汽車MCU性能不斷優化 內核暗戰升級

　　MCU可謂汽車電子化進程中“當仁不讓”的主角。目前一部中端汽車采用的MCU數量大約是40-50片，而高端車型可達到80-100片。據IC-Insights預計，2008年全球車用MCU市場將達到66.2億美元，年復合平均成長率為13%。

　　8位、16位和32位MCU各成其就 

　　從目前的狀況來看，在汽車市場上，8位、16位和32位MCU都有一定的市場份額，因為針對不同的應用需要與之相應的不同性能的產品。英飛凌科技中國有限公司汽車工業及多元化電子市場事業部汽車電子安全管理高級市場工程師沈順偉表示，對很多車身應用來說，8位MCU已經足夠，但對發動機管理可能需要32位MCU才能滿足需求。從銷量來看，16位MCU在市場上的銷量最大。他還舉例道，在歐洲，英飛凌所銷售的車用MCU中有一半左右是16位MCU，其原因是在目前的市場中16位MCU應用最廣。如在安全系統的絕大部分，車身應用中的一部分以及低端的發動機管理系統主要都還是采用16位MCU。

　　而中國汽車市場有著其特殊性。沈順偉表示，由于在中國汽車市場中低端車占了相當大的市場份額，所以針對這些車的低端應用也是一個相當巨大的市場，   
考慮到成本壓力，在這個市場中主要以8位MCU應用為主。

　　目前，市場對汽車MCU的要求主要體現在三個方面：一是性能上的提高；二是質量上的提高；三是價格將不斷走低。半導體廠商正不斷加大研發和市場開發力度，開發出適應市場需求的產品，并優化對大規模生產的管理，以達到品質的同一化和成本的不斷降低。針對不同應用，英飛凌都提供了汽車級的MCU，比如8位的XC800系列、16位的XC164系列和XC2000系列以及32位基于TriCore技術的MCU，以穩定的質量和優異的性能被廣泛采用。飛思卡爾汽車MCU解決方案包括：基于8位908MCU的CAN/LIN總線車門控制方案、車燈控制方案；以9S12C32 16位MCU控制方向盤、車燈開關和儀表等。飛思卡爾中國區汽車電子業務拓展經理康曉敦介紹，飛思卡爾的S12X系列16位MCU具有接近32位MCU的性能，近乎于8位MCU的價格，從動力總成控制到車身控制中均可使用。另外，飛思卡爾也將會在低價格32位MCU單片(SoC)系統方面不斷開發新的產品。

　　MCU性能在不斷優化

　　“隨著快速增長的汽車電子控制技術特別是汽車網絡技術的發展；日益嚴格的安全(如乘員位置檢測和TPMS)、尾氣排放和燃料消耗要求促使汽車生產商開發更多混合燃料汽車；新一代汽車使用者希望在汽車中實現無縫移動，擁有個性化信息娛樂空間。所有這些需求都需要更加先進的MCU的支持。”康曉敦對《中國電子報》記者表示。

　　因而，汽車MCU發展也應時而變。沈順偉表示，從MCU本身來說，主要是運算能力的提高，今后MCU接收的信息會越來越多，需要實現的控制算法也越來越復雜，所需的運算量會越來越大，要求的時間也越來越短，所以對MCU至少要進行以下幾個方面的優化：首先就是MCU主頻的提高，如在汽車安全領域，MCU的主頻將由現在主流的20MHz或40MHz提高到66MHz或80MHz。其次由于MCU需要處理的信息越來越多，所以需要更大的存儲空間(主要是Flash)來存儲程序和輸入輸出的數據。以16位MCU為例，目前主流MCU所具有的256KB Flash將不再能滿足需求，以后的16位MCU將具有1MB-1.5MB乃至更大容量的Flash，而且要求Flash的讀寫速度更加快速。另外，隨著汽車上各種應用網絡化趨勢的不斷發展，各系統之間的數據交換將更加頻繁，這需要MCU具有更加多的引腳數和總線接口。他舉例道，以16位MCU為例，目前通行的100pin將擴展為208pin，LIN總線接口因為傳輸的數據量不大而不會有太多的變化，但CAN總線接口的數目將由現在的一個增加為幾個，還需要MCU為以后的FlexRay總線做好準備。還有就是對MCU小型化和低功耗的要求，這需要采用更高的半導體制造技術和更合理的設計。

　　此外，雙MCU技術開始“浮出水面”。沈順偉指出，從系統的角度來說，未來在汽車應用中對系統安全性的要求會越來越高，特別是發動機管理、安全等直接關系到乘員生命安全的系統，在這些系統中往往會使用雙MCU技術。即系統采用一個主MCU和一個從MCU，從MCU的主要功能是對主MCU中進行的重要運算進行驗證并且在主MCU不能正常工作時臨時替代它的職能，以保證系統運行的可靠性。

