5nm制程，16核心？高性能汽車MCU發(fā)展趨勢

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）汽車MCU和SoC的界限，在近幾年隨著智能汽車的發(fā)展，變得越來越模糊。就比如過去汽車上的電動座椅只有四向調(diào)節(jié)，而如今12向調(diào)節(jié)已經(jīng)是標配，甚至有些車型座椅上還有腳托、零重力模式、多種按摩模式等，座椅上越來越多的電機帶來更高的性能需求，將壓力給到了MCU。

因此各家廠商的產(chǎn)品規(guī)劃中，更高性能的MCU都是重要的方向，高性能MCU，能夠更好地適配“軟件定義汽車”的概念。今年恩智浦甚至推出了一款使用了5nm制程的汽車MCU，當然定位就有點“戰(zhàn)未來”的意思，面向汽車中央計算領域，比如用于實時應用的車載中央控制器、負責處理應用的車載中央控制器等。本文收集了目前國內(nèi)外主流廠商最新的高性能汽車MCU產(chǎn)品，看下各家對于未來汽車MCU的發(fā)展方向都有哪些思考。

恩智浦

恩智浦的汽車MCU產(chǎn)品線目前主要是基于Arm內(nèi)核的S32系列，在2022年，為了滿足當前智能汽車電子電氣架構的需求，恩智浦推出了S32Z和S32E系列的高性能MCU產(chǎn)品。這兩個產(chǎn)品系列由兩種內(nèi)核構成，Cortex-R52分核/鎖步處理器，可用于多租戶軟件集成；鎖步Cortex-M33處理器，可用于系統(tǒng)管理。同時該系列處理器具備安全MCU關鍵確定性行為，提供了多核、實時處理與內(nèi)核到引腳硬件虛擬化、DSP/ML處理、通信加速和具有硬件安全、ISO 26262 ASIL D功能安全的千兆級以太網(wǎng)交換機，有助于實現(xiàn)軟件定義汽車，降低軟件集成復雜度，并增強安全性。

其中S32Z適合用于安全處理和區(qū)域控制，S32E適合用于電動汽車控制和智能驅動。與以往汽車中使用的安全MCU相比，S32Z和S32E采用了16nm工藝，主頻高達1GHz，性能上擁有極大優(yōu)勢，這在軟件定義汽車的時代中，能夠為對實時處理性能需求較高的新型汽車架構提供性能基礎。

當然，今年3月恩智浦推出了S32N系列產(chǎn)品，官方宣稱為“車載超級集成處理器”，不過從規(guī)格上看確實不太好定義這款產(chǎn)品屬于MCU還是SoC。目前S32N系列只官宣了S32N55一款產(chǎn)品，從路線圖未來還會有三款產(chǎn)品推出，面向不同應用。

S32N55采用5nm制程，搭載16個可分鎖步的Cortex-R52@1.2GHz 內(nèi)核和兩個鎖步Cortex-M7內(nèi)核，內(nèi)置48MB SRAM、3MB系統(tǒng)內(nèi)存SRAM和4MB二級緩存SRAM。閃存采用外置設計，S32N55內(nèi)置兩通道NVM接口，支持串行、四線和八線NOR存儲器，支持eMMC 5.1 NAND閃存和SD卡/SDIO閃存，同時具備用于擴展內(nèi)存的LPDDR4X閃存和LPDDR4X/5/5X DRAM接口。

針對未來軟件定義汽車的趨勢，S32N55在虛擬化和功能安全上有非常多升級，包括完全片上硬件隔離與虛擬化，適用于隔離的混合關鍵性應用，以及內(nèi)核到引腳的虛擬硬件隔離技術，可避免干擾。

系統(tǒng)管理器由Cortex-M7處理器鎖步內(nèi)核組成，負責管理功能安全；硬件為共享資源提供抗干擾能力和虛擬化服務質(zhì)量(QoS)機制：通過本地反應將故障影響控制在集成ECU級別；運行時工作模式、安全停止和復位均由每個集成ECU單獨控制，減少了導致SoC復位的故障數(shù)量。同時S32N55根據(jù)ISO26262 ASIL D功能安全認證流程開發(fā)。

通信方面S32N55的配置也相當豪華，包括有24個CAN FD、兩個CAN XL、10個 LIN和1個2通道FlexRay?接口，還有兩個以太網(wǎng)MAC，每個工作頻率為10Mbit/s至2.5Gbit/s，同時支持PCI Express Gen 4 x1/x2。不過目前S32N55還在樣品階段，準確的大規(guī)模出貨節(jié)點恩智浦還沒有透露。

英飛凌

英飛凌的汽車MCU產(chǎn)品分為AURIX、TRAVEO、PSoC三個系列，其中TRAVEO、PSoC使用Arm Cortex -M內(nèi)核，AURIX則是英飛凌自家的32位RISC架構TriCore內(nèi)核。目前AURIX系列最新的MCU產(chǎn)品是今年正式開始量產(chǎn)的TC4xx系列。

