汽車電子電氣架構(gòu)集成化之后，MCU何去何從？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）在汽車智能化、電動(dòng)化的進(jìn)程中，MCU用量在不斷增加。捷豹路虎的工程師曾表示，在每輛普通燃油車上至少需要70個(gè)MCU，而智能汽車上對(duì)于電子控制的需求增多，這個(gè)數(shù)字則提升至300個(gè)以上。

然而汽車電子電氣架構(gòu)，也在過(guò)去十多年間發(fā)生了眾多變化，從分布式往集中式發(fā)展的過(guò)程中，域控制器的興起首先對(duì)傳統(tǒng)MCU的性能帶來(lái)了挑戰(zhàn)，而未來(lái)中央域控等架構(gòu)，更將進(jìn)一步壓縮傳統(tǒng)MCU的空間。那么未來(lái)汽車MCU的用量是否將迎來(lái)倒退？

汽車E/E架構(gòu)演變，傳統(tǒng)MCU無(wú)法滿足需求

在以往的分布式架構(gòu)中，汽車的各個(gè)電子功能模塊都需要一個(gè)ECU控制，比如車燈、ABS、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)、液晶儀表、娛樂(lè)影音等設(shè)備。而ECU一般由核心的MCU，加上存儲(chǔ)器、I/O、ADC等器件組成。

通過(guò)ECU可以監(jiān)控汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)或是接收操作指令，并將參數(shù)和指令發(fā)送到相關(guān)的執(zhí)行模塊，以實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。

而進(jìn)入域控架構(gòu)時(shí)代，域控制器的出現(xiàn)開(kāi)始讓汽車E/E架構(gòu)往集中式發(fā)展邁進(jìn)一大步?！坝颉备拍畹某霈F(xiàn)，主要是為了降低整車成本，按照博世的定義，域控架構(gòu)階段，又可以分為中央域控制器和跨域控制器兩個(gè)階段。

中央域控制器架構(gòu)是將各個(gè)功能域通過(guò)以太網(wǎng)和CAN總線進(jìn)行通信，比如較為傳統(tǒng)的廠商將汽車E/E架構(gòu)分為自動(dòng)駕駛域、動(dòng)力域、底盤域、座艙域、車身域共五大部分。

而更進(jìn)一步的跨域控制器架構(gòu)，集成度更高，比如在特斯拉Model 3的E/E架構(gòu)中將ADAS域、信息娛樂(lè)域和通信系統(tǒng)域集成到中央計(jì)算模塊，而車身控制方面分為左右兩部分，也就是按照位置域來(lái)集成控制模塊，降低線束長(zhǎng)度的同時(shí)，由于功能區(qū)分不明顯，采用三大控制模塊可以大幅降低ECU的使用量。

大眾MEB則將整車E/E架構(gòu)分為車輛控制域、智能駕駛域、智能座艙域三大域，還是以功能為主要區(qū)分。不過(guò)小鵬汽車曾表示，特斯拉與大眾的架構(gòu)本質(zhì)上是同一條路線的演進(jìn)過(guò)程，而最終域控制器的形態(tài)可能就會(huì)集成到一個(gè)中央域，由一個(gè)計(jì)算模塊來(lái)控制整車功能。

從這些趨勢(shì)來(lái)看，顯然，當(dāng)一個(gè)域控制器需要面向整車幾乎一半電子部件的時(shí)候，傳統(tǒng)的MCU算力性能已經(jīng)無(wú)法滿足域控制器的性能需求。

從MCU到SoC，MCU會(huì)從汽車上消失嗎？

從分布式ECU到域控制器，最核心的必然是處理芯片的算力升級(jí)。在傳統(tǒng)分布式ECU上，MCU的功能僅為執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的控制指令，算力較低；但到了智能汽車時(shí)代，傳感器數(shù)量增加，數(shù)據(jù)量增加的同時(shí)，也提供滿足數(shù)據(jù)處理所需的算力。

比如英飛凌的汽車MCU產(chǎn)品，在近十年間也在持續(xù)迭代性能，從TC178x到TC2xx、T4Dx，算力從最早的2 DMIPS/MHz發(fā)展到8000 DMIPS/MHz的水平。MCU方面的性能在不斷提升，也逐步催生出一種主頻、算力要比一般MCU更高的MPU，MPU一般需要外接RAM和FALSAH，可以運(yùn)行較大的操作系統(tǒng)，支持復(fù)雜任務(wù)處理。不過(guò)MCU和MPU的界限較為模糊，MCU的性能在不斷提高，總體來(lái)說(shuō)對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)景會(huì)較多使用MCU。

但如果將目光放至SoC上，以目前智能座艙主流的高通的SA85xx為例，算力則早已超過(guò)100K DMIPS/MHz。SoC是一顆系統(tǒng)級(jí)芯片，由CPU+GPU+DSP+NPU+各種外設(shè)接口、存儲(chǔ)類型等電子元件組成，集成度較高，功能也更加復(fù)雜。

SoC將CPU+GPU+DSP+NPU等進(jìn)行了片上互聯(lián)，加上豐富的I/O接口，令SoC能夠調(diào)配更多資源，傳輸以及運(yùn)行效率更高。由于性能上的優(yōu)勢(shì)，目前在自動(dòng)駕駛域以及智能座艙域使用SoC成為了主流。

不過(guò)實(shí)際上，在域控制的架構(gòu)下，目前很多方案還不能采用單顆SoC實(shí)現(xiàn)，SoC還不能替代所有MCU。

比如零跑在今年8月初，推出了“四葉草”架構(gòu)，將智能座艙、智能駕駛、整車控制、動(dòng)力四個(gè)域合并到一個(gè)中央域控制器中，真正完成一個(gè)“盒子”控制全車。四葉草平臺(tái)的中央域控制器是由SoC和MCU兩個(gè)主板組成，SoC方面兼容高通8295/8155方案，控制智能座艙、智能駕駛域；MCU方面采用恩智浦S32G，負(fù)責(zé)動(dòng)力、車身控制等方面。

另外，目前ADAS域控制器一般也是由一顆功能安全MCU和一顆大算力SoC組成，SoC負(fù)責(zé)智能駕駛傳感、算法運(yùn)行等工作，MCU則作為安全冗余，負(fù)責(zé)系統(tǒng)安全，檢測(cè)芯片、供電、通信等運(yùn)作狀態(tài)。

在對(duì)功能安全要求極高的汽車行業(yè)，SoC集成功能安全MCU的方案目前仍未經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，難以被廣泛接受，因此作為安全冗余的，在SoC之外使用另外一顆MCU來(lái)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的安全，這仍會(huì)是未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的主流方案。

寫在最后

盡管國(guó)內(nèi)新能源車滲透率今年已經(jīng)超過(guò)35%，但傳統(tǒng)燃油車依然占據(jù)銷量大頭，更不用說(shuō)去年全球范圍內(nèi)新能源汽車的滲透率不到15%。而汽車E/E架構(gòu)的迭代，也同樣需要很長(zhǎng)的時(shí)間推廣到現(xiàn)有車型上，現(xiàn)階段主要還是應(yīng)用于中高端車型。所以汽車MCU的需求，會(huì)跟隨域控制架構(gòu)的發(fā)展逐步下降，但這個(gè)過(guò)程將會(huì)較為漫長(zhǎng)。