英飛凌最新MCU之TC4XX系列開始量產(chǎn) 壟斷智能駕駛

英飛凌的安全MCU幾乎壟斷智能駕駛領(lǐng)域，基本上國(guó)內(nèi)95%以上的智能駕駛系統(tǒng)使用英飛凌的TC39X系列MCU做最后的安全控制，即管理底盤執(zhí)行器。它也是汽車MCU里最昂貴的一種。也有少數(shù)廠家如蔚來不僅在智能駕駛領(lǐng)域使用，在座艙領(lǐng)域也有使用。目前，NXP主攻網(wǎng)關(guān)領(lǐng)域的MCU，瑞薩主攻座艙，意法半導(dǎo)體主攻車身。

TC4XX系列早在2021年底就已經(jīng)宣布推出，但量產(chǎn)是在2024年初。主要原因是TC4XX系列MCU使用了RRAM，即阻變型NVM存儲(chǔ)器，其生產(chǎn)工藝難度極高，英飛凌到2022年11月才和臺(tái)積電完成RRAM的量產(chǎn)研發(fā)，又經(jīng)歷一年，將RRAM和邏輯器件結(jié)合，最終在2024年初開始量產(chǎn)。

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汽車MCU尤其是高端MCU的難點(diǎn)不在MCU本身，而在MCU的制造，這也是為什么NXP、瑞薩、英飛凌和ST壟斷高端MCU的原因之一。高端MCU需要的NVM內(nèi)存容量較高，至少5MB以上，高的可達(dá)32MB。NVM或者說Flash閃存的制造工藝與邏輯器件的制造工藝差別很大，將兩者結(jié)合在一顆die中難度不低，NVM的密度低，意味著不做技術(shù)革新，其die size尺寸很大，也就是說技術(shù)能力差的廠家的成本會(huì)很高。這也是為什么數(shù)字芯片中的AI芯片可以到3納米，而同為數(shù)字芯片MCU目前最頂級(jí)也只能做到16納米的原因。

隨著汽車軟件系統(tǒng)的日益復(fù)雜，汽車MCU需要的NVM存儲(chǔ)容量越來越高，因此大家都在考慮新技術(shù)來制造NVM。瑞薩的技術(shù)方向是STT-MRAM，2022年6月在VLSI大會(huì)上宣布推出STT-MRAM的22納米制造工藝技術(shù)，但至今未量產(chǎn)。2023年5月，NXP與臺(tái)積電合作領(lǐng)先一步推出16納米的FinFET工藝的MRAM，相信也是STT技術(shù)，NXP下一代MCU將會(huì)采取此項(xiàng)技術(shù)，預(yù)計(jì)量產(chǎn)在2024年底或2025年初。意法半導(dǎo)體的方向是PCM，相變存儲(chǔ)，也是計(jì)劃在2024年量產(chǎn)。英飛凌則選擇RRAM技術(shù)。

三種技術(shù)比較，PCM RESET后的冷卻過程需要高熱導(dǎo)率，會(huì)帶來更高功耗，且由于其存儲(chǔ)原理是利用溫度實(shí)現(xiàn)相變材料的阻值變化，所以對(duì)溫度十分敏感，無法用在寬溫場(chǎng)景。為了使相變材料兼容CMOS工藝，PCM必須采取多層結(jié)構(gòu)，因此存儲(chǔ)密度過低，在容量上無法替代NAND Flash，成本偏高。不過意法半導(dǎo)體表示自己已經(jīng)解決了這些缺點(diǎn)。MRAM雖然性能較好，但臨界電流密度和功耗仍需進(jìn)一步降低。目前MRAM的存儲(chǔ)單元尺寸仍較大且不支持堆疊，工藝較為復(fù)雜，大規(guī)模制造難以保證均一性，存儲(chǔ)容量和良率爬坡緩慢。

再有就是RRAM技術(shù)，其缺點(diǎn)是器件級(jí)變化性。器件級(jí)變化性直接關(guān)乎芯片的可靠性，但由于RRAM器件狀態(tài)的轉(zhuǎn)變需要透過給兩端電極施加電壓來控制氧離子在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的漂移和在熱驅(qū)動(dòng)下的擴(kuò)散兩方面的運(yùn)動(dòng)，使得導(dǎo)電絲的三維形貌難以調(diào)控，再加上噪聲的影響，因此容易造成器件級(jí)變化性。不過臺(tái)積電解決了這個(gè)問題。貌似是幾大MCU廠家在競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)際都是依靠臺(tái)積電，瑞薩的MCU也是臺(tái)積電生產(chǎn)的。

