軟件定義汽車（SDV）已占據(jù)汽車行業(yè)數(shù)字化革命的中心。如果說SDV是“裝上車輪的智能手機(jī)”，那么其幕后核心——微控制器單元（MCU）則是當(dāng)之無愧的“汽車數(shù)字大腦”。這些體積微小但功能強(qiáng)大的芯片，大小從指甲蓋到米粒不等，控制著從剎車系統(tǒng)到環(huán)境照明等方方面面。

為深入剖析這一趨勢(shì)，格羅方德汽車處理業(yè)務(wù)總監(jiān)Wael Fakhreldin在本文中探討了塑造下一代汽車架構(gòu)變革方向、MCU不斷變化的需求，以及格羅方德如何與汽車客戶攜手創(chuàng)新，一同突破技術(shù)邊界。

Q:從宏觀視角出發(fā)，推動(dòng)新架構(gòu)需求的最大汽車挑戰(zhàn)是什么？

消費(fèi)者期待車內(nèi)體驗(yàn)如智能手機(jī)般流暢，而汽車制造商則致力于讓駕駛盡可能安全。但在傳統(tǒng)架構(gòu)中，每項(xiàng)新功能都需要配備專門的硬件，這給原始設(shè)備制造商（OEM）帶來了巨大的挑戰(zhàn)和成本，因?yàn)樗麄冃枰啥鄠€(gè)不同的控制單元。而推動(dòng)汽車向更智能、更互聯(lián)的方向發(fā)展，需要全新的架構(gòu)，使駕駛員能夠即時(shí)訪問新功能，而非依賴昂貴的硬件升級(jí)。

如今，這些壓力促使汽車行業(yè)加速向SDV轉(zhuǎn)型，SDV能夠迅速推出新功能，以滿足消費(fèi)者期望和市場(chǎng)需求，無需進(jìn)行物理更新。這一轉(zhuǎn)型依賴于高彈性、可擴(kuò)展的高性能計(jì)算平臺(tái)，以及無縫的空中下載技術(shù)（OTA）支持。

Q：當(dāng)前最有前景的汽車架構(gòu)是什么？未來幾年它們將如何演變？

SDV區(qū)域架構(gòu)正在提高效率和性能的標(biāo)準(zhǔn)，且通過多種方式實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。例如：1）根據(jù)車輛內(nèi)的物理位置而非功能來整合控制與處理功能；2）降低布線復(fù)雜性和整車線束重量。近年來，跨域區(qū)域架構(gòu)因其與現(xiàn)代車輛物理布局的契合度而受到青睞。每個(gè)區(qū)域控制器管理不同的車輛域功能——從車身、舒適系統(tǒng)、底盤控制到網(wǎng)關(guān)——不同的區(qū)域控制器通過速度高達(dá)10Gbps的快速以太網(wǎng)相連，構(gòu)成車輛的 “脊柱” 。

中央計(jì)算架構(gòu)雖預(yù)計(jì)要到2030年才會(huì)普及，但技術(shù)布局已啟動(dòng)。這種方法引入了一個(gè)高性能計(jì)算集群來協(xié)調(diào)所有車輛功能，通過聚合器將來自各種傳感器和組件的數(shù)據(jù)路由到中央處理器。如汽車級(jí)芯片粒技術(shù)之類的半導(dǎo)體創(chuàng)新將成為關(guān)鍵，支撐消費(fèi)者期待的實(shí)時(shí)軟件更新需求。

Q：從算力角度看，區(qū)域架構(gòu)MCU提出了哪些要求？

SDV的智能程度取決于其背后的架構(gòu)。簡(jiǎn)單來說，沒有區(qū)域控制器單元（ZCU），SDV就無法充分發(fā)揮其潛力。這些控制器按物理集群而非功能整合車輛功能。這一轉(zhuǎn)變使MCU成為焦點(diǎn)，并推動(dòng)了MCU性能邊界的拓展——需要更快的處理速度、連接更多設(shè)備，并支持邊緣人工智能（AI）等新興功能。

更強(qiáng)算力：MCU需要處理更多的實(shí)時(shí)計(jì)算任務(wù)。芯片制造商正在尋求使用運(yùn)行在更高頻率下的不同邏輯核心陣列。他們正轉(zhuǎn)向更先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)，并引入不同數(shù)字核心的虛擬化概念，使MCU能夠靈活高效地管理多個(gè)任務(wù)。

輸入/輸出過載：現(xiàn)代汽車擁有超過90個(gè)智能傳感器和800個(gè)傳感器及負(fù)載，這要求MCU集成高密度數(shù)字/模擬接口，以應(yīng)對(duì)大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

內(nèi)存性能提升：嵌入式非易失性存儲(chǔ)器（eNVM）容量需達(dá)到32MB甚至更大，速度需更快，以支持快速切換的數(shù)字核心，同時(shí)不增加延遲或造成瓶頸。

高速通信：車載數(shù)據(jù)量激增，MCU需快速傳輸這些數(shù)據(jù)。高速以太網(wǎng)和串行器-解串器（SerDes）接口等技術(shù)正成為標(biāo)準(zhǔn)，以確保區(qū)域之間以及區(qū)域與復(fù)雜車輛傳感器之間的可靠通信。

格羅方德先進(jìn)制成，如12LP+ MRAM和22FDX MRAM，正助力芯片制造商和支持當(dāng)今汽車的復(fù)雜處理，提供高速高能效的車載控制器。

