軟件定義汽車（SDV）已占據(jù)汽車行業(yè)數(shù)字化革命的中心。如果說SDV是“裝上車輪的智能手機”，那么其幕后核心——微控制器單元（MCU）則是當之無愧的“汽車數(shù)字大腦”。這些體積微小但功能強大的芯片，大小從指甲蓋到米粒不等，控制著從剎車系統(tǒng)到環(huán)境照明等方方面面。

為深入剖析這一趨勢，格羅方德汽車處理業(yè)務(wù)總監(jiān)Wael Fakhreldin在本文中探討了塑造下一代汽車架構(gòu)變革方向、MCU不斷變化的需求，以及格羅方德如何與汽車客戶攜手創(chuàng)新，一同突破技術(shù)邊界。

Q:從宏觀視角出發(fā)，推動新架構(gòu)需求的最大汽車挑戰(zhàn)是什么？

消費者期待車內(nèi)體驗如智能手機般流暢，而汽車制造商則致力于讓駕駛盡可能安全。但在傳統(tǒng)架構(gòu)中，每項新功能都需要配備專門的硬件，這給原始設(shè)備制造商（OEM）帶來了巨大的挑戰(zhàn)和成本，因為他們需要集成多個不同的控制單元。而推動汽車向更智能、更互聯(lián)的方向發(fā)展，需要全新的架構(gòu)，使駕駛員能夠即時訪問新功能，而非依賴昂貴的硬件升級。

如今，這些壓力促使汽車行業(yè)加速向SDV轉(zhuǎn)型，SDV能夠迅速推出新功能，以滿足消費者期望和市場需求，無需進行物理更新。這一轉(zhuǎn)型依賴于高彈性、可擴展的高性能計算平臺，以及無縫的空中下載技術(shù)（OTA）支持。

Q：當前最有前景的汽車架構(gòu)是什么？未來幾年它們將如何演變？

SDV區(qū)域架構(gòu)正在提高效率和性能的標準，且通過多種方式實現(xiàn)這一點。例如：1）根據(jù)車輛內(nèi)的物理位置而非功能來整合控制與處理功能；2）降低布線復雜性和整車線束重量。近年來，跨域區(qū)域架構(gòu)因其與現(xiàn)代車輛物理布局的契合度而受到青睞。每個區(qū)域控制器管理不同的車輛域功能——從車身、舒適系統(tǒng)、底盤控制到網(wǎng)關(guān)——不同的區(qū)域控制器通過速度高達10Gbps的快速以太網(wǎng)相連，構(gòu)成車輛的 “脊柱” 。

中央計算架構(gòu)雖預計要到2030年才會普及，但技術(shù)布局已啟動。這種方法引入了一個高性能計算集群來協(xié)調(diào)所有車輛功能，通過聚合器將來自各種傳感器和組件的數(shù)據(jù)路由到中央處理器。如汽車級芯片粒技術(shù)之類的半導體創(chuàng)新將成為關(guān)鍵，支撐消費者期待的實時軟件更新需求。

Q：從算力角度看，區(qū)域架構(gòu)MCU提出了哪些要求？

SDV的智能程度取決于其背后的架構(gòu)。簡單來說，沒有區(qū)域控制器單元（ZCU），SDV就無法充分發(fā)揮其潛力。這些控制器按物理集群而非功能整合車輛功能。這一轉(zhuǎn)變使MCU成為焦點，并推動了MCU性能邊界的拓展——需要更快的處理速度、連接更多設(shè)備，并支持邊緣人工智能（AI）等新興功能。

更強算力：MCU需要處理更多的實時計算任務(wù)。芯片制造商正在尋求使用運行在更高頻率下的不同邏輯核心陣列。他們正轉(zhuǎn)向更先進的工藝節(jié)點，并引入不同數(shù)字核心的虛擬化概念，使MCU能夠靈活高效地管理多個任務(wù)。

輸入/輸出過載：現(xiàn)代汽車擁有超過90個智能傳感器和800個傳感器及負載，這要求MCU集成高密度數(shù)字/模擬接口，以應(yīng)對大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

內(nèi)存性能提升：嵌入式非易失性存儲器（eNVM）容量需達到32MB甚至更大，速度需更快，以支持快速切換的數(shù)字核心，同時不增加延遲或造成瓶頸。

高速通信：車載數(shù)據(jù)量激增，MCU需快速傳輸這些數(shù)據(jù)。高速以太網(wǎng)和串行器-解串器（SerDes）接口等技術(shù)正成為標準，以確保區(qū)域之間以及區(qū)域與復雜車輛傳感器之間的可靠通信。

