5nm汽车处理器的震级

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“软件定义汽车”的概念正在成为业界的共识,也更加彰显硬件才是具备底层、中间层、应用层融合的基石逻辑。随着汽车架构的快速演进,硬件的变革也在由表及里,特别是汽车网关蔚然兴起,处于上游的半导体厂商敏锐地捕捉到这一轮新的潮流,正全力躬身入局。

ECU向域控制演进

在过去几年中,众多汽车中的分布式ECU数量已快速增长到超过100个,但却依然沿袭扁平化的点对点传统架构,使得硬件和布线占据了大量有效空间以及重量,增加了耗能以及研发难度和成本。同时,随着汽车制造商对诸如智能访问、车辆共享、预测性维护、车辆跟踪、车队管理和无线更新(OTA)的需求与日俱增,生成的数据量不断增加,这一架构已然难合时宜。

恩智浦执行副总裁兼汽车电子处理业务部总经理Henri Ardevol认为,因这一分布式架构难以获取各个ECU中的数据,而且要在修改或更新时花费大量精力和时间做适配及升级的工作。为了解锁硬件和软件创新周期,提升数据和设备的可获得性,域网关和集中式网关成为新的路径选择。

“几个类似功能的不同ECU可整合成一个域控制器即域网关,按照不同功能比如信息娱乐系统、ADAS、车身控制、动力控制、安全控制等来划分。”Henri Ardevol提及架构路径时介绍,“控制和决策功能由域网关中的处理器承担,从而可减少ECU中的硬件数量和成本,降低开发成本。同时,读取数据也变得更加高效。” 

Henri Ardevol进一步举例说,“以混合动力汽车的底盘动力域来说,通常有BMS、DC/DC、OBC、Inverter等多个独立ECU,通过域网关将集成这些功能,网关的高性能处理器以及虚拟化技术(Hypervisor)可实现多个功能的同时运行。”

从软硬件角度来看,网关设置带来了一举多得的效果,而其实更深层次的价值链也在重塑。Henri Ardevol提到,一方面对于汽车制造商,网关提供了从汽车制造商向数据服务提供商转型的机会,通过网关拓展维修建议、诊断测试、个性服务等服务的潜能。另一方面,第三方服务商如出行服务商、保险服务商等,可通过SDK整合进入到恩智浦庞大的车厂和Tier 1供应商体系,打造自己的业务模型。

需要提出的是,在域网关之上,也可设立一个集中式网关来管理域网关。“整车厂商有不同的考量,要看汽车设计复杂度和功能要求,这种域网关和集中式网关将是循序渐进式的,虽然数量难以界定,但聚合和解耦将成最主要的一个趋势。”Henri Ardevol判断。

面临四大挑战

承担重任的汽车网关,显然需要高效地处理和移动大量的数据,由此亦引发了新的挑战。

Henri Ardevol对此解读说,一是软件的复杂性。不同的域实现了不同的功能,提供兼容且可扩展的软件开发套件是一大挑战。二是成本,众多的新功能带来了更好的体验,但要将所有功能都添加到车内是不太现实的,需从经济适用的角度提供一个优化且成本可承受的方案。三是性能,汽车网关处理器通常要求是32位MCU,具有嵌入式闪存和CAN、LIN以及高速以太网接口,并具备强大的计算能力。此外,安全性至关重要。四是在功耗方面,无论在线还是离线,功耗的优化和平衡是一大挑战。

而恩智浦最新推出的网络处理器S32G成为标志着整车架构设计与实现的一个重要转折点

在目前的16nm系列产品中,S32G是全球首次将传统MCU与具备ASIL D功能安全的高性能MPU集成在一颗芯片上,4个1GHz的Cortex-A53核和3个400MHz Cortex-M7核实现高性能,集成的专用网络加速器集成了20个CAN/CAN FD接口、4个千兆以太网接口,加以支持ASIL D,解决了网关所涉及的快速路由、功能安全信息安全的问题。更为重要的是,S32G是S32平台的一部分,客户可重用高达40%的软件开发工作。与当前一般汽车网关芯片只有8个CAN接口、100兆以太网接口相比,优势显著。

而随着ECU进入到域控制器架构领域,域控制器除了提供基础功能之外,还要兼顾对多个ECU的管理和控制,对于性能和功耗的要求与上一代全然不同。正如Henri Ardevol所言,不仅要在设计上精进,在制程上也要相应地提升。

目前来看,40nm、16nm技术已经普遍在汽车MCU中采用,而为了满足更高的需求,主流的汽车芯片也在向7nm及以下挺进,一场围绕汽车级芯片工艺的“抢滩登陆战”正在打响。

为应对汽车网络处理器的需求,在汽车电子领域有多年深厚积累的恩智浦率先试水,顺应趋势,直接从16nm跳跃至5nm,宣布将推出基于5nm工艺的下一代汽车级芯片,再次站在了汽车芯片行业的“制高点”。

5nm进击

恩智浦与台积电在5nm制程的合作,对汽车行业来说是一个重要的飞跃。毕竟,恩智浦是全球首家宣布5nm汽车级芯片历史性时间点的企业,并计划在2021年向客户交付样品。

Henri Ardevol强调,“与7nm工艺相比,5nm将比其速度提高20%,功耗降低40%,恩智浦志在提供基于5nm工艺的一流汽车处理平台,提供跨多个域的统一架构,在性能、功耗和安全性方面塑造全新的差异化。” Henri Ardevol进一步谈到,首个采用5nm制程的产品将是一颗eCockpit(电子驾舱)SoC,因电子驾舱迭代快,性能高,高端汽车需支持20个屏、高达11k的分辨率等。之后,将逐渐在ADAS、动力、安全、车身等领域渗透。

除此之外,恩智浦大中华区汽车电子业务总经理刘芳还强调,恩智浦还拥有强大的生态合作伙伴,可提供支持S32G的完整的开发工具,打造完整的基于服务型网关的生态系统,助力OEM解决开发难题并快速将网关推入市场。

需要指出的是,S32G系列控制器可针对不同的域控制器进行特定的加速,适用于通用网关的为S32G,G代表Gateway;此外恩智浦汽车处理器平台中还有针对动力域的S32E、S32S、S32Z;针对ADAS域则有S32R等。

恩智浦率先进军5nm背后,不只是汽车智能化时代硬件变革的需求,亦是在新旧势力对决剧变之下的举措。从早前恩智浦还收购了汽车以太网子系统技术提供商OmniPHY,再到去年恩智浦宣布和Kalray合作开发下一代自动驾驶计算平台,接下来NXP宣布与嵌入式安全领域公司Green Hills建立战略合作伙伴关系,再将如今推出5nm的MPU,NXP的每一步都在稳步构筑自己的新“护城河”。毕竟,要在汽车行业纵横捭阖,必须能够比竞争对手更快地前进,洞悉快速变化的行业形势,在成本和性能上进行规模化,在技术上不断引领行业。

而5nm的引爆,也将激发汽车电子芯片的新一轮变革。(校对/Sky)

责编: 慕容素娟
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