2022年11月8日-10日，由中國汽車工業協會主辦的第12屆中國汽車論壇在上海嘉定舉辦。作為黨的“二十大”召開后的汽車行業首場盛會，本屆論壇以“聚力行穩 蓄勢新程”為主題，共設置“1場閉門峰會+1個大會論壇+16個主題論壇”，以汽車產業的高質量發展為主線，與行業精英一起貫徹新精神，研判新形勢，共商新舉措。其中，在11月9日下午舉辦的“主題論壇3：汽車、芯片融合發展”上，恩智浦大中華區資深市場經理余辰杰發表精彩演講。

以下內容為現場演講實錄：

謝謝楊秘書長，謝謝各位與會的同行。接下來我將給各位分享一下NXP最新發布的實時處理器S32Z/E系列產品如何怎么助力OEM和Tier1來實現新型的電子電氣架構及控制器產品， 

我的議題分三部分，首先我會給大家介紹一下整車電子電氣架構，從分布式到集中式，包括到最終的Central Computing形態的演化的過程。同時我會給大家更新一下恩智浦最新推出的基于16納米先進制成的劃時代的實時處理器產品。最后我會介紹恩智浦車載處理器業務的生態圈，特別是在中國市場，我們和一些本土生態伙伴之間的合作，如車載芯片友商地平線以及東軟，普華等國產的軟件供應商之間的合作。

電子電氣架構是最近大家聊的非常多的話題，屏幕上最左側，是傳統的分布式的架構，逐漸會往以功能為邏輯劃分的域控架構轉變，比如座艙域，智駕域，多合一動力域，底盤域等等。

更新的架構形態是基于區域控制器的架構，一個區域控制器所包含的功能取決于相鄰物理結點的的執行器所負責的任務。舉個簡單例子，比如車的左前域，可能把底盤，甚至轉向功能結合車身的部分功能集成進來。

最右端就是最終形態，整車電子電器架構圍繞一個大的中央計算平臺，它可能集成了所有智駕，座艙、車身等等需要高算力的任務。然后在邊緣測的結點上，就是一些智能執行器了。

大的趨勢我們看到，無論是從域，或者域結合分布式的中間方案，到后面逐漸往區域化過渡。好處是什么？首先域架構肯定會使我們的軟件更集中，把原來一些可能邏輯類似但分布在不同ECU當中的功能，集成到一個域控制器當中來。這樣會使得傳感器的輸入和ECU之間的數據交互延遲得到優化，軟件開發工作變得更加集中。還有如OTA升級策略，本來一個功能是分布在幾個ECU結點里，現在你的軟件升級也會得到簡化。

區域控制器的好處就更直觀了，原來一些分布在不同物理位置的控制器，現在被集中到了一個地方。線束重量降低了，原先多個低性能的MCU被集中到區域控制器中的高算力實時處理器中，比如我后門會著重介紹到的恩智浦S32Z/E系列SoC。

汽車工業的一個永恒的話題就是輕量化，今天后面有嘉賓會講到電力電子，通過寬禁帶半導體提升能量密度是對輕量化的重要貢獻，而電子電器架構的演進導致的線速的長度和重量的減少也非常重要。驅動電子電器架構演進的底層動力是處理器性能的迭代。

在恩智浦看來，無論何種電子電器架構，汽車ECU控制器大致可以分為兩個大的平臺。一類稱之為基礎平臺，這就和基礎設施一樣，我們認為不管低端車、高端車、燃油車還是新能源車，你總要有動力控制部分來驅動汽車。車身網絡樞紐保障ECU間安全可靠的交互數據。還有車身部分，對門、窗，座椅等控制肯定也都要有。

另外一大類，我們定義為可拓展平臺，比如有一些車的定位就是在智駕功能上，另一些車則定位在炫酷的座艙體驗上。這些個性化的功能固然越來越被消費者看重，但從車的本質看并不是必須的，所以我們稱之為可拓展平臺。

