一文讀懂汽車(chē)芯片--控制芯片（車(chē)身+座艙）及車(chē)規AEC-Q100認證

1. 車(chē)身域控制芯片 

車(chē)身域主要負責車(chē)身各種功能的控制。隨著(zhù)整車(chē)發(fā)展，車(chē)身域控制器也越來(lái)越多，為了降低控制器成本，降低整車(chē)重量，集成化需要把所有的功能器件，從車(chē)頭的部分、車(chē)中間的部分和車(chē)尾部的部分如后剎車(chē)燈、后位置燈、尾門(mén)鎖、甚至雙撐桿統一集成到一個(gè)總的控制器里面。
車(chē)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節、后視鏡控制、空調控制等功能，綜合統一管理各執行器，合理有效地分配系統資源。車(chē)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(chē)身域控制器功能表

（1）工作要求
汽車(chē)電子對MCU控制芯片的主要訴求為更好的穩定性、可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性等技術(shù)特性要求，以及更高的計算性能和存儲容量，更低的功耗指標要求。車(chē)身域控制器從分散化的功能部署，逐漸過(guò)渡到集成所有車(chē)身電子的基礎驅動(dòng)、鑰匙功能、車(chē)燈、車(chē)門(mén)、車(chē)窗等的大控制器，車(chē)身域控制系統設計綜合了燈光、雨刮洗滌、中控門(mén)鎖、車(chē)窗等控制，PEPS智能鑰匙、電源管理等，以及網(wǎng)關(guān)CAN、可擴展CANFD和FLEXRAY、LIN網(wǎng)絡(luò )、以太網(wǎng)等接口和模塊等多方面的開(kāi)發(fā)設計技術(shù)。
在總體上講，車(chē)身域上述各種控制功能對MCU主控芯片的工作要求主要體現在運算處理性能、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(chē)身域不同功能應用場(chǎng)景的功能差異性較大，例如電動(dòng)車(chē)窗、自動(dòng)座椅、電動(dòng)尾門(mén)等車(chē)身應用還存在高效電機控制方面的需求，這類(lèi)車(chē)身應用要求MCU集成有FOC電控算法等功能。此外，車(chē)身域不同應用場(chǎng)景對芯片的接口配置需求也不盡相同。因此，通常需要根據具體應用場(chǎng)景的功能和性能要求，并在此基礎上綜合衡量產(chǎn)品性?xún)r(jià)比、供貨能力與技術(shù)服務(wù)等因素進(jìn)行車(chē)身域MCU選型。
（2）性能要求
車(chē)身域控制類(lèi)MCU芯片主要參考指標如下：

• 性能：ARM Cortex-M4F @144MHz，180DMIPS，內置8KB指令Cache緩存，支持Flash加速單元執行程序0等待。

• 大容量加密存儲器：高達512K Bytes eFlash，支持加密存儲、分區管理及數據保護，支持ECC校驗，10萬(wàn)次擦寫(xiě)次數，10年數據保持；144K Bytes SRAM，支持硬件奇偶校驗。

• 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、軌到軌獨立運算放大器、高速模擬比較器、12bit 1Msps DAC；支持外部輸入獨立參考電壓源，多通道電容式觸摸按鍵；高速DMA控制器。

• 支持內部RC或外部晶體時(shí)鐘輸入、高可靠性復位。

• 內置可校準的RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘，支持閏年萬(wàn)年歷，鬧鐘事件，周期性喚醒。

• 支持高精度定時(shí)計數器。

• 硬件級安全特性：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存儲加密，多用戶(hù)分區管理（MMU），TRNG真隨機數發(fā)生器，CRC16/32運算；支持寫(xiě)保護（WRP），多種讀保護（RDP）等級（L0/L1/L2）；支持安全啟動(dòng)，程序加密下載，安全更新。

