MCU器件在汽車應(yīng)用中的挑戰(zhàn)有哪些?
近年來,隨著前沿科技不斷向汽車領(lǐng)域涌入,企業(yè)不斷往純電動(dòng)趨勢(shì)發(fā)展,在汽車不斷往智能化、電動(dòng)化和網(wǎng)聯(lián)化的過程中智能電動(dòng)汽車應(yīng)運(yùn)而生。據(jù)億歐智庫測(cè)算,2021年中國(guó)智能電動(dòng)汽車銷量約為133.3萬輛,2022年1-9月累計(jì)銷量達(dá)247.6萬輛,預(yù)計(jì)2022年將超400萬輛,2025年將達(dá)到838.2萬輛,在新能源汽車銷量中的滲透率達(dá)到61.7%。隨著智能電動(dòng)汽車在新能源汽車中的滲透率逐漸提高,智能電動(dòng)汽車將成汽車產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)主戰(zhàn)場(chǎng)。MCU器件要應(yīng)用到汽車上首先是必須要符合車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,相對(duì)于消費(fèi)型和工業(yè)型的芯片,汽車半導(dǎo)體在環(huán)境、可靠性、供應(yīng)周期等方面有更高的要求。
汽車的芯片認(rèn)證其實(shí)有幾塊需要過的關(guān),我們通常說AEC-Q100,通常是AECQ100-001,拿到AEC-Q100證書其實(shí)很大程度上是AEC-Q100-001已經(jīng)過了基本的電車特性能夠滿足基本的特性,其實(shí)有些還是AEC-Q100-(002~004),它是對(duì)汽車生產(chǎn)上的品質(zhì)控制,這三塊如果AEC-Q100滿足了以后,就能滿足系統(tǒng)了,另外在功能安全以上的系統(tǒng),做車?yán)锩娉塑嚨馁|(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)16949還有一個(gè)功能安全就是B和D級(jí)的要求。
跨越了車規(guī)級(jí)MCU標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證這座“大山”之后,智能電動(dòng)汽車MCU還需要做到更高性能。智能電動(dòng)汽車相比于傳統(tǒng)的燃油汽車,智能汽車在智能駕駛、智能座艙等功能越來越復(fù)雜,這就意味著對(duì)MCU的性能有著更高的要求。傳統(tǒng)燃油汽車靠汽油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力,電動(dòng)汽車則需要靠電機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng),高效能電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)搭載高性能驅(qū)動(dòng)器,而MCU是驅(qū)動(dòng)器的控制核心,所以電動(dòng)驅(qū)動(dòng)對(duì)于 MCU 性能要求也更嚴(yán)格。當(dāng)下,大部分車規(guī)級(jí)MCU芯片的CPU主頻為100MHz,CPU主頻達(dá)到200MHz、300MHz的MCU芯片就已經(jīng)可以被業(yè)內(nèi)認(rèn)定為高性能MCU芯片。
另外,智能駕駛對(duì)于MCU算力也有要求。隨著智能駕駛逐漸部署到車上之后,L2級(jí)別的自動(dòng)駕駛,計(jì)算能力大致需要10 TOPS計(jì)算能力,L3級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車需要100 TOPS以上的算力,到L3+級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車的算力級(jí)別已經(jīng)上升到1000 TOPS以上。整個(gè)汽車的算力已經(jīng)達(dá)到上百TOPS 甚至是1000TOPS 的水平。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)要做到L5 級(jí)的自動(dòng)駕駛,整體的汽車算力需要達(dá)4000TOPS。這對(duì)于MCU是一個(gè)挑戰(zhàn)。
我們總結(jié)一下MCU器件在汽車應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)主要有以下幾個(gè)方面:
溫度問題:汽車在運(yùn)行過程中,發(fā)動(dòng)機(jī)、電池等部件會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,而車規(guī)MCU芯片必須能夠在這種高溫環(huán)境下正常工作。為了解決這個(gè)問題,需要在材料選擇、封裝設(shè)計(jì)和散熱方案上進(jìn)行大量的研究和優(yōu)化。
安全性問題:隨著汽車的電子化和網(wǎng)絡(luò)化,汽車系統(tǒng)面臨著越來越多的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅。因此,車規(guī)MCU芯片需要支持多層次的安全防護(hù)機(jī)制,包括硬件加密、軟件隔離、異常檢測(cè)等。這需要我們?cè)谛酒O(shè)計(jì)和系統(tǒng)架構(gòu)上進(jìn)行深入的研究和改進(jìn)。
抗干擾性能:汽車在行進(jìn)過程中會(huì)遭遇各種振動(dòng)和沖擊,這對(duì)車規(guī)級(jí)MCU的穩(wěn)定性提出了高要求。車規(guī)級(jí)MCU需要具備抵抗外部干擾的能力,比如靜電、群脈沖、傳導(dǎo)輻射等,以確保在惡劣的工作環(huán)境下不會(huì)出現(xiàn)損壞、死機(jī)、復(fù)位等情況。
性能要求:隨著汽車功能的不斷增多,對(duì)MCU的性能要求也越來越高。需要MCU具有更強(qiáng)的處理能力和更快的運(yùn)算速度來滿足這些需求。
軟件內(nèi)容爆炸性增長(zhǎng):隨著汽車電子控制單元(ECU)的復(fù)雜性不斷增加,軟件內(nèi)容也呈現(xiàn)出爆炸性增長(zhǎng)的趨勢(shì)。這需要MCU具有更大的存儲(chǔ)容量和更高效的軟件處理能力。
車內(nèi)與外界的連接需求:隨著汽車智能化的發(fā)展,車內(nèi)與外界的連接需求不斷增加。MCU需要支持更多的通信接口和協(xié)議,以滿足不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交互。
總之,MCU器件在汽車應(yīng)用中需要面對(duì)多種挑戰(zhàn),需要不斷進(jìn)行技術(shù)更新和研究開發(fā)來滿足這些需求。