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汽车半导体多核汽车安全掀起半导体需求第二波浪潮

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用户对车辆舒适、安全、信息和娱乐的需求引燃了多种应用的诞生,实现这些应用的基于微控制器(MCU)和微处理器的系统将进一步推动汽车厂商和芯片公司间的合作。
  前不久在巴黎召开的国际汽车电子大会(IAEC)是针对半导体供应商和汽车制造商间日益紧密的合作而搭建的一个论坛。但从大会传递的信息是:尽管短期内对汽车级微控制器和基于处理器的系统级芯片(SoC)的需求在增长,但长期赢家将是那些能帮助汽车厂商通过采用系统级整车方法进行设计和电子整合、进而采用更少量的MCU的芯片厂商和EDA公司。
  据研究公司Databeans的数据,2006年的汽车半导体市场是180亿美元,到2012年预计将达到290亿美元,年平均增长率为8%。而据Frost&Sullivan的预测,同期的主动安全系统的市场将从130亿美元增长到213亿美元。
  总部设在瑞士日内瓦的意法半导体是排在飞思卡尔和英飞凌之后的第三大汽车半导体供应商,该公司在大会上阐述了这一上涨的趋势。据称,意法半导体的汽车产品部在2006年销售额为13.6亿美元,而1996年整个汽车半导体市场的销售也不足4亿美元。意法半导体在汽车 半导体市场的年复合增长率(CAGR)是14%,而该市场本身的CAGR约为6%。就意法半导体10年期发展史来看,该公司的发言人表示他们计划保持高于10%的CAGR。
  因此,汽车市场向芯片厂商展示了良好的钱景。另外,汽车厂商也认为,为了增加燃油效率、降低二氧化碳的排放并增加安全性,与芯片厂商合作是一种很好的途径。
  事实上,汽车厂商一直承受着上述需求的压力。
  欧盟的企业和产业指导委员会汽车事务部官员ReinhardSchulte-Braucks指出,汽车厂商必须协助减少二氧化碳的排放以达到欧盟要求的到2012年的120g/km目标,并采用防碰撞技术来增加道路安全。欧盟的相关要求在欧盟力推的CARS21(21世纪竞争汽车管控系统)战略中得到详尽表述。
  电子方案是解决环境约束、实现高安全性汽车和低成本技术的关键,雷诺汽车电子工程网络总监RemiBastien表示。
  “我们处在这样一个状态,两条并行的趋势互相补充。”Bastien说。“用户需求和政府主导的环境要求正在以指数形式增长。对污染气体排放的标准每5年要严格一倍,而二氧化碳的排放每5年要减少20%。另外,用户期待更舒适、更安全、以及更便捷的信息处理,这些都对符合摩尔定律的电子技术带来了更多机遇。汽车厂商和芯片厂商间绝对是双赢关系。”
  MCU首次进入汽车的时候,是为了满足1970年代加州空气净化法(CCAA)而被用于引擎控制,飞思卡尔半导体高级副总裁兼欧洲、中东和非洲区总经理DenisGriot说,“电机控制技术跟随着MCU技术的发展。MCU的计算性能提升了20倍;在过去10年间,数据处理能力也增加了10倍。”
  电子技术大规模进入汽车应用,其第一波是借助MCU的引擎控制,而第二波则是将电子用于安全,Griot表示。
  “欧洲每年由车祸导致的经济损失达800亿欧元(约合1,200亿美元),我们对安全的要求应一丝不苟。”他说。
  第二波浪潮将要求对汽车架构做出改变,他补充道。诸如ABS、车辆稳定控制和乘员保护等功能目前是独立的,而为了实现更严密的安全保护,它们间彼此必须能相互通信。另外,还将引入诸如自主式巡航控制、越线警告以及夜晚视觉和盲区监控等新的驾驶员辅助系统,它们需要基于半导体的传感器、以及高性能的处理器和存储器。
  当对整个系统实现安全要求时,关键就是与传感、执行、通信、互连、电源和计算等各个环节息息相关的可靠性。这意味着可通过冗余设计来获得安全――冗余设计是为军工和航空航天应用开发的技术。
  “借助芯片冗余实现的安全是另一种技术突破,它将有助于从被动安全向主动的、甚至预防性的安全转变。”Griot表示,“我们与ContinentalAG的合作实现了一种有3个核的多核方案,它们协同工作、自我控制,可在降低功耗的同时满足安全和容错约束的条件下,提供更好的计算和控制性能。”
  在其“Space”设计项目中,飞思卡尔和Continental计划基于飞思卡尔的PowerArchitecture架构,开发一款三核的32位MCU。
  英飞凌通过其Audo和AudoNG器件也为汽车应用提供异类多核MCU,这些器件将TriCoreMCU和一个独立外设控制处理器整合在一起。据说该架构适用在引擎控制和其它动力传动等要求确定性和实时性的应用中。
  “多核方法前景非常光明,它是我们战略的一部分。”雷诺汽车公司的Bastien说,“但它不会在短期内发生。就拿动力传动来说,我们已在测试用一个ECU同时控制引擎和齿轮箱。借助汽车开放系统架构(Autosar),可用一个MCU控制多个模块,但到2012年前,这不会得到普遍应用。”
  当问及Autosar如何迎合多核处理器时,Autosar负责标志雪铁龙项目的负责人AlainGilberg表示,在2009年以后,当该项目完成时,“我们将继续支持Autosar。另外,我们希望以后能在Autosar上完善多核技术。”
  Griot指出说,用于广泛及全面整合的技术构造模块都已具备,包括:执行器、传感器和微处理器。但是,在选择合适的架构和设计方法方面仍存在挑战。“我们必须成为技术整合的始作俑者。”Griot断言。他透露,飞思卡尔和意法半导体在2007年6月签署了一项协议以加速微处理器整合进程。
  Bastien说:“雷诺对系统方法进行了大量投资。例如,借助适当算法的软件可省去一些传感器。系统维度越扩展,就越需要不同厂商的合作。加速系统整合的最好方法,实际上就是与我们的供应商一道,来确定可增加芯片供应商最先进技术价值的功能整合的可能性。Autosar是实现这些整合的一个好机会。”
  “我们需一种全局的系统方法及一个完整系统,”Gilberg说,“若我们有太多的ECU,那是因为每项功能都各自
为政。”
  英飞凌的汽车系统高级主管PatrickLeteinturier表示,减少汽车ECU数量,并将它们连接起来,这些将导致更集中架构的出现,这种新架构将更高效、更可靠、更具成本效益且不那么复杂。
  Griot总结说:“我们正处在一个转折点上――其中,创新更多地来自软件而非硬件。我相信,这种情况将逼迫并鼓励我们创新。我们需突破这种软件/硬件自上而下的建构方法。新方法将使整个系统更便宜、令汽车更安全。”

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