汽車MCU車規(guī)認(rèn)證加速，功勞也要分給車規(guī)IP一半

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）單車內(nèi)MCU數(shù)量的飛速增加為IC設(shè)計(jì)公司們提供了一個(gè)新的契機(jī)，不少過(guò)去主攻消費(fèi)電子的MCU廠商們紛紛調(diào)轉(zhuǎn)方向來(lái)發(fā)力汽車電子。然而對(duì)于任何一家汽車芯片廠商來(lái)說(shuō)，要想真正打入汽車市場(chǎng)站穩(wěn)腳跟，車規(guī)都是一道繞不開(kāi)的門檻。除了AEC-Q100這類針對(duì)IC可靠性的測(cè)試外，在設(shè)計(jì)階段，CPU IP的ISO26262功能安全認(rèn)證同樣是不可或缺的。

且僅僅只是符合ISO26262的設(shè)計(jì)流程規(guī)范還不夠，來(lái)自各大第三方獨(dú)立功能安全認(rèn)證機(jī)構(gòu)的認(rèn)證證書才是最終的目標(biāo)，比如德國(guó)TUV、瑞士SGS和美國(guó)Exida等等。為此無(wú)論是座艙、網(wǎng)關(guān)還是ADAS上的芯片，在設(shè)計(jì)之初都要選擇已經(jīng)驗(yàn)證的車規(guī)IP。這樣才能盡可能縮短芯片的車規(guī)認(rèn)證時(shí)間，加快上市進(jìn)度。

Arm：從功能安全到性能的完整車規(guī)IP生態(tài)矩陣

Arm作為汽車領(lǐng)域的老牌IP供應(yīng)商，已經(jīng)打造一整套完整的汽車產(chǎn)品矩陣，涵蓋了從Cortex-M系列到Cortex-R系列，再到Cortex-A系列的不同處理器IP產(chǎn)品，覆蓋了傳感器、SoC管理、ADAS、IVI等常見(jiàn)汽車應(yīng)用。根據(jù)Arm汽車事業(yè)部全球市場(chǎng)副總裁Dennis Laudick提供的數(shù)據(jù)，全球85%以上的IVI/座艙處理器和50%以上的ADAS應(yīng)用處理器，都是基于Arm的。

以Cortex-M系列為例，基于M系列處理器IP的車規(guī)MCU產(chǎn)品無(wú)疑是出貨量最大的。當(dāng)下主流車規(guī)MCU所用的Cortex-M IP中，性能從低到高有Cortex-M0+、Cortex-M4和Cortex-M7。其中前兩者多用于ASIL-B級(jí)別的MCU設(shè)計(jì)中，而雙核鎖步配置的Cortex-M7則常被用于ASIL-D級(jí)別的MCU設(shè)計(jì)中。

以最常見(jiàn)的Cortex-M4為例，該處理器IP在M3的基礎(chǔ)上加入了DSP指令，非常適合需要一定數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用，而內(nèi)置FPU的Cortex-M4F更是成了不少M(fèi)CU廠商的首選。NXP的S32K14x、英飛凌的CYT2B9、國(guó)民技術(shù)的N32A455以及旗芯微半導(dǎo)體的Raptor系列等都是基于該內(nèi)核設(shè)計(jì)，這類MCU也都被廣泛應(yīng)用于車身控制、智能座艙之類的基礎(chǔ)應(yīng)用中。

這類應(yīng)用中同樣受歡迎的還有Cortex-M33，這一處理器IP對(duì)成本和功耗敏感的MCU和混合信號(hào)應(yīng)用做了特殊的優(yōu)化，另外還集成Arm的TrustZone安全技術(shù)，加強(qiáng)了面對(duì)外來(lái)攻擊時(shí)的安全性。諸如兆易創(chuàng)新的首個(gè)MCU GD32A503和云途半導(dǎo)體的YTM32B1ME，均是基于該處理器IP開(kāi)發(fā)的。

Cortex-M7、M55和M85對(duì)比 / 瑞薩

當(dāng)然了，隨著對(duì)ASIL-D級(jí)別的車規(guī)功能安全認(rèn)證以及更高性能的需求，Arm也推出了更高性能且支持到ASIL-D級(jí)別的Cortex-M85的處理器IP，來(lái)為打造高性能車規(guī)MCU的廠商提供一個(gè)通用計(jì)算性能高于M7的選擇，也ML/DSP應(yīng)用提供更高的性能表現(xiàn)。相較6級(jí)流水線超標(biāo)量設(shè)計(jì)的M7，M85采用了7級(jí)標(biāo)量流水線和9到10級(jí)矢量和浮點(diǎn)流水線的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了6.28的CoreMarks/MHz，以及數(shù)倍于M7的ML/DSP性能。

