一文讀懂汽車芯片--控制芯片（車身+座艙）及車規(guī)AEC-Q100認(rèn)證

1. 車身域控制芯片 

車身域主要負(fù)責(zé)車身各種功能的控制。隨著整車發(fā)展，車身域控制器也越來越多，為了降低控制器成本，降低整車重量，集成化需要把所有的功能器件，從車頭的部分、車中間的部分和車尾部的部分如后剎車燈、后位置燈、尾門鎖、甚至雙撐桿統(tǒng)一集成到一個(gè)總的控制器里面。
車身域控制器一般集成BCM、PEPS、TPMS、Gateway等功能，也可拓展增加座椅調(diào)節(jié)、后視鏡控制、空調(diào)控制等功能，綜合統(tǒng)一管理各執(zhí)行器，合理有效地分配系統(tǒng)資源。車身域控制器的功能眾多，如下圖所示，但不限于在此列舉的功能。

車身域控制器功能表

（1）工作要求
汽車電子對(duì)MCU控制芯片的主要訴求為更好的穩(wěn)定性、可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性等技術(shù)特性要求，以及更高的計(jì)算性能和存儲(chǔ)容量，更低的功耗指標(biāo)要求。車身域控制器從分散化的功能部署，逐漸過渡到集成所有車身電子的基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)、鑰匙功能、車燈、車門、車窗等的大控制器，車身域控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合了燈光、雨刮洗滌、中控門鎖、車窗等控制，PEPS智能鑰匙、電源管理等，以及網(wǎng)關(guān)CAN、可擴(kuò)展CANFD和FLEXRAY、LIN網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)等接口和模塊等多方面的開發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)。
在總體上講，車身域上述各種控制功能對(duì)MCU主控芯片的工作要求主要體現(xiàn)在運(yùn)算處理性能、功能集成度和通信接口，以及可靠性等方面。具體要求方面由于車身域不同功能應(yīng)用場(chǎng)景的功能差異性較大，例如電動(dòng)車窗、自動(dòng)座椅、電動(dòng)尾門等車身應(yīng)用還存在高效電機(jī)控制方面的需求，這類車身應(yīng)用要求MCU集成有FOC電控算法等功能。此外，車身域不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)芯片的接口配置需求也不盡相同。因此，通常需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景的功能和性能要求，并在此基礎(chǔ)上綜合衡量產(chǎn)品性價(jià)比、供貨能力與技術(shù)服務(wù)等因素進(jìn)行車身域MCU選型。
（2）性能要求
車身域控制類MCU芯片主要參考指標(biāo)如下：

• 性能：ARM Cortex-M4F @144MHz，180DMIPS，內(nèi)置8KB指令Cache緩存，支持Flash加速單元執(zhí)行程序0等待。

• 大容量加密存儲(chǔ)器：高達(dá)512K Bytes eFlash，支持加密存儲(chǔ)、分區(qū)管理及數(shù)據(jù)保護(hù)，支持ECC校驗(yàn)，10萬次擦寫次數(shù)，10年數(shù)據(jù)保持；144K Bytes SRAM，支持硬件奇偶校驗(yàn)。

• 集成豐富的通信接口：支持多路GPIO、USART、UART、SPI、QSPI、I2C、SDIO、USB2.0、CAN 2.0B、EMAC、DVP等接口。

• 集成高性能模擬器件：支持12bit 5Msps高速ADC、軌到軌獨(dú)立運(yùn)算放大器、高速模擬比較器、12bit 1Msps DAC；支持外部輸入獨(dú)立參考電壓源，多通道電容式觸摸按鍵；高速DMA控制器。

• 支持內(nèi)部RC或外部晶體時(shí)鐘輸入、高可靠性復(fù)位。

• 內(nèi)置可校準(zhǔn)的RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘，支持閏年萬年歷，鬧鐘事件，周期性喚醒。

• 支持高精度定時(shí)計(jì)數(shù)器。

• 硬件級(jí)安全特性：密碼算法硬件加速引擎，支持AES、DES、TDES、SHA1/224/256，SM1、SM3、SM4、SM7、MD5算法；Flash存儲(chǔ)加密，多用戶分區(qū)管理（MMU），TRNG真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，CRC16/32運(yùn)算；支持寫保護(hù)（WRP），多種讀保護(hù)（RDP）等級(jí)（L0/L1/L2）；支持安全啟動(dòng)，程序加密下載，安全更新。

