自1980年代以來,汽車産業開始電氣化革命,電子控制單元(Electronic Control Unit, ECU)成爲系統控制的核心。 目前,電子電氣架構 (Electronic and Electrical Architecture, EEA) 分散,每輛車至少有25個ECU,高階車型通常有100多個,傳統的EEA也面臨連接過於複雜的問題。 如下圖所示,爲了因應逐年增加的Domain ECU數量,基於DCU(Domain Control Unit)的集中式架構誕生了,從而减輕了電子元件的重量,並降低了整車製造成本。 此外,爲了减少總綫連接長度和綫束過于複雜的問題,各個Domain的集中式架構進一步整合,産生了區域控制單元(Zonal Control Unit, ZCU),負責管理和控制特定區域功能。 EEA從低端ECU發展到中端DCU再到高端ZCU,這意味著每前進一步,電控單元的功能必須更強大、性能更好、處理能力更強。對MCU的要求也越來越高, 32位元處理器也成為汽車應用的主流。

從汽車市場的發展來看,雖然車輛的電子電氣架構正在集中化,但發展過程中MCU的數量和功能仍持續擴展。 根據Strategy Analytics預測,2021年至2026年MCU數量將成長約8%,超過汽車產量的成長,2022年至2029年全球32位汽車MCU產值將從30億美元翻倍至58.931億美元,可見車用市場在32位MCU發展潛力十足。一直以來,x86和ARM兩種架構壟斷主流CPU市場,直到RISC-V的出現打破了壟斷,為全球晶片產業發展提供了強大的推動力。短期來看,RISC-V在車用市場已逐漸滲透於感測器和安全晶片領域,基本滿足目前車規級控制晶片的需求,目前很多廠商已將RISC-V晶片發展目標,著眼於車身、動力、底盤等核心控制領域,RISC-V已在汽車市場生態環境迅速發展壯大。對於RISC-V在車用市場發展,我們引用研究機構Counterpoint預估, 2025年RISC-V將有10% MCU滲透率,預計車用RISC-V MCU將超過5億顆。
MCU産品市場應用發展方面,目前已經許多廠商發佈自有車規級RISC-V産品,例如,專注於車規級MCU/MPU的晶片設計公司芯科集成,産品覆蓋車身控制、電機控制、底盤控制、儀錶、車載網絡、智能座艙等應用。淩思微電子基於RISC-V架構MCU系列,主要應用於車身控制,即時通信、車載娛樂等方面,此外,推出RISC-V架構MCU的廠商還有新唐、聯詠、耐能、奕力、奇景、先楫半導體、雲途半導體、武漢二進制、國芯科技、啓英泰倫、愛普特、中移芯升、飛利信、睿思芯科、時擎科技、中科物栖、泰淩微電子、元視芯等公司,可以預料,基於智能電動汽車的大浪潮,車規級RISC-V MCU有望迎來全新的增長機遇,從目前的車用MCU發展情况來看,RISC-V在汽車市場正處於蓄勢待發的狀態。
因應汽車市場日益增長的RISC-V需求,晶心科技 (Andes Technology) 提供多種車用單核心/多核心RISC-V IP解决方案,這些方案不僅具有高效率和多配置功能的競爭優勢,還提供多樣化的汽車安全設計,包括糾錯碼(Error Correction Code, ECC)、軟體測試庫(Software Test Library, STL)、雙核心鎖步 (Dual Core Lockstep) 等,以及溢位/下溢堆疊 (Overflow/Underflow Stack)、物理記憶體保護(Physical Memory Protection, PMP)等保護機制,同時也提供ISO 26262合規認證,讓汽車晶片開發更簡單、更有效率。 以下是晶心科技車用RISC-V CPU方案以及應用簡介:
AndesCore™ D23-SE: 3-stage pipeline / ASIL D安全核心,適用於節能且高性價比的ECU/DCU設計解決方案,支援從ASIL B到ASIL D的廣泛應用,包括電池管理系統、防抱死煞車系統(Anti-lock Brake System, ABS)、胎壓監測(Tire Pressure Monitoring, TPM)、電動輔助轉向(Electric Power Steering, EPS)、安全氣囊、馬達驅動控制、安全島等不同應用。
AndesCore™ N25F-SE/AndesCore™ D25F-SE: 5-stage pipeline / ASIL B安全核心,適用於高效率ECU/DCU設計方案,支援多種ASIL B應用,包括CMOS影像感測器、車載監控、車身控制、盲點偵測、觸控和顯示、自適應巡航控制(Adaptive Cruise Control , ACC)、免鑰匙控制、車載充電器、車內儲存等不同的應用。
AndesCore™ D45-SE: 8-stage pipeline /dual-issue / ASIL D安全核心,適用於高性能ECU/DCU/ZCU設計解決方案,支援從ASIL B到ASIL D的廣泛應用,包括、毫米波雷達感測器、前視和360度環視監控系統(Around View Monitor System, AVMS)、車用儀表組 (Instrument Cluster)、動力總成/資訊娛樂DCU、前/後ZCU等不同的應用。
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