在功能安全性上，Cortex-M85可以采用雙核鎖步的設(shè)計(jì)，從而用于對(duì)安全級(jí)別更高的車身控制應(yīng)用中，比如高扭矩的牽引電機(jī)等。瑞薩電子也在去年展示了首個(gè)基于Cortex-M85打造的MCU樣片。在Arm已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了M23、M33、M55等多個(gè)處理器IP獲得第三方ASIL-D安全認(rèn)證的前提下，相信M85很快也將獲得這一認(rèn)證，與M33、M55一道成為新的車規(guī)MCU主流IP。

另外值得關(guān)注的是，在適應(yīng)新的復(fù)雜汽車架構(gòu)的過(guò)程中，隨著對(duì)性能要求的提高，Cortex-R系列的處理器IP也開(kāi)始出現(xiàn)在部分車規(guī)MCU中。以意法半導(dǎo)體的Stellar集成式MCU為例，就集成了6個(gè)Cortex-R52核心。

其中Stellar P系列專為滿足下一代傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣化解決方案和域?qū)蛳到y(tǒng)的集成需求而設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)更高水平的實(shí)時(shí)性能、安全性和確定性。Stellar G系列專為應(yīng)對(duì)下一代車身集成和區(qū)域?qū)蜍囕v架構(gòu)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)而設(shè)計(jì)，可保證性能、安全性和功率效率以及廣泛的連接能力和高安全性。

近日，四維圖新旗下的杰發(fā)科技也發(fā)布了多核Cortex-R52設(shè)計(jì)的MCU芯片AC7870x系列。該MCU符合功能安全ASIL-D，主頻高達(dá)350MHz，可滿足ECU的高安全等級(jí)要求。杰發(fā)科技也表示，AC7870x系列將在2024年正式推向市場(chǎng)。

RISC-V：逐漸壯大的車規(guī)IP陣容

盡管RISC-V在汽車電子應(yīng)用上的積累沒(méi)有Arm那么久，但從這幾年各大RISC-V IP廠商推出的新品來(lái)看，RISC-V在車規(guī)IP的進(jìn)展可謂一點(diǎn)都不慢。在SiFive、芯來(lái)科技、晶心科技、隼瞻科技和NXITEXE等廠商的推動(dòng)下，RISC-V在車規(guī)IP領(lǐng)域一技能提供了相當(dāng)廣泛的選擇。

SiFive車規(guī)IP / SiFive

在去年九月推出了32位的E6-A和64位的S7-AD與X200-A這三大車規(guī)IP解決方案后，終于在今年7月迎來(lái)了針對(duì)E6-AB的首個(gè)ASIL-B認(rèn)證。E6-A專為車內(nèi)各種實(shí)時(shí)32位應(yīng)用設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)控制到HSM模組等，也非常適合用于車規(guī)MCU的內(nèi)核。該IP采用了單發(fā)射8級(jí)流水線的設(shè)計(jì)，除了最小化邏輯冗余的E6-AB外，SiFive也在推進(jìn)雙核鎖步的E6-AD和分核鎖E6-AS的ASIL-D認(rèn)證工作。

NA900微架構(gòu) / 芯來(lái)科技

而RISC-V CPU IP中率先獲得ISO 26262 ASIL-D認(rèn)證的，則是芯來(lái)科技的NA900和NA300。芯來(lái)科技對(duì)車規(guī)IP以及認(rèn)證的布局早在兩年前就開(kāi)始，作為N900的車規(guī)版本，采用九級(jí)流水線設(shè)計(jì)的NA900對(duì)標(biāo)的正是上文提到的Arm Cortex-R52。武漢二進(jìn)制半導(dǎo)體在去年滴水湖論壇上公開(kāi)的伏羲2360車規(guī)MCU，正是基于芯來(lái)科技的NA900打造。

至于全球首個(gè)ISO26262 ASIL-B認(rèn)證的RISC-V CPU IP，則是由晶心科技的N25F-SE于去年獲得。N25F-SE 是一個(gè)5級(jí)流水線的32位RISC-V CPU核心，支持標(biāo)準(zhǔn)的 IMACFD 擴(kuò)展指令集，包括高效整數(shù)指令集和單/雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算指令集。配合晶心的第五代V5擴(kuò)展指令集，可以進(jìn)一步提高性能并降低程序代碼的大小。而ASIL-B的認(rèn)證，已經(jīng)可以讓N25F-SE用于儀表盤、車內(nèi)監(jiān)控與燈光控制等應(yīng)用中。