恩智浦無論在基礎平臺還是在可拓展平臺上都有著非常廣德產品布局。基礎平臺上，我們最新的產品有用在動力控制的S32Z/E，網絡上處理上S32G系列芯片已經被中國眾多主機廠和一級供應商所接受，車身控制上從以前功能安全相對低一些的S32K1，到現在最高可到ASIL D級的S32K3等。

在可拓展平臺上，i.MX系列座艙SoC一直以來是NXP非常強勢的一個產品，ADAS 77Ghz毫米波雷達上，恩智浦有支持4D成像的最一代S32R SoC產品。

當然視覺上我們也有S32V這樣的芯片，但它的定位還是在一些初階的自動駕駛或者環視等領域。后面我會說，在自動駕駛端，我們在中國會和像地平線這樣的生態伙伴有很深入的合作。

談了電子電氣架構的演進，談了整個ECU可以把它分為基礎平臺和可選平臺，那映射到處理器芯片上，到底對性能有什么不同要求？大家可以看到，圖中越往下，也就是越靠近邊緣測的執行器端，它對處理器基本上的需求是高實時性，因為它強調控制，比如你剎車、油門踩下去，你總歸希望動力會很快體現出來，這些往往是以實時控制算力為衡量指標的，而這些結點的計算邏輯也都是面向信號的。我們恩智浦在發布新的S32Z/E產品里面，已經不能把它稱之為MCU了，因為它的提升已經大大超出了傳統的兩三百兆主頻的多核MCU。所以我們把它重新定義為了Real-time processor，實時處理器，所以它是在圖片的中間部分。

當然我們也看到有一些車身的區域控制器，如果我們把它也算作小結點的話，也有一些主機廠提出了把SOA的架構往上面放，不過目前的主流還是以CAN網絡為主面向信號的處理方式，強調實時性，對I/O的驅動能力要求很。這個也是我想給大家分享的，因為從半導體原廠的角度來看，我們要滿足芯片高算力的需求，我們一直以來的做法是會要采用更先進的制程，集成度更高，核的數目上去，主頻抬上去。但在未來這么做也許會越來越困難，特別是在對類MCU的實時處理器來說，因為從工藝上面來講，當CMOS工藝下沉到22nm以下時，embedded flash很難再集成我馬上要介紹S32Z/E是基于16納米制程的，那Flash放在哪里，外擴是一個方案，但你的速率如何保證？當我達到1G赫茲這樣一個MCU主頻的時候，你要多大的XIP的帶寬，才能滿足外部Flash執行程序的要求，因為傳統的MCU都是在內部的Flash里面直接開始執行程序的，SRAM是用來做一些特定的加速，或者臨時變量的開銷和存儲的。而現在我們似乎不得不通過擴大昂貴的SRAM和額外的shadow flash芯片來解決embedded flash工藝受限的問題。另外還有一個就是IO驅動能力的問題，16納米的制程，如何做3.3伏、5伏的IO，其實是很復雜的一個設計問題。 

再往上走，大算力的域控芯片我們有S32G，它是一個多核異構的SoC，有一些M核負責實時計算，也有A核負責計算需求大但實時性要求不高的任務。當前恩智浦也已經規化了5納米的車規SoC，但這部分，我現在只能透漏我們會在今年有一些試產的樣片。

接下來我講一下我們今天的主角，S32Z/E實時處理器。如果從傳統認知上看，大家可以把這個芯片它理解為一個MCU。但這個MCU的算力有了一個質的飛躍，每個核的主頻可以達到1G赫茲，還集成了輕量級的AI的計算能力，可以支持一些做MPC算法，用于諸如自動駕駛系統中的橫縱向控制計算。

當然因為它的算力很強，加之豐富的以太網接口能力，相對于傳統MCU，它使支持SOA軟件架構成為可能。還需要強調的是，恩智浦是業界第一家采用真正意義上的先進制程，也就是16nm這個節點來實現實時處理器的車規處理器供應商。另外，正如我前面介紹到的，S32ZE所對應5納米的下一代產品也已經在我們的規劃當中。