• 支持時(shí)鐘失效監測，防拆監測。

• 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(chē)身域電子系統不論是對國外企業(yè)還是國內企業(yè)都處于成長(cháng)初期。國外企業(yè)在如BCM、PEPS、門(mén)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(xiàn)覆蓋面較廣，為他們做系統集成產(chǎn)品奠定了基礎。而國內企業(yè)新能源車(chē)車(chē)身應用上具有一定優(yōu)勢。以BYD為例，在BYD的新能源車(chē)上，將車(chē)身域分為左右后三個(gè)域，重新布局和定義系統集成的產(chǎn)品。但是在車(chē)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等國際芯片廠(chǎng)商，國產(chǎn)芯片廠(chǎng)商目前市場(chǎng)占有率低。
  （4）行業(yè)壁壘
  從通信角度來(lái)看，存在傳統架構-混合架構-最終的Vehicle Computer Platform的演變過(guò)程。這里面通信速度的變化，還有帶高功能安全的基礎算力的價(jià)格降低是關(guān)鍵，未來(lái)有可能逐步實(shí)現在基礎控制器的電子層面兼容不同的功能。例如車(chē)身域控制器能夠集成傳統BCM、PEPS、紋波防夾等功能。相對來(lái)說(shuō)，車(chē)身域控制芯片的技術(shù)壁壘要低于動(dòng)力域、駕艙域等，國產(chǎn)芯片有望率先在車(chē)身域取得較大突破并逐步實(shí)現國產(chǎn)替代。近年來(lái)，國產(chǎn)MCU在車(chē)身域前后裝市場(chǎng)已經(jīng)有了非常良好的發(fā)展勢頭。

   

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(chē)電子電氣架構向域控方向發(fā)展，座艙域也在從車(chē)載影音娛樂(lè )系統到智能座艙快速發(fā)展。座艙以人機交互界面呈現出來(lái)，但不管是之前的信息娛樂(lè )系統還是現在的智能座艙，除了有一顆運算速度強大的SOC，還需要一顆實(shí)時(shí)性高的MCU來(lái)處理與整車(chē)的數據交互。軟件定義汽車(chē)、OTA、Autosar在智能座艙域的逐漸普及，使得對座艙域MCU資源要求也越來(lái)越高。具體體現在FLASH、RAM容量需求越來(lái)越大，PIN Count需求也在增多，更復雜的功能需要更強的程序執行能力，同時(shí)還要有更豐富的總線(xiàn)接口。
   （1）工作要求
   MCU在座艙域主要實(shí)現系統電源管理、上電時(shí)序管理、網(wǎng)絡(luò )管理、診斷、整車(chē)數據交互、按鍵、背光管理、音頻DSP/FM模塊管理、系統時(shí)間管理等功能。
   MCU資源要求：

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

• Flash存儲空間不低于1MB，具有代碼Flash和數據Flash物理分區；

• RAM不低于128KB；

• 高功能安全等級要求，可以達到ASIL-B等級；

• 支持多路ADC；

• 支持多路CAN-FD；

• 車(chē)規等級AEC-Q100 Grade1；

• 支持在線(xiàn)升級（OTA），Flash支持雙Bank；

• 需要有SHE/HSM-light等級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(guò)壓使用；

  很多信號輸入根據供電電池電壓波動(dòng)，存在過(guò)壓輸入情況，IO口支持過(guò)壓使用能提升系統穩定、可靠性。

• 存儲器壽命：

  汽車(chē)生命周期長(cháng)達10年以上，因此汽車(chē)MCU程序存儲、數據存儲需要有更長(cháng)的壽命。程序存儲和數據存儲需要有單獨物理分區，其中程序存儲擦寫(xiě)次數較少，因此Endurance>10K即可，數據存儲需要頻繁擦寫(xiě)，需要有更大的擦寫(xiě)次數，參考data flash指標Endurance>100K, 15年(<1K),10年(<100K)。

• 通信總線(xiàn)接口；

  汽車(chē)上總線(xiàn)通信負荷量越來(lái)越高，因此傳統CAN已不能滿(mǎn)足通信需求，高速CAN-FD總線(xiàn)需求越來(lái)越高，支持CAN-FD逐漸成為MCU標配。
  （3）產(chǎn)業(yè)格局
  目前國產(chǎn)智能座艙MCU占比還很低，主要供應商仍然是NXP、 Renesas、Infineon、ST、Microchip等國際MCU廠(chǎng)商。國內有多家MCU廠(chǎng)商已在布局，市場(chǎng)表現還有待觀(guān)察。
  （4）行業(yè)壁壘
  智能座艙車(chē)規等級、功能安全等級相對不算太高，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)由于國內晶圓廠(chǎng)有車(chē)規MCU產(chǎn)線(xiàn)的不多，制程也相對落后一些，若要實(shí)現全國產(chǎn)供應鏈需要一段時(shí)間的磨合，同時(shí)可能還存在成本更高的情況，與國際廠(chǎng)商競爭壓力更大。

  
  