專注于RISC-V處理器IP和EDA的初創(chuàng)公司隼瞻科技，也在今年陸續(xù)發(fā)布了Wing-M050，Wing-M100A、Wing-M130和Wing-M500這幾個(gè)車規(guī)級(jí)RISC-V IP產(chǎn)品。其中Wing-M050，Wing-M100A和Wing-M130主要面向低功耗車規(guī)MCU設(shè)計(jì)，其中Wing-M100A采用雙核鎖步機(jī)制，可以滿足ASIL-D的功能安全等級(jí)要求。而雙發(fā)射7級(jí)流水線設(shè)計(jì)的M500，則是可用于車規(guī)域控制器的高性能核心，且M500具備Split特性，可在車規(guī)功能安全與處理器性能之間動(dòng)態(tài)切換。

略顯遺憾的是，國(guó)內(nèi)的另一大RISC-V IP廠商平頭哥似乎并沒(méi)有選擇在汽車領(lǐng)域發(fā)力，而是選擇了先專注于消費(fèi)電子和工業(yè)電子領(lǐng)域。

自主與其他授權(quán)IP打造車規(guī)MCU

除了Arm和RISC-V之外，還有的MCU廠商也在堅(jiān)持打造自主架構(gòu)IP或利用其他授權(quán)IP來(lái)實(shí)現(xiàn)車規(guī)MCU的出貨。這種另辟蹊徑的做法讓它們對(duì)于芯片架構(gòu)的設(shè)計(jì)有了更多自由度，也給到車規(guī)MCU更多的選擇。

國(guó)芯科技基于摩托羅拉授權(quán)的M*Core指令集與IBM授權(quán)的PowerPC指令集為基礎(chǔ)，打造了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的C*Core系列32位RISC CPU IP。國(guó)芯科技基于該架構(gòu)的打造了一系列汽車MCU芯片產(chǎn)品，諸如中端域控制器芯片CCFC2016BC、高端域控制器芯片CCFC3007PT等，最高安全等級(jí)可達(dá)ISO 26262 ASIL-D標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)芯汽車也就這些產(chǎn)品，在網(wǎng)關(guān)控制芯片、儀表芯片、智能傳感器芯片等12條車規(guī)產(chǎn)品線上實(shí)現(xiàn)了系列化布局。

不過(guò)近期國(guó)芯科技也開(kāi)始探索RISC-V架構(gòu)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，比如開(kāi)啟了首款基于RISC-V架構(gòu)的車規(guī)MCU芯片CCFC3010PT的研發(fā)，該芯片采用的自研RISC-V CPU核心CRV4E。CCFC3010PT主要面向動(dòng)力電池DC-DC和OBC應(yīng)用，對(duì)標(biāo)的正是上文提到的意法半導(dǎo)體Stellar MCU中的E系列（主要采用Cortex-M7內(nèi)核）。

芯旺微電子作為國(guó)內(nèi)少數(shù)擁有自主IP內(nèi)核架構(gòu)的MCU公司，已經(jīng)基于Kungfu內(nèi)核推出了多款車規(guī)級(jí)MCU，應(yīng)用覆蓋底盤動(dòng)力、智能座艙、電機(jī)電源和車身控制等多域場(chǎng)景。去年芯旺微已經(jīng)獲得了ISO26262 ASIL-D的流程認(rèn)證，今年也有部分KF32A系列的車規(guī)MCU產(chǎn)品獲得了ASIL-B的證書。

近日，芯旺微發(fā)布了基于Kungfu32內(nèi)核的32位車規(guī)MCU新品，KF32A158。KF32A158符合ASIL-B汽車功能安全等級(jí)，主頻也達(dá)到了KF32A系列的新高120MHz，這也意味著Kungfu內(nèi)核終于也在汽車中高端應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了突破，可以用于更多的汽車控制系統(tǒng)中，諸如儀表控制、熱管理等等。

寫在最后

從以上不同架構(gòu)的車規(guī)產(chǎn)品可以看出，要想打造一個(gè)符合功能安全的車規(guī)MCU，就少不了車規(guī)級(jí)IP的支撐。這一準(zhǔn)則也不限于車規(guī)MCU產(chǎn)品，還有各種車規(guī)SoC產(chǎn)品，而這類產(chǎn)品除了要選擇通過(guò)認(rèn)證的CPU IP外，也還有各種車規(guī)接口IP、圖形IP需要考量。芯片廠商要想進(jìn)一步縮短車規(guī)芯片的上市周期，就該及時(shí)做好功能安全的設(shè)計(jì)規(guī)范，選擇合適的車規(guī)IP。