自动驾驶推高MCU市场，厂商须应对几道难题？

Posted 2021-04-27 中国电子报

根据IHS Markit的估计，2018年MCU市场保持不错的增长。全年增长率达到15%，相比2015年，有了6.2%的增长，主要的增长领域为汽车电子、消费类和工业。相比于前几年，2018年的MCU市场受高度数字化的汽车领域影响，MCU产品需求增加，引发了很多企业进行产能转移。智能汽车，正逐渐为MCU打开更宽阔的发展空间。

多因素推动车载MCU需求增长

分析机构IHS预估，针对联网汽车、可穿戴设备、建筑自动化以及其他有关物联网应用的MCU市场预计将以15%的增速成长，2019年将达到28亿美元的市场规模。IHS Technology资深分析师Tom Hackenberg认为，汽车应用的增长推动了MCU市场向前发展。近几年，MCU平台越来越以连接用的小型节点、收集与记录数据的传感器中枢为平台基础，这无疑与汽车电子的需求十分贴切。

第五级自动驾驶将会增加传感器，包括摄像头、雷达和激光雷达的需求，随着这些设备的增多，为了保证其应用和通信的安全，汽车MCU的需求以及性能都将被推动。自动驾驶技术需要数目较多的传感器进行支撑，那它对MCU的依赖性体现在哪些方面呢?记者采访到了意法半导体汽车微控制器市场经理刘山林，进一步了解MCU在汽车领域的重要性。刘山林向记者介绍，智能驾驶技术需要汽车配备一种智能系统，而这种智能系统主要依靠MCU进行运算和安全通信。“每辆车上的微控制器的数量和成本的上升，再加上汽车累积销量逐年递增，让MCU市场变得前景可期。”刘山林说。

除了智能系统，车载MCU的增长需求还体现在变频器、电池管理和功率转换及专用微控制器等领域。此外，MCU也会随着一些非混动和电动汽车所独有的应用需求的增长而增长，“例如，信息娱乐和各种车身/安全/照明应用。”刘山林说。

许多机构的分析师也表示，汽车MCU市场的增速超过汽车零配件总体市场的增长水平。而随着新的污染防治法规的颁布，内燃机对于微控制器的要求也越发严格，汽车电动化趋势对MCU提出了能够处理电池管理系统复杂的要求。“更快、更安全的通信技术迫使市场采用复杂的车身控制器和网关。”刘山林说。

除此之外，通信也是微控制器的一个增长点，因为以太网将成为汽车主干网，以支持自动驾驶和车间、车路通信对数据流量的日益增长的需求。“所有这些都将提高对网关等车载通信元件的需求。微控制器将在确保通信安全和FOTA中扮演关键角色。”刘山林说。

汽车MCU需满足三大性能

在智能汽车、自动驾驶MCU市场，专用内核将是未来发展的主要趋势，包括同构和异构多核技术，一味追求更高主频已经难以满足市场需求。在过去，人们认为只要拥有更高性能的处理器，便能够提升整个设备的性能，但是随着自动驾驶的发展，实时计算的重要性越发凸显，车联网、云存储等概念在车载领域接连被推出，人们突然间认识到，专用内核，才是汽车MCU的核心关键。“汽车MCU正在面临越来越多的问题和挑战，这些问题和挑战只有相关的核心技术才能解决，即使抛出更快或更强大的处理器，用以应对这些挑战，都不一定能行得通。”刘山林对记者说。

在实时性上，专用内核技术对于汽车MCU至关重要，刘山林向记者举了个例子，例如通用定时器模块GTM，它最大的特色便是能够让客户定义硬实时确定性算法。“在某些应用中，或者当错误、事件可能导致机械或电气故障时，实时是至关重要的。”此外，刘山林还向记者解释，由于环境和安全的双向要求，专用内核的必要性也越发凸显。“要想符合新污染防治管理法规，发动机管理系统必须使用专用内核。”刘山林说。

为了保障汽车的安全性，国际标准化组织设立了ISO/TC22/SC3等多项标准，负责汽车电子和技术领域的标准化工作，安全性成为了汽车MCU发展最重要的基础。“特别是对于控制或暴露于可能造成危及生命的系统故障的应用MCU，安全性尤为重要。”刘山林说。

刘山林向记者解释道，为了降低软件故障的风险，汽车MCU将采用被称为lockstep的内核冗余技术，即主内核配备一个影子内核，两个内核同时执行相同的指令。“再利用比较器去查找差异，一旦其中一个内核出现故障，比较器将启动纠正措施。”刘山林说。汽车MCU的行为需求系统具备一定的监控能力，当检测到一些不安全信息时，汽车MCU需要发出信号示意任何可能破坏系统功能的故障。“我们正在微控制器中集成ASIL-D功能。例如，冗余技术或冗余ADC。”刘山林说。

除了实时性以及安全性，刘山林认为功耗也成为了汽车MCU发展的一个标准。“功耗也是多核处理器需求增长的动因。多核架构可以只激活特定条件下所需的内核，实现降低总体功耗的目的。”刘山林说。

智能化汽车为MCU带来挑战

汽车越来越智能化，这对于汽车MCU来说，无疑对其性能提出了挑战。汽车通过传感器捕捉到环境数据，并将数据传给智能系统进行分析，如果需要采取一些行为，系统会将命令传送给制动器，这就造成了传感器和制动器的高速互连。在这种高速互连中，智能MCU是连接枢纽。车辆上的传感器逐渐增多，造成了MCU需要实时处理的数据量越来越大。保障汽车数据的安全，成为了汽车MCU首先要面对的问题。

“车用MCU面临的主要挑战是确保汽车网络中的信息始终是安全的，并且保证整个车辆、所有连接节点都可以避免对驾驶和乘坐安全有负面影响的故障。防护侧信道攻击和物理攻击是重中之重，这就需要MCU集成高性能硬件安全模块(HSM)，提供EVITA(电子安全车辆入侵防护应用)全部功能和动态加密/解密能力。”刘山林说。

目前汽车MCU主要是32位，制造工艺技术从90nm升级到28nm，集成CAN-FD、HSM(EVITA Medium to FULL)、以太网(100百兆到千兆)、功能性安全(ASIL-D)等功能。刘山林表示，意法半导体承诺将对第一代Power架构的微控制器提供15年供货保证，持续投入汽车32位MCU市场，增强产品的可靠性。

为了满足大众市场客户以及一级供应商客户的需求，意法半导体研发了200多款32位微控制器产品，尤其是面对中国市场的迅猛增长。“作为全球规模最大、发展最快的市场，中国设计增速超过传统一级供应商。因此我们认为所有半导体都应该支持中国设计本地化需求，提供优质的服务。”刘山林说。

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