5nm制程，16核心？高性能汽车MCU发展趋势

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）汽车MCU和SoC的界限，在近几年随着智能汽车的发展，变得越来越模糊。就比如过去汽车上的电动座椅只有四向调节，而如今12向调节已经是标配，甚至有些车型座椅上还有脚托、零重力模式、多种按摩模式等，座椅上越来越多的电机带来更高的性能需求，将压力给到了MCU。
 
因此各家厂商的产品规划中，更高性能的MCU都是重要的方向，高性能MCU，能够更好地适配“软件定义汽车”的概念。今年恩智浦甚至推出了一款使用了5nm制程的汽车MCU，当然定位就有点“战未来”的意思，面向汽车中央计算领域，比如用于实时应用的车载中央控制器、负责处理应用的车载中央控制器等。本文收集了目前国内外主流厂商最新的高性能汽车MCU产品，看下各家对于未来汽车MCU的发展方向都有哪些思考。
 
恩智浦
 
恩智浦的汽车MCU产品线目前主要是基于Arm内核的S32系列，在2022年，为了满足当前智能汽车电子电气架构的需求，恩智浦推出了S32Z和S32E系列的高性能MCU产品。这两个产品系列由两种内核构成，Cortex-R52分核/锁步处理器，可用于多租户软件集成；锁步Cortex-M33处理器，可用于系统管理。同时该系列处理器具备安全MCU关键确定性行为，提供了多核、实时处理与内核到引脚硬件虚拟化、DSP/ML处理、通信加速和具有硬件安全、ISO 26262 ASIL D功能安全的千兆级以太网交换机，有助于实现软件定义汽车，降低软件集成复杂度，并增强安全性。
 
其中S32Z适合用于安全处理和区域控制，S32E适合用于电动汽车控制和智能驱动。与以往汽车中使用的安全MCU相比，S32Z和S32E采用了16nm工艺，主频高达1GHz，性能上拥有极大优势，这在软件定义汽车的时代中，能够为对实时处理性能需求较高的新型汽车架构提供性能基础。

当然，今年3月恩智浦推出了S32N系列产品，官方宣称为“车载超级集成处理器”，不过从规格上看确实不太好定义这款产品属于MCU还是SoC。目前S32N系列只官宣了S32N55一款产品，从路线图未来还会有三款产品推出，面向不同应用。
 
S32N55采用5nm制程，搭载16个可分锁步的Cortex-R52@1.2GHz 内核和两个锁步Cortex-M7内核，内置48MB SRAM、3MB系统内存SRAM和4MB二级缓存SRAM。闪存采用外置设计，S32N55内置两通道NVM接口，支持串行、四线和八线NOR存储器，支持eMMC 5.1 NAND闪存和SD卡/SDIO闪存，同时具备用于扩展内存的LPDDR4X闪存和LPDDR4X/5/5X DRAM接口。
 
针对未来软件定义汽车的趋势，S32N55在虚拟化和功能安全上有非常多升级，包括完全片上硬件隔离与虚拟化，适用于隔离的混合关键性应用，以及内核到引脚的虚拟硬件隔离技术，可避免干扰。
 
系统管理器由Cortex-M7处理器锁步内核组成，负责管理功能安全；硬件为共享资源提供抗干扰能力和虚拟化服务质量(QoS)机制：通过本地反应将故障影响控制在集成ECU级别；运行时工作模式、安全停止和复位均由每个集成ECU单独控制，减少了导致SoC复位的故障数量。同时S32N55根据ISO26262  ASIL D功能安全认证流程开发。
 
通信方面S32N55的配置也相当豪华，包括有24个CAN FD、两个CAN XL、10个 LIN和1个2通道FlexRay®接口，还有两个以太网MAC，每个工作频率为10Mbit/s至2.5Gbit/s，同时支持PCI Express Gen 4 x1/x2。不过目前S32N55还在样品阶段，准确的大规模出货节点恩智浦还没有透露。
 
英飞凌
 
英飞凌的汽车MCU产品分为AURIX、TRAVEO、PSoC三个系列，其中TRAVEO、PSoC使用Arm Cortex -M内核，AURIX则是英飞凌自家的32位RISC架构TriCore内核。目前AURIX系列最新的MCU产品是今年正式开始量产的TC4xx系列。
 