格羅方德先進制成，如12LP+ MRAM和22FDX MRAM，正助力芯片制造商和支持當今汽車的復雜處理，提供高速高能效的車載控制器。

隨著區(qū)域算力的提升，模擬任務(wù)逐漸轉(zhuǎn)移到車輛邊緣。如今，汽車芯片制造商正在將這些功能——電機控制器、音頻放大器，甚至通信接口——集成到格羅方德130BCD或55BCD技術(shù)平臺上的單個MCU中。

Q：車輛中的AI技術(shù)正迅速發(fā)展，邊緣AI如何重塑SDV的MCU需求？

邊緣AI正驅(qū)動延長電池壽命、座艙感知、語音交互和智能電機等創(chuàng)新功能。這種方法降低了復雜性、成本和功耗，同時通過本地處理信息而非云端處理，增強了用戶隱私保護。在AI加速不發(fā)生在中央計算機或ZCU的情況下，終端節(jié)點需要嵌入AI加速功能來執(zhí)行這些任務(wù)。

為適應(yīng)這一趨勢，MCU正在通過提供專門用于AI加速的IP：如用于運行復雜數(shù)學模型的圖形處理單元（GPU）、用于語言和通信模型的語言處理單元（LPU），以及用于轉(zhuǎn)換實時信號的數(shù)字信號處理器（DSP）。對于更繁重的工作，MCU還集成了更快、更可靠的接口，以連接外部存儲器，確保能夠處理高級AI應(yīng)用所需的大量數(shù)據(jù)。

畫面呈現(xiàn)俯瞰視角（由無人機從空中拍攝）：一輛自動駕駛汽車在城市高速公路上行駛，并超越其他車輛。可視化概念：傳感器掃描前方道路以探測其他車輛和限速信息。

Q：MCU如何演變以確保SDV在安全、保障和功能性等方面達到最高標準？

功能安全是汽車設(shè)計的核心，但向SDV的轉(zhuǎn)型增加了復雜性?，F(xiàn)代MCU在確保系統(tǒng)免受干擾方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其方式是通過隔離安全關(guān)鍵系統(tǒng)與非安全關(guān)鍵功能。這確保了安全關(guān)鍵系統(tǒng)（如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、剎車和安全氣囊）能夠無延遲地訪問所需的計算資源。MCU還可以通過支持先進的錯誤檢測，觸發(fā)故障安全或故障運行機制，并采取正確的糾正措施來確保乘客安全。

安全駕駛離不開網(wǎng)絡(luò)安全。MCU負責保護OTA更新，驗證新軟件鏡像來自可信來源，并保護節(jié)點之間的通信。隨著更多關(guān)鍵安全功能變得由軟件驅(qū)動，車輛盜竊、網(wǎng)絡(luò)攻擊和未經(jīng)授權(quán)通信的可能性也隨之增加。

Q：MCU如何實現(xiàn)快速連接和低功耗的？

連接性是SDV的基石，而MCU則是連接從區(qū)域控制器到高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能以及車內(nèi)體驗的核心。向簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如IP到邊緣）的方向發(fā)展，減少了布線復雜性，并消除了對多個網(wǎng)關(guān)的需求，使數(shù)據(jù)能夠直接從傳感器以低延遲傳輸?shù)組CU。為支持這一點，MCU正在采用以太網(wǎng)等技術(shù)，該技術(shù)可以高達10Gbps的速度傳輸數(shù)據(jù)，以及采用具有多drop技術(shù)的10BaseT1s，以降低系統(tǒng)成本和功耗。

電動汽車擁有更低的功耗和更長的續(xù)航里程是市場所需，MCU正是推動這一高節(jié)能汽車未來的引擎。格羅方德先進的22FDX+平臺能夠提供極低的功耗泄漏，引領(lǐng)著更高性能、更低功耗汽車的未來。

Q：格羅方德如何支持下一代汽車MCU，賦能SDV未來？

格羅方德可擴展的汽車級認證平臺能夠滿足多樣化的SDV需求，從計算密集型、模擬密集型或模擬輕量型區(qū)域MCU到計算輕量型、模擬密集型末端節(jié)點的MCU。格羅方德各個平臺都針對其性能類別和相關(guān)應(yīng)用，提供了廣泛的汽車級認證IP組合。

在MCU替代品的認證過程漫長且復雜的情況下，韌性是成功的關(guān)鍵要素。這就是為什么格羅方德建立了全球團隊和制造網(wǎng)絡(luò)，確保我們的客戶能夠獲得最先進的MCU技術(shù)。這種方式使我們能夠支持全球領(lǐng)先的汽車制造商，共同迎接SDV架構(gòu)的新篇章。

Wael Fakhreldin擔任格羅方德汽車處理業(yè)務(wù)總監(jiān)一職。他深耕汽車領(lǐng)域，專注汽車微控制器、微處理器、人工智能加速器以及芯片組（chiplets）技術(shù)研發(fā)，推動下一代汽車電子架構(gòu)創(chuàng)新。