务处理,今年第三季度实现量产。
业界最强车控 MCU
MCU 是汽车必不可少的核心器件,其将内存、运算器、计时器、接口等整合在单一芯片上,实现存储、计算和控制的完整功能,面向不同的应用场景应用不同的配置。
芯驰科技本次发布的车规高性能 MCU,是针对汽车安全相关应用设计的新一代高性能产品,集成多达 6 个 ARM Cortex R5 CPU 核心,其中 4 个内核可配置成双核锁步或独立运行,对未来汽车智能化的应用需求带来了新的可能性。

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当前,一辆汽车通常要搭载 50-100 个电子控制单元 (ECU),每个 ECU 又包含一块或多块 MCU。在新能源车上,芯片的数量还要翻倍。为了提高计算效率、协同执行、降低成本等目的,跨域融合集中化的车载芯片方案是未来的方向。
在域控制器的趋势下,车上任务的运算复杂度呈指数级增加,汽车芯片不仅需要具备强大的计算能力来处理来自多种传感器的大量数据,还需要丰富的网络接口支持高带宽的数据传输。传统功能芯片已逐渐无法满足域控制器的新需求,E3 芯片旨在解决这一挑战。
E3 采用台积电 22 纳米车规工艺制程,全系列车控 MCU 主频从 300MHz 起步,最高可支持 800MHz,相对目前大部分车载的 100-200MHz MCU,性能成倍提升。E3 MCU 不仅同时能处理更多的任务,处理每个任务的速度也会更快,同时也保证高可靠和高安全性。
E3 五种配置面向不同的应用场景,包括面向电池管理、线控底盘、制动控制和辅助驾驶的高性能高可靠系列,面向液晶仪表、HUD 和流媒体视觉系统 CMS 的显示 MCU 系列,以及面向车身控制、T-Box 等应用的低功耗系列。
这些芯片支持千兆以太网连接,SRAM 存储最高覆盖至 5MB,支持 eMMC、SD 等外部存储,产品封装覆盖 BGA、LQFP 方式。
在近几年汽车缺芯的背景下,各家车厂供货压力最大的产品就是 MCU。芯驰科技的 E3 因为性能更强,集成度更高,可以减少车上芯片总量。
例如,未来主机厂可以把 VCU(整车控制器)、BMS(电池管理)等单元,或 T-Box(车联网智能终端)、BCM(车身控制模块)集成在一起,实现更好的协同性能。
在新产品上,芯驰将提供从芯片到开发套件、设计方案等完整工具链支持,并致力于打造完整生态。
车规芯片:比消费级芯片更难造
近年随着 AI 等技术的推动,国内涌现出了一些高光芯片创业公司,但在车规芯片领域,还没有能撼动国际巨头的玩家出现。芯驰科技或许可以通过 E3 打破这一局面。
相对于消费级芯片,打造汽车半导体的风险更大,投入也更高。因为对车规芯片来说,安全可靠是最重要的需求:半导体产生的故障可能引发交通事故,导致人员伤亡。为满足要求,设计一款车规级芯片需要有需求管理、安全关键设计、功能故障仿真、审查和报告,以及第三方评估的安全认证。

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车规芯片适用的标准包括美国汽车电子协会制定的 AEC-Q100,用于衡量汽车级产品的可靠性等级;ISO 26262 标准覆盖的范围则包括车辆设计到系统、处理 / 控制芯片、嵌入式软件、元器件开发及相关的生产、维护、报废等车辆产品的全生命周期。
为了实现高良率,一般在生产车规芯片时,还需要对半导体工厂实行「产线认定」,时间需要半年到一年。
芯驰科技 E3 系列满足的车规可靠性标准 AEC-Q100 达到 Grade 1 级别,这意味着该芯片可在高达 125℃ 的环境温度范围内实现长时间稳定工作。同时,芯片功能安全等级达到 ASIL D。基于多核设计,E3 的双核锁步 Cortex-R5 实现了高达 99% 的诊断覆盖率,在所有 SRAM 上都配置了 ECC,在安全相关的外设上都配置了 E2E 保护。
双核锁步意味着 E3 芯片在处理任务时,两个 CPU 核心每个时钟周期都会相互验证输出内容,这种自检独立于应用软件,不需要执行专门的指令集自检,提高了硬件可靠性。
芯驰表示,在现有的车规 MCU 中,能够同时满足 AEC-Q100 Grade 1 和 ISO 26262 ASIL D 两个标准的车规 MCU 屈指可数。 