什么是實時性，這個概念其實是不太好界定的，大家可以理解為非常快的響應，但這個快是相對的，視應用場景而定，比如你控制車，實時性的要求要高一些，但如果是飛機可能反而慢一點，因為飛機在天上，一些任務稍微延遲個幾秒鐘響應所引發的后果可能不會像在復雜交通路況下高速行駛的汽車那么危險。上圖中所列出的這些應用被普遍認為是車輛電子系統中實時性要求相對較高的應用。

這也就是我們S32Z、S32E所覆蓋的應用，其實這顆芯片真正的發布是今年的6月份，在德國的一個電子展上面，但實際上我從三四年前就開始負責這款芯片的市場工作。大家要知道，一個工藝節點，在工業上面成熟后，到它能被Qualify成為對應的車規工藝節點，其實是要經歷非常漫長而嚴謹的制程開發流程的。特別是你可能是業界第一個嘗試的這種工藝的時候，你面臨的風險和投入很多時候是不可控的。恩智浦就是這樣一個引領技術變革的公司。

我前面提到了，S32Z/E的算力有了一個質的提升，核的數目也非常多，最多可以有八個，你可以獨立使用，也可以作為四對鎖步核來使用。大家看到屏幕左邊就是傳統的電子電氣架構，在這種架構中你可能有一個集中的動力域控制器，下面掛著分布式的獨立功能的ECU。

但現在你有了最多可以提供8個1Ghz主頻的S32Z/E，你可能希望把這些功能都集中到一個控制器，甚至于一顆芯片中來。

不過，即便硬件的性能支持你這么做，但是更大的挑戰在軟件和系統的認知。對于像一些能力比較強的Tier 1，他本身開發過這些獨立功能的ECU的，那我覺得對他來說會非常樂于接受這樣的芯片，他可以自己定義一個新的電子電氣架構，把這些東西都收攏起來，然后他可以設計出成本更優化的產品，最后推薦給主機廠。但是對于大部分的供應商而言，他很少有同時做過這么多控制器的供應商，我認為這個時候就會催生出一個所謂新的業務模式，我把它稱作就是“軟件即產品”。即出現一些列專注某類應用上層算法的軟件供應商。當然，要支撐這種軟件業務模式，硬件上除了要具備高算力之外，還需要有虛擬化和隔離機制做支撐，使得不同的應用程序客戶互相不干擾的運行。S32Z/E無論從內核還是SoC架構上都設計了必要的虛擬化隔離機制。

其實中國新能源行業發展比較快，某些頭部的新能源主機廠，他自己內部的零部件研發體系已經比較健全，對這類主機廠來說，S32Z/E也會是他們理想的選擇。 因為他自己既負責定義電子電氣架構，同時他已經積累了這些不同功能ECU的開發經驗。當然對更多的主機廠來說，我覺得還需要一個過程，在這個過程中也許會有一個中間角色負責硬件和底層軟件的開發，再加上一些上層算法的服務商，以及一個最終的系統集成商。整個汽車電子的游戲規則會變得比現在更復雜一些。

這是整個芯片的框圖，大家可以看到，它的主要計算部分有若干個R52的組合，有四對鎖步的R52，上面畫的很清楚。這些我們希望它是主要被用來做業務邏輯的。還有一個對當中深藍色的M33的鎖步核，我們稱之為System Manager，它可以被用來完成一些系統功能，比如你做Secure boot，或者做整個芯片系統的功能安全監控等等，和處理主業務邏輯的R52的完全隔離開來。

計算部分，我們還集成了一個DSP核，可以完成一些輕量級machine learning業務，主要針對ADAS上的，比如基于MPC的橫縱向控制算法，因為它往往需要很多的浮點算力，如果是要跑在傳統的邏輯核上面，它效率是非常低的，因為Simulink MPC toolbox生成出來的代碼很多事基于Vector C的庫的。

網絡安全引擎HSE，我不在此展開了，S32Z/E集成的HSE加密引擎支持目前業界所有主流的對稱和非對稱加密算法。這里還有重點介紹一下S32Z/E中集成的一個網關子系統，稱之為FlexLLCE，它也是由兩對四百兆主頻的M33核負責調度，通過一個CAN Hub支配24個CAN Controller組成的一個的CAN網關子系統。所有的CAN網關相關的功能，可以完全在這個子系統進行閉環處理。