• 支持時(shí)鐘失效監(jiān)測(cè)，防拆監(jiān)測(cè)。

• 具有96位UID及128位UCID。

• 高可靠工作環(huán)境：1.8V～3.6V/-40℃～105℃。

  
  （3）產(chǎn)業(yè)格局
  車身域電子系統(tǒng)不論是對(duì)國(guó)外企業(yè)還是國(guó)內(nèi)企業(yè)都處于成長(zhǎng)初期。國(guó)外企業(yè)在如BCM、PEPS、門窗、座椅控制器等單功能產(chǎn)品上有深厚的技術(shù)積累，同時(shí)各大外企的產(chǎn)品線覆蓋面較廣，為他們做系統(tǒng)集成產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。而國(guó)內(nèi)企業(yè)新能源車車身應(yīng)用上具有一定優(yōu)勢(shì)。以BYD為例，在BYD的新能源車上，將車身域分為左右后三個(gè)域，重新布局和定義系統(tǒng)集成的產(chǎn)品。但是在車身域控制芯片方面，MCU的主要供貨商為仍然為英飛凌、恩智浦、瑞薩、Microchip、ST等國(guó)際芯片廠商，國(guó)產(chǎn)芯片廠商目前市場(chǎng)占有率低。
  （4）行業(yè)壁壘
  從通信角度來看，存在傳統(tǒng)架構(gòu)-混合架構(gòu)-最終的Vehicle Computer Platform的演變過程。這里面通信速度的變化，還有帶高功能安全的基礎(chǔ)算力的價(jià)格降低是關(guān)鍵，未來有可能逐步實(shí)現(xiàn)在基礎(chǔ)控制器的電子層面兼容不同的功能。例如車身域控制器能夠集成傳統(tǒng)BCM、PEPS、紋波防夾等功能。相對(duì)來說，車身域控制芯片的技術(shù)壁壘要低于動(dòng)力域、駕艙域等，國(guó)產(chǎn)芯片有望率先在車身域取得較大突破并逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。近年來，國(guó)產(chǎn)MCU在車身域前后裝市場(chǎng)已經(jīng)有了非常良好的發(fā)展勢(shì)頭。

   

1. 座艙域控制芯片

    

   電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化加快了汽車電子電氣架構(gòu)向域控方向發(fā)展，座艙域也在從車載影音娛樂系統(tǒng)到智能座艙快速發(fā)展。座艙以人機(jī)交互界面呈現(xiàn)出來，但不管是之前的信息娛樂系統(tǒng)還是現(xiàn)在的智能座艙，除了有一顆運(yùn)算速度強(qiáng)大的SOC，還需要一顆實(shí)時(shí)性高的MCU來處理與整車的數(shù)據(jù)交互。軟件定義汽車、OTA、Autosar在智能座艙域的逐漸普及，使得對(duì)座艙域MCU資源要求也越來越高。具體體現(xiàn)在FLASH、RAM容量需求越來越大，PIN Count需求也在增多，更復(fù)雜的功能需要更強(qiáng)的程序執(zhí)行能力，同時(shí)還要有更豐富的總線接口。
   （1）工作要求
   MCU在座艙域主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源管理、上電時(shí)序管理、網(wǎng)絡(luò)管理、診斷、整車數(shù)據(jù)交互、按鍵、背光管理、音頻DSP/FM模塊管理、系統(tǒng)時(shí)間管理等功能。
   MCU資源要求：

• 對(duì)主頻和算力有一定要求，主頻不低于100MHz且算力不低于200DMIPS；

• Flash存儲(chǔ)空間不低于1MB，具有代碼Flash和數(shù)據(jù)Flash物理分區(qū)；

• RAM不低于128KB；

• 高功能安全等級(jí)要求，可以達(dá)到ASIL-B等級(jí)；

• 支持多路ADC；

• 支持多路CAN-FD；

• 車規(guī)等級(jí)AEC-Q100 Grade1；

• 支持在線升級(jí)（OTA），F(xiàn)lash支持雙Bank；

• 需要有SHE/HSM-light等級(jí)及以上信息加密引擎，支持安全啟動(dòng)；

• Pin Count不低于100PIN；

  
  （2）性能要求

• IO支持寬電壓供電（5.5v~2.7v），IO口支持過壓使用；

  很多信號(hào)輸入根據(jù)供電電池電壓波動(dòng)，存在過壓輸入情況，IO口支持過壓使用能提升系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性。

• 存儲(chǔ)器壽命：

  汽車生命周期長(zhǎng)達(dá)10年以上，因此汽車MCU程序存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要有更長(zhǎng)的壽命。程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要有單獨(dú)物理分區(qū)，其中程序存儲(chǔ)擦寫次數(shù)較少，因此Endurance>10K即可，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要頻繁擦寫，需要有更大的擦寫次數(shù)，參考data flash指標(biāo)Endurance>100K, 15年(<1K),10年(<100K)。

• 通信總線接口；

  汽車上總線通信負(fù)荷量越來越高，因此傳統(tǒng)CAN已不能滿足通信需求，高速CAN-FD總線需求越來越高，支持CAN-FD逐漸成為MCU標(biāo)配。
  （3）產(chǎn)業(yè)格局
  目前國(guó)產(chǎn)智能座艙MCU占比還很低，主要供應(yīng)商仍然是NXP、 Renesas、Infineon、ST、Microchip等國(guó)際MCU廠商。國(guó)內(nèi)有多家MCU廠商已在布局，市場(chǎng)表現(xiàn)還有待觀察。
  （4）行業(yè)壁壘
  智能座艙車規(guī)等級(jí)、功能安全等級(jí)相對(duì)不算太高，主要是know how方面的積累，需要不斷的產(chǎn)品迭代和完善。同時(shí)由于國(guó)內(nèi)晶圓廠有車規(guī)MCU產(chǎn)線的不多，制程也相對(duì)落后一些，若要實(shí)現(xiàn)全國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈需要一段時(shí)間的磨合，同時(shí)可能還存在成本更高的情況，與國(guó)際廠商競(jìng)爭(zhēng)壓力更大。