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「在不同域之间,原来不同的模块存在不同的功能安全等级,在整合后若有部分功能需要较高安全等级,整个 MCU 就要以最高级为准,所以 E3 采用了较高的整体功能安全等级。」孙鸣乐表示。
极高的安全标准,保证了用户的驾驶安全,也为车企和供应商消除了应用高性能算力的顾虑。
据芯驰科技 CEO 仇雨菁介绍,芯驰在成立第一时间,就完成了 ISO26262 ASIL D 最高功能安全等级流程认证,随后很快获得 AEC-Q100 可靠性认证、ISO26262 功能安全产品认证以及国密认证,成为国内首个「四证合一」的车规芯片企业。
汽车芯的最后一块拼图
E3 是芯驰科技产品线的最新一员。
2020 年,芯驰科技发布了智能座舱处理器 X9,中央网关处理器 G9,以及 ADAS / 自动驾驶处理器 V9 等高性能 SoC。2021 年,芯驰对全系产品进行了升级,同时发布了 UniDrive 全开放自动驾驶平台。

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在 X9 座舱芯片上,芯驰科技提供了高性能的 CPU、GPU,通过对芯片架构的深度优化,完整支持多系统虚拟化,一颗芯片同时驱动仪表、中控、后视镜、后排娱乐等多达 10 个高清显示,并支持多屏共享和互动,
G9 中央网关处理器强化了数据包的吞吐和转发能力,在极低 CPU 占用率的情况下,可实现不同接口之间高流量,低延迟的数据交换。
面向自动驾驶的 V9 则集成了高性能 CPU、GPU、CV 引擎和 AI 引擎,支持 L2 级别 ADAS(高级驾驶辅助系统)和自动驾驶的主流应用场景。
E3 的发布,意味着芯驰科技「四芯合一」的产品矩阵正式确立,其产品体系将为智能网联汽车的发展注入新的活力。
基于上述四大产品线,芯驰在 4 月 12 日还发布了面向未来的「芯驰中央计算架构 SCCA 1.0」,其既支持安全任务部署,又具有灵活的系统扩展能力。  

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值得一提的是,芯驰科技四个系列产品采用通用的底层架构。芯驰科技董事长张强表示,平台化的贯通设计,不仅大大降低了研发成本和时间投入,更能迅速提升车厂的供应链弹性,缓解「缺芯」风险。
从全球市场看,目前国际厂商在车规级半导体领域中占据主导地位,英飞凌、恩智浦、瑞萨半导体等前十大厂商占据超过六成市场份额。随着新能源的热潮,汽车电动化、智能化、网联化发展趋势愈发明显,车规芯片市场出现了新的机遇。
近两年,芯驰科技、地平线等国内芯片公司相继拿下主机厂量产定点,在车规级芯片市场形成了突破。芯驰科技在 2021 年 3 月实现了百万芯片订单量,全系列产品目前已覆盖中国超过 70% 的车企。
据统计,芯驰科技已经与超过 250 家合作伙伴在软件、硬件、算法、协议栈、操作系统等方面进行了合作。
在最新产品的落地上,目前已有近 20 家主机厂、一级供应商正在基于 E3 系列 MCU 芯片提前设计产品。随着 E3 的正式发布,芯驰科技成为了国内唯一一家提供汽车电子电气架构所有主要芯片的芯片企业。
据悉,2022 年下半年,芯驰科技还将推出单片算力达 200TOPS 的自动驾驶处理器,并且配套开放的平台和生态系统,为 L3 级自动驾驶带来升级空间。
「芯驰科技专注于车规芯片领域,我们希望自身产品能在性能和安全性不打任何折扣的情况下替代业内领先产品,而不是成为低价替代。我们已经证明了这条路是可以走通的。」孙鸣乐说道。


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关键词: 汽车电子

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