過去，TC4xx系列的前代產(chǎn)品TC29X/TC39X都是電動汽車的?？?，作為汽車MCU中單價最高的產(chǎn)品系列之一，在智駕域控、主驅控制模塊上出鏡率非常高，我們此前還為此推出過一篇文章“國產(chǎn)智駕域控上為什么很多是用英飛凌TC397？”

而最新的TC4XX作為“適用于下一代電動交通、ADAS、汽車 E/E 架構和人工智能（AI）”的產(chǎn)品，它的變化非常值得關注。

TC4xx系列最核心的技術迭代，是內(nèi)置的NVM內(nèi)存采用了全新的阻變型NVM存儲器（RRAM），相比過去的eFlash，RRAM不僅滿足高讀寫速度和存儲密度的要求，同時延遲可降低1000倍，可滿足未來智能駕駛高實時數(shù)據(jù)吞吐量，還具備更高可靠性。

另外主頻以及內(nèi)核都有所升級，搭載最高6個TriCore v 1.8@500MHz核心，以及一系列加速器，包括并行處理單元(PPU)、數(shù)據(jù)路由引擎(DRE)、cDSP、雷達信號處理單元、安全加速器(CSRM/CSS)等。

同時片上內(nèi)存升級到最高25MB，通過優(yōu)化的A/B交換分區(qū)和外部內(nèi)存接口實現(xiàn)零停機SOTA支持。搭載新eGTM計時器和高分辨率PWM，實現(xiàn)低延遲互連(LLI)。接口方面也新增了5Gbps帶寬以太網(wǎng)和PCIe等高速通信接口，以及新增支持CAN-XL和10BASE T1S以太網(wǎng)等。面向軟件定義汽車的應用，TC4xx還支持CPU虛擬化。

當然作為汽車安全MCU，TC4XX符合ASIL D標準，包括CSRM和CSS的安全集群提供了增強的安全性能。不過相比恩智浦，英飛凌在工藝制程上沒有那么激進，TC4xx還是沿用成熟的28nm制程。

國內(nèi)廠商的高性能汽車MCU

在高性能汽車MCU領域，目前國際廠商中瑞薩、TI等似乎沒有太強的跟進計劃，瑞薩最近倒是推出了一款3nm的R-CAR X5H SoC，提供高達200TOPS的高算力，面向ADAS、車載信息娛樂等應用，重心似乎轉向了高性能計算平臺。

但在軟件定義汽車的時代，MCU依然是不可或缺的部分，而國內(nèi)也有一些MCU廠商在布局高性能汽車MCU產(chǎn)品。

比如今年7月底，國芯科技就宣布其新一代汽車電子高性能MCU新產(chǎn)品CCFC3012PT流片和測試成功。據(jù)了解，CCFC3012PT是基于國芯科技自主PowerPC架構C*Core CPU內(nèi)核研發(fā)的新一代多核MCU芯片，適用于智能化汽車輔助駕駛、智能座艙以及高集成度域控制器等應用，可對標英飛凌廣泛應用于智能駕駛、智能座艙域控制器的TC397/TC399系列MCU。

CCFC3012PT集成了10個C3007核心，其中包括6個主核和4個鎖步核，該CPU核流水線采用雙發(fā)射，DMIPS性能達到2.29/MHz；安全性能方面，CCFC3012PT內(nèi)嵌硬件安全HSM模塊，支持Crypto/SM2/AES/SM4等國際和國密算法，可以支持安全啟動和OTA，并按照汽車電子Grade1等級、信息安全Evita-Full等級、功能安全ASIL-D等級進行設計和生產(chǎn)。

同樣對標英飛凌TC39X的還有旗芯微FC7300系列，最高搭載3個Cortex-M7@300MHz內(nèi)核，其中2個鎖步核，內(nèi)置8MB P-Flash + 256K D-Flash，以及1.1MB SRAM。接口方面具有10個CAN-FD口，1個千兆網(wǎng)口并支持TSN功能。并通過AEC-Q100 Grade 1等級認證，滿足 ASIL-D功能安全等級。

芯馳科技E3系列汽車MCU也是國內(nèi)高性能汽車MCU的代表之一，E3全系列產(chǎn)品集成了ARM Cortex R5及ARM Cortex R52+ CPU并最高配置4對鎖步主核，主頻最高800MHz，其中最高規(guī)格產(chǎn)品配置有接近5MB的片內(nèi)SRAM和高達16MB高性能嵌入式存儲。通信外設方面支持CAN-FD、LIN、FlexRay、 USB和千兆以太網(wǎng)TSN等。E3系列MCU也通過了ASIL D級別的功能安全認證，目前已經(jīng)在一些汽車底盤應用中量產(chǎn)。

小結：

在汽車Zonal架構的趨勢下，軟件定義汽車的概念更為重要，而高性能MCU在未來的汽車電子電氣架構中也將會有更高的性能要求，更多的核心，更先進的制程工藝都是未來汽車MCU的重要發(fā)展方向。與此同時，軟件定義汽車的需求下，MCU在硬件虛擬化技術上也會更加受到重視。