  
  

3. 車身和座艙域國(guó)產(chǎn)控制芯片應(yīng)用情況

車載控制類芯片主要以車載MCU為主，國(guó)產(chǎn)龍頭企業(yè)如紫光國(guó)微、華大半導(dǎo)體、上海芯鈦、兆易創(chuàng)新、杰發(fā)科技、芯馳科技、北京君正、深圳曦華、上海琪埔維、國(guó)民技術(shù)等，均有車規(guī)級(jí)MCU產(chǎn)品序列，對(duì)標(biāo)海外巨頭產(chǎn)品，目前以ARM架構(gòu)為主，也有部分企業(yè)開展了RISC-V架構(gòu)的研發(fā)。目前國(guó)產(chǎn)車載控制域芯片主要應(yīng)用于汽車前裝市場(chǎng)，在車身域、信息娛樂域?qū)崿F(xiàn)了上車應(yīng)用。

國(guó)產(chǎn)車身域和座艙域控制器芯產(chǎn)品應(yīng)用情況

汽車控制芯片（車身+座艙）必須通過的車規(guī)級(jí)AEC-Q100認(rèn)證

1.AEC-Q認(rèn)證是國(guó)際汽車電子領(lǐng)域的準(zhǔn)入門檻

AEC即Automotive Electronics Council，是美國(guó)汽車電子委員會(huì)的簡(jiǎn)稱。AEC由克萊斯勒，福特和通用汽車發(fā)起并創(chuàng)立于1994年，目前會(huì)員遍及全球各大汽車廠、汽車電子和半導(dǎo)體廠商，符合AEC規(guī)范的零部件均可被上述三家車廠同時(shí)采用，促進(jìn)了零部件制造商交換其產(chǎn)品特性數(shù)據(jù)的意愿，并推動(dòng)了汽車零件通用性的實(shí)施，為汽車零部件市場(chǎng)的快速成長(zhǎng)打下基礎(chǔ)。AEC-Q為AEC組織所制訂的車用可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，是零件廠商進(jìn)入汽車電子領(lǐng)域，打入一級(jí)車廠供應(yīng)鏈的重要門票。

AEC-Q100是AEC的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，主要是針對(duì)車載應(yīng)用的集成電路產(chǎn)品所設(shè)計(jì)出的一套應(yīng)力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，此規(guī)范對(duì)于提升產(chǎn)品信賴性品質(zhì)保證相當(dāng)重要。AEC-Q100是預(yù)防可能發(fā)生各種狀況或潛在的故障狀態(tài)，對(duì)每一個(gè)芯片進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量與可靠度確認(rèn)，特別對(duì)產(chǎn)品功能與性能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范測(cè)試。

2.要求通過AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的車用集成電路IC

單顆IC，如MCU芯片、MPU芯片、存儲(chǔ)類芯片、計(jì)算類芯片、安全類芯片、LED類驅(qū)動(dòng)芯片、電源芯片、運(yùn)算放大器、比較器、感知用模擬芯片、通信類芯片等

3.AEC-Q100車用IC產(chǎn)品驗(yàn)證流程

 4.AEC-100測(cè)試項(xiàng)目分組

• 群組A--加速環(huán)境應(yīng)力測(cè)試(PC、THB/HAST/AC、UHST/TH、TC、PTC、HTSL)共6項(xiàng)測(cè)試

• 群組B--加速生命周期模擬測(cè)試(HTOL、ELFR、EDR)--共3項(xiàng)測(cè)試

• 群組C--封裝組裝完整性測(cè)試(WBS、WBP、SD、PD、SBS、LI)--共6項(xiàng)測(cè)試

• 群組D--芯片制造可靠性測(cè)試(EM、TDDB、HCI、NBTI、SM)--共5項(xiàng)測(cè)試

• 群組E--電性驗(yàn)證測(cè)試(TEST、HBM/MM、CDM、LU、ED、FG、CHAR、EMC、SC、SER、LF)--共11項(xiàng)測(cè)試

• 群組F--缺陷篩選測(cè)試(PAT、SBA)--共2項(xiàng)測(cè)試

• 群組G--腔體封裝完整性測(cè)試(MS、VFV、CA、GFL、DROP、LT、DS、IWV)--共8項(xiàng)測(cè)試

   

1. 華碧能力范圍及AEC-100技術(shù)要求

    

   
   

華碧實(shí)驗(yàn)室以車企車規(guī)芯片國(guó)產(chǎn)化需求為牽引，依托國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，提供完善的檢測(cè)認(rèn)證服務(wù)，通過AEC-Q100車用標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格把控汽車芯片安全質(zhì)量，助力國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片大力發(fā)展，為打造智能汽車安全體系再添新動(dòng)力。

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