隨著區(qū)域算力的提升，模擬任務(wù)逐漸轉(zhuǎn)移到車輛邊緣。如今，汽車芯片制造商正在將這些功能——電機(jī)控制器、音頻放大器，甚至通信接口——集成到格羅方德130BCD或55BCD技術(shù)平臺(tái)上的單個(gè)MCU中。

Q：車輛中的AI技術(shù)正迅速發(fā)展，邊緣AI如何重塑SDV的MCU需求？

邊緣AI正驅(qū)動(dòng)延長(zhǎng)電池壽命、座艙感知、語音交互和智能電機(jī)等創(chuàng)新功能。這種方法降低了復(fù)雜性、成本和功耗，同時(shí)通過本地處理信息而非云端處理，增強(qiáng)了用戶隱私保護(hù)。在AI加速不發(fā)生在中央計(jì)算機(jī)或ZCU的情況下，終端節(jié)點(diǎn)需要嵌入AI加速功能來執(zhí)行這些任務(wù)。

為適應(yīng)這一趨勢(shì)，MCU正在通過提供專門用于AI加速的IP：如用于運(yùn)行復(fù)雜數(shù)學(xué)模型的圖形處理單元（GPU）、用于語言和通信模型的語言處理單元（LPU），以及用于轉(zhuǎn)換實(shí)時(shí)信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）。對(duì)于更繁重的工作，MCU還集成了更快、更可靠的接口，以連接外部存儲(chǔ)器，確保能夠處理高級(jí)AI應(yīng)用所需的大量數(shù)據(jù)。

畫面呈現(xiàn)俯瞰視角（由無人機(jī)從空中拍攝）：一輛自動(dòng)駕駛汽車在城市高速公路上行駛，并超越其他車輛。可視化概念：傳感器掃描前方道路以探測(cè)其他車輛和限速信息。

Q：MCU如何演變以確保SDV在安全、保障和功能性等方面達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)？

功能安全是汽車設(shè)計(jì)的核心，但向SDV的轉(zhuǎn)型增加了復(fù)雜性。現(xiàn)代MCU在確保系統(tǒng)免受干擾方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其方式是通過隔離安全關(guān)鍵系統(tǒng)與非安全關(guān)鍵功能。這確保了安全關(guān)鍵系統(tǒng)（如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、剎車和安全氣囊）能夠無延遲地訪問所需的計(jì)算資源。MCU還可以通過支持先進(jìn)的錯(cuò)誤檢測(cè)，觸發(fā)故障安全或故障運(yùn)行機(jī)制，并采取正確的糾正措施來確保乘客安全。

安全駕駛離不開網(wǎng)絡(luò)安全。MCU負(fù)責(zé)保護(hù)OTA更新，驗(yàn)證新軟件鏡像來自可信來源，并保護(hù)節(jié)點(diǎn)之間的通信。隨著更多關(guān)鍵安全功能變得由軟件驅(qū)動(dòng)，車輛盜竊、網(wǎng)絡(luò)攻擊和未經(jīng)授權(quán)通信的可能性也隨之增加。

Q：MCU如何實(shí)現(xiàn)快速連接和低功耗的？

連接性是SDV的基石，而MCU則是連接從區(qū)域控制器到高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能以及車內(nèi)體驗(yàn)的核心。向簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如IP到邊緣）的方向發(fā)展，減少了布線復(fù)雜性，并消除了對(duì)多個(gè)網(wǎng)關(guān)的需求，使數(shù)據(jù)能夠直接從傳感器以低延遲傳輸?shù)組CU。為支持這一點(diǎn)，MCU正在采用以太網(wǎng)等技術(shù)，該技術(shù)可以高達(dá)10Gbps的速度傳輸數(shù)據(jù)，以及采用具有多drop技術(shù)的10BaseT1s，以降低系統(tǒng)成本和功耗。

電動(dòng)汽車擁有更低的功耗和更長(zhǎng)的續(xù)航里程是市場(chǎng)所需，MCU正是推動(dòng)這一高節(jié)能汽車未來的引擎。格羅方德先進(jìn)的22FDX+平臺(tái)能夠提供極低的功耗泄漏，引領(lǐng)著更高性能、更低功耗汽車的未來。

Q：格羅方德如何支持下一代汽車MCU，賦能SDV未來？

格羅方德可擴(kuò)展的汽車級(jí)認(rèn)證平臺(tái)能夠滿足多樣化的SDV需求，從計(jì)算密集型、模擬密集型或模擬輕量型區(qū)域MCU到計(jì)算輕量型、模擬密集型末端節(jié)點(diǎn)的MCU。格羅方德各個(gè)平臺(tái)都針對(duì)其性能類別和相關(guān)應(yīng)用，提供了廣泛的汽車級(jí)認(rèn)證IP組合。

在MCU替代品的認(rèn)證過程漫長(zhǎng)且復(fù)雜的情況下，韌性是成功的關(guān)鍵要素。這就是為什么格羅方德建立了全球團(tuán)隊(duì)和制造網(wǎng)絡(luò)，確保我們的客戶能夠獲得最先進(jìn)的MCU技術(shù)。這種方式使我們能夠支持全球領(lǐng)先的汽車制造商，共同迎接SDV架構(gòu)的新篇章。

Wael Fakhreldin擔(dān)任格羅方德汽車處理業(yè)務(wù)總監(jiān)一職。他深耕汽車領(lǐng)域，專注汽車微控制器、微處理器、人工智能加速器以及芯片組（chiplets）技術(shù)研發(fā)，推動(dòng)下一代汽車電子架構(gòu)創(chuàng)新。