过去，TC4xx系列的前代产品TC29X/TC39X都是电动汽车的常客，作为汽车MCU中单价最高的产品系列之一，在智驾域控、主驱控制模块上出镜率非常高，我们此前还为此推出过一篇文章“国产智驾域控上为什么很多是用英飞凌TC397？”
 
而最新的TC4XX作为“适用于下一代电动交通、ADAS、汽车 E/E 架构和人工智能（AI）”的产品，它的变化非常值得关注。
 
TC4xx系列最核心的技术迭代，是内置的NVM内存采用了全新的阻变型NVM存储器（RRAM），相比过去的eFlash，RRAM不仅满足高读写速度和存储密度的要求，同时延迟可降低1000倍，可满足未来智能驾驶高实时数据吞吐量，还具备更高可靠性。
 
另外主频以及内核都有所升级，搭载最高6个TriCore v 1.8@500MHz核心，以及一系列加速器，包括并行处理单元(PPU)、数据路由引擎(DRE)、cDSP、雷达信号处理单元、安全加速器(CSRM/CSS)等。
 
同时片上内存升级到最高25MB，通过优化的A/B交换分区和外部内存接口实现零停机SOTA支持。搭载新eGTM计时器和高分辨率PWM，实现低延迟互连(LLI)。接口方面也新增了5Gbps带宽以太网和PCIe等高速通信接口，以及新增支持CAN-XL和10BASE T1S以太网等。面向软件定义汽车的应用，TC4xx还支持CPU虚拟化。
 
当然作为汽车安全MCU，TC4XX符合ASIL D标准，包括CSRM和CSS的安全集群提供了增强的安全性能。不过相比恩智浦，英飞凌在工艺制程上没有那么激进，TC4xx还是沿用成熟的28nm制程。
 
国内厂商的高性能汽车MCU
 
在高性能汽车MCU领域，目前国际厂商中瑞萨、TI等似乎没有太强的跟进计划，瑞萨最近倒是推出了一款3nm的R-CAR X5H SoC，提供高达200TOPS的高算力，面向ADAS、车载信息娱乐等应用，重心似乎转向了高性能计算平台。
 
但在软件定义汽车的时代，MCU依然是不可或缺的部分，而国内也有一些MCU厂商在布局高性能汽车MCU产品。
 
比如今年7月底，国芯科技就宣布其新一代汽车电子高性能MCU新产品CCFC3012PT流片和测试成功。据了解，CCFC3012PT是基于国芯科技自主PowerPC架构C*Core CPU内核研发的新一代多核MCU芯片，适用于智能化汽车辅助驾驶、智能座舱以及高集成度域控制器等应用，可对标英飞凌广泛应用于智能驾驶、智能座舱域控制器的TC397/TC399系列MCU。
 
CCFC3012PT集成了10个C3007核心，其中包括6个主核和4个锁步核，该CPU核流水线采用双发射，DMIPS性能达到2.29/MHz；安全性能方面，CCFC3012PT内嵌硬件安全HSM模块，支持Crypto/SM2/AES/SM4等国际和国密算法，可以支持安全启动和OTA，并按照汽车电子Grade1等级、信息安全Evita-Full等级、功能安全ASIL-D等级进行设计和生产。
 
同样对标英飞凌TC39X的还有旗芯微FC7300系列，最高搭载3个Cortex-M7@300MHz内核，其中2个锁步核，内置8MB P-Flash + 256K D-Flash，以及1.1MB SRAM。接口方面具有10个CAN-FD口，1个千兆网口并支持TSN功能。并通过AEC-Q100 Grade 1等级认证，满足 ASIL-D功能安全等级。
 
芯驰科技E3系列汽车MCU也是国内高性能汽车MCU的代表之一，E3全系列产品集成了ARM Cortex R5及ARM Cortex R52+ CPU并最高配置4对锁步主核，主频最高800MHz，其中最高规格产品配置有接近5MB的片内SRAM和高达16MB高性能嵌入式存储。通信外设方面支持CAN-FD、LIN、FlexRay、 USB和千兆以太网TSN等。E3系列MCU也通过了ASIL D级别的功能安全认证，目前已经在一些汽车底盘应用中量产。
 
小结：
 
在汽车Zonal架构的趋势下，软件定义汽车的概念更为重要，而高性能MCU在未来的汽车电子电气架构中也将会有更高的性能要求，更多的核心，更先进的制程工艺都是未来汽车MCU的重要发展方向。与此同时，软件定义汽车的需求下，MCU在硬件虚拟化技术上也会更加受到重视。