3. 車(chē)身和座艙域國產(chǎn)控制芯片應用情況

車(chē)載控制類(lèi)芯片主要以車(chē)載MCU為主，國產(chǎn)龍頭企業(yè)如紫光國微、華大半導體、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、國民技術(shù)等，均有車(chē)規級MCU產(chǎn)品序列，對標海外巨頭產(chǎn)品，目前以ARM架構為主，也有部分企業(yè)開(kāi)展了RISC-V架構的研發(fā)。目前國產(chǎn)車(chē)載控制域芯片主要應用于汽車(chē)前裝市場(chǎng)，在車(chē)身域、信息娛樂(lè )域實(shí)現了上車(chē)應用。

國產(chǎn)車(chē)身域和座艙域控制器芯產(chǎn)品應用情況

汽車(chē)控制芯片（車(chē)身+座艙）必須通過(guò)的車(chē)規級AEC-Q100認證

1.AEC-Q認證是國際汽車(chē)電子領(lǐng)域的準入門(mén)檻

AEC即Automotive Electronics Council，是美國汽車(chē)電子委員會(huì )的簡(jiǎn)稱(chēng)。AEC由克萊斯勒，福特和通用汽車(chē)發(fā)起并創(chuàng )立于1994年，目前會(huì )員遍及全球各大汽車(chē)廠(chǎng)、汽車(chē)電子和半導體廠(chǎng)商，符合AEC規范的零部件均可被上述三家車(chē)廠(chǎng)同時(shí)采用，促進(jìn)了零部件制造商交換其產(chǎn)品特性數據的意愿，并推動(dòng)了汽車(chē)零件通用性的實(shí)施，為汽車(chē)零部件市場(chǎng)的快速成長(cháng)打下基礎。AEC-Q為AEC組織所制訂的車(chē)用可靠性測試標準，是零件廠(chǎng)商進(jìn)入汽車(chē)電子領(lǐng)域，打入一級車(chē)廠(chǎng)供應鏈的重要門(mén)票。

AEC-Q100是AEC的第一個(gè)標準，主要是針對車(chē)載應用的集成電路產(chǎn)品所設計出的一套應力測試標準，此規范對于提升產(chǎn)品信賴(lài)性品質(zhì)保證相當重要。AEC-Q100是預防可能發(fā)生各種狀況或潛在的故障狀態(tài)，對每一個(gè)芯片進(jìn)行嚴格的質(zhì)量與可靠度確認，特別對產(chǎn)品功能與性能進(jìn)行標準規范測試。

2.要求通過(guò)AEC-Q100標準的車(chē)用集成電路IC

單顆IC，如MCU芯片、MPU芯片、存儲類(lèi)芯片、計算類(lèi)芯片、安全類(lèi)芯片、LED類(lèi)驅動(dòng)芯片、電源芯片、運算放大器、比較器、感知用模擬芯片、通信類(lèi)芯片等

3.AEC-Q100車(chē)用IC產(chǎn)品驗證流程

 4.AEC-100測試項目分組

• 群組A--加速環(huán)境應力測試(PC、THB/HAST/AC、UHST/TH、TC、PTC、HTSL)共6項測試

• 群組B--加速生命周期模擬測試(HTOL、ELFR、EDR)--共3項測試

• 群組C--封裝組裝完整性測試(WBS、WBP、SD、PD、SBS、LI)--共6項測試

• 群組D--芯片制造可靠性測試(EM、TDDB、HCI、NBTI、SM)--共5項測試

• 群組E--電性驗證測試(TEST、HBM/MM、CDM、LU、ED、FG、CHAR、EMC、SC、SER、LF)--共11項測試

• 群組F--缺陷篩選測試(PAT、SBA)--共2項測試

• 群組G--腔體封裝完整性測試(MS、VFV、CA、GFL、DROP、LT、DS、IWV)--共8項測試

   

1. 華碧能力范圍及AEC-100技術(shù)要求

    

   
   

華碧實(shí)驗室以車(chē)企車(chē)規芯片國產(chǎn)化需求為牽引，依托國產(chǎn)半導體產(chǎn)業(yè)基礎，提供完善的檢測認證服務(wù)，通過(guò)AEC-Q100車(chē)用標準嚴格把控汽車(chē)芯片安全質(zhì)量，助力國產(chǎn)車(chē)規級芯片大力發(fā)展，為打造智能汽車(chē)安全體系再添新動(dòng)力。

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