TC4XX系列MCU內(nèi)部框架圖

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回到TC4XX系列MCU本身，現(xiàn)在可以為客戶提供TC49x以及TC4Dx樣片。

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相比TC39X系列，TC4XX系列有幾個(gè)亮點(diǎn)。

首先是無與倫比的安全性。

PUF工作原理

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基于RRAM的物理不可克?。≒UF：Physical Uncloneable Function）芯片相較于傳統(tǒng)的PUF具有隨機(jī)性更強(qiáng)、工作溫區(qū)更寬、單元面積更小和可刷新等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。硬件安全技術(shù)不局限于傳統(tǒng)的密碼芯片研究，而是芯片和固件的密不可分。硬件安全包括由證書和加密密鑰提供的保護(hù)，還需要一個(gè)物理安全錨，以確保這些密鑰和證書不能復(fù)制到假冒的非法設(shè)備中，提供這種安全錨的技術(shù)是物理不可克隆函數(shù)(physical unclonable function，PUF)。PUF 是一種物理結(jié)構(gòu)，可以從中生成設(shè)備唯一且不可克隆的加密根密鑰。與利用半導(dǎo)體制造過程隨機(jī)性的安全電路相比，利用 RRAM 隨機(jī)切換機(jī)制和內(nèi)在可變性的安全電路對(duì)各種類型的攻擊更具魯棒性。PUF 利用物理隨機(jī)性和制造可變性來提供安全源，RRAM 的隨機(jī)機(jī)制為 PUF 提供了真正的隨機(jī)來源。

再有就是信息安全，即ISO21434，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(UNECE)頒布的UN R155法規(guī)旨在解決智慧聯(lián)網(wǎng)汽車日益受到關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)安全問題。該法規(guī)自2022年7月開始生效，要求車廠在其產(chǎn)品和流程中采用安全設(shè)計(jì)(Security-by-design)方法。如要將新車銷售到R155法規(guī)所涵蓋的市場(chǎng)，車廠必須取得每種車型的有效網(wǎng)絡(luò)安全管理體系(CSMS)合規(guī)認(rèn)證。為了獲得該認(rèn)證，車廠必須在整個(gè)供應(yīng)鏈中實(shí)施網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)務(wù)，進(jìn)而降低車輛在全生命周期(從初始概念到車輛報(bào)廢)內(nèi)遭受攻擊的總體風(fēng)險(xiǎn)。

TC4XX系列特別增加了PPU，可以對(duì)應(yīng)多個(gè)服務(wù)。

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TC4XX系列MCU特別添加針對(duì)AI運(yùn)算的PPU，即并行處理單元。

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TC4XX系列MCU的AI運(yùn)算例子

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TC4XX系列MCU的PPU實(shí)際就是一個(gè)SIMD的矢量DSP。

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PPU專門用于并行計(jì)算。

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TC4XX系列可以支持小型虛擬機(jī)，也支持CPU虛擬化。

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TC4XX系列的典型應(yīng)用，包括對(duì)AUTOSAR的支持。

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另一大亮點(diǎn)是關(guān)于軟件開發(fā)，即虛擬原型和模型生成，TC4X系列MCU開發(fā)之初就和Synopsys和Mathworks合作。

HSP支持包

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圖片來源：MathWorks

AI領(lǐng)域，基于模型的開發(fā)，可靠性、成本和開發(fā)周期都比手動(dòng)要好很多。

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新思科技有ARC MetaWare開發(fā)工具對(duì)應(yīng)TC4XX系列。

TC4XX系列自然是為Zonal E/E中央計(jì)算架構(gòu)而來的，網(wǎng)絡(luò)方面得到了加強(qiáng)，包括以太網(wǎng)帶寬增加到5Gbps，支持最新的10BASE-T1型以太網(wǎng)，也支持超高帶寬的PCIe，同樣支持CAN的升級(jí)版本CAN-XL。不過TC4XX系列仍然是28納米工藝。

英飛凌一枝獨(dú)秀，NXP和瑞薩反應(yīng)明顯很慢，意法半導(dǎo)體則對(duì)高端產(chǎn)品興趣不大。TC4XX的出現(xiàn)，讓英飛凌智能駕駛或者說底盤MCU的壟斷地位更加穩(wěn)固。

審核編輯：劉清