還有我們集成了博世最先進的GTM4.1，這也是用來做高精度PWM輸出的，主要應用場景包括發動機噴油點火，新能源汽車的主驅控制。當然我們也有TSN支撐的以太網接口，因為恩智浦處理器事業部的前身是Freescale，是以networking processor聞名的，所以在以太網方面，特別是時間敏感網絡處理上面，恩智浦是有非常深的積累。

最后說一下Memory部分，因為這是一顆16納米制成的芯片，以目前的工藝水平無法集成16nm embedded flash，所以我們需要一個額外的Flash Shadow放在外部，我們在系統初始化時會把時候會把存這個shadow flash中面的程序，直接加載到內部高達19兆的SRAM里面去。它好處顯而易見，因為SRAM的運行速度肯定會快。

可能會有這樣的疑問，如果19兆的SRAM不夠，那是否有足以支持XIP的高帶寬外部易失或者非易失性存儲器訪問接口呢？答案是肯定的，我們還會提供LPDDR4以及Hpyerbus 接口，可以方便用戶靈活拓展高速存儲介質。

右邊是Z2的一個升級，我們稱之為E2，它主要彌補了Z2對5V模擬I/O支持不足的問題。

如一開始提到的，S32Z/E因為有8個R52，最高主頻到1Ghz, 這樣一個配置對大多數中國主機廠或者Tier 1來說，定調定的太高了。所以后面我們會有一個弱化的版本，叫S32Z1，它是四個R52的核組成的，相當于它的Performance降了一半，我們相信這顆芯片針對中國市場會有更多的適用場景。

最后我講一下恩智浦車載處理器的生態，也呼應一下剛才地平線徐健生態官所提及的軟件生態對現代處理器產品的重要性。蘋果公司一位產品經理曾說過“如果你真的在意你的軟件，那你就應當設計你的硬件”。我想說這句話放在今天的汽車處理器行業里，應該反過來講，“如果你真的在意你的硬件，那你就應當去設計你的軟件”。恩智浦公司作為全球領先的汽車處理器供應商在芯片底層軟件上的投入是非常大的，無論從MCAL，HSE Firmware，還是一些私有的網絡加速器IP的驅動上，恩智浦都投入了大量的研發資源。對客戶而言，大部分這些由恩智浦原廠直接提供的軟件都有著非常友好的商業模式。特別對中小客戶而言，前期在軟件上的投入門檻已經降的非常低。但在此我也想說，即便作為體量如恩智浦這樣的汽車芯片原廠，我們當然很care我們的硬件產品，但這也并不意味著在這個軟件定義汽車的新時代里會成為一個軟件公司，事實上我們也只能聚焦在和硬件最緊密相關的底層軟件上，這就是為什么我們需要一個很強大的生態。

比如在AUTOSAR軟件中，MCAL和HSE Firmware只是和硬件相關的驅動層，而整個AUTOSAR框架中大部分模塊是和硬件無關的上層協議棧。另外，隨著以太網在新型電子電器架構中成為主干網絡，以及SOA框架被越來越廣泛的接受，都極大的外拓了傳統汽車軟件的邊界，而這些軟件組件絕大部分與硬件無關，不可能也不應該由像恩智浦這樣的芯片原廠去實現。

過去我們依靠Vector，EB這類國際軟件供應商為恩智浦全球的客戶提供這類軟件，今天我們在中國也有像普華、東軟這樣的優質生態合作伙伴專門服務本土客戶。

另外和硬件生態合作伙伴上，我們也有非常多的實踐，比如在高等級自動駕駛方案上，我們就選擇了和地平線公司合作，一起開發了基于地平線征程5和恩智浦S32G的Matrix Superdrive參考設計，該方案也已經被許多中國主機廠所接受。

恩智浦作為一家真正深耕中國市場的外資芯片原廠一直把拓展本土生態圈作為工作重點。我們深信恩智浦在中國的成功離不開本土生態合作伙伴的支持和幫助。謝謝大家。

（注：本文根據現場速記整理，未經演講嘉賓審閱）

返回第一電動網首頁 >