　　32位MCU內核暗戰升級

　　自去年宣布合作設計活動以來，飛思卡爾和ST不斷加快產品開發速度，目前已設計并制造出了采用90nm嵌入式閃存技術的測試芯片。飛思卡爾和ST計劃利用雙方統一的90nm制造工藝生產合作設計Power Architecture微控制器產品。雙方宣稱2008年第一季度主要客戶將能獲得雙方合作開發的樣片。 

    據悉，最近推出的通用MCU架構平臺設計是雙方合作的最重要的開發成果之一。這個設計平臺允許同時開發多款不同的產品，每款產品都有一套針對某一特殊的目標應用優化的外設。而這種方法可大幅降低產品上市時間，有助于加快兩家公司實現把Power Architecture技術變成主要的汽車微控制器內核的目標。“Power Architecture技術是汽車行業中使用的領先的32位MCU體系結構，同時也是傳動系統控制的主導體系結構。e200核心系列已在飛思卡爾的各種汽車MCU產品中進行了徹底的實地測試。飛思卡爾已經售出超過百萬顆基于e200核心的MPC5500系列MCU，并且在質量上達到零缺陷。”康曉敦對PowerArchitecture發展前景充滿信心。

  
　　競爭對手在加快出招，其他廠商當然不會坐視不管。沈順偉表示，英飛凌一直在研發自己的基于90nm技術的產品，并將在適當的時候推向市場。這將是一個和TriCore不同架構的產品，其性能也肯定不會讓用戶失望。對于TriCore系列英飛凌也在進行進一步的拓展，并將在不久推出新的產品。

　　雖然目前進入汽車領域的MCU制造廠家越來越多，但關鍵的控制領域仍然是由少數MCU供應商的MCU所壟斷，因汽車控制特別是汽車一些關鍵的控制領域需要長期的技術和市場積累。中科院電工研究所分析員唐曉泉對《中國電子報》記者表示，這些MCU主要是以英飛凌的C16X系列MCU、飛思卡爾的H12、PowerPC系列、NEC的V850系列所壟斷。為了保證技術積累和市場積累的連續性，這些MCU可能不是由這些廠生產，但MCU的內核卻是由這些廠家提供，如ST采用的ST10與英飛凌的C16X的核類似，同時ST還與飛思卡爾合作生產PowerPC。因此其他MCU制造廠家的MCU要想進入汽車控制的核心領域還需要長期奮斗。

　　精彩觀點

　　英飛凌汽車電子安全管理高級市場工程師沈順偉:

　　集成FlexRay、支持AutoSar是MCU發展方向

　　由于對車用MCU性能要求的不斷提高，目前市場上新推出的16位以上的MCU幾乎都集成了閃存功能或模擬功能。模擬功能主要用于和傳感器直接連接的系統中把模擬信號直接轉換為數字信號，把MCU和模擬器件集成到一起可以減小系統PCB板的面積，減少外圍器件并縮短開發周期從而降低成本。

　　而集成DSP主要用于高速處理數字信號。DSP方面的功能可能會加強，因為未來會有越來越多數字信號處理的需求，包括在車載影音娛樂系統方面的應用。在未來，集成FlexRay并支持AutoSar等行業協議將是MCU發展的主要方向。

　　中科院電工研究所研究員唐曉泉：

　　汽車專用MCU以增加網絡和控制功能為主

　　汽車不僅是MCU的一個特殊應用領域，而且具有市場容量大、生命周期長、對價格敏感等特點，為了滿足汽車對MCU的特殊需求，在競爭中獲取有利地位，將過去在性能上滿足汽車要求的通用MCU的基礎上，增加汽車專用外設，從而形成為汽車定制專用MCU，已成為全球主流MCU制造廠家的趨勢。

　　一是增加車載網絡外設。目前全球主流MCU制造廠家都推出了內嵌LIN通信功能的MCU，如：飛思卡爾在HC08/S08系列8位MCU中嵌入LIN外設SLIC(Slave LIN Interface Controller)；英飛凌在其8位MCU XC8XX中的SCI增加了LIN的支持ST在他的ST7及其系列MCU中嵌入LINSCI(具有LIN功能的SCI)；NEC也在其MCU中增加了LIN-UART(具有LIN功能的UART)；富士通在其16MCU和8位MCU中增加了LIN-UART(具有LIN功能的UART)。同時一些在汽車領域應用很少的MCU制造廠家為了進入汽車領域，也在其MCU中增加了LIN通信外設，如Microchip在其全系列的部分MCU中增加了EUSART(增強型通用同步/異步收發器)，該EUSART支持LIN通信功能。而flexRay的出現也許將對MCU提供廠家提供重新排序的機會。二是增加車用控制功能。車用MCU除了增加車載網絡外，還增加了一些車用專用控制外設，如具有一定功率輸出的PWM功能等。