2022中国汽车论坛｜余辰杰：车载处理器赋能未来汽车电子电气架构车讯

2022年11月8日~10日，由中国汽车工业协会主办的第12届中国汽车论坛在上海嘉定举行。作为党的“二十大党代会”召开后汽车行业的第一次盛会，本次论坛以“聚力、积蓄力量开新路”为主题，设置了“非公开峰会+1大会论坛+16主题论坛”。以汽车产业高质量发展为主要主题，与行业精英共同贯彻新精神，判断新形势，共同探讨新举措。其中，在11月9日下午举行的“主题论坛3：汽车与芯片的融合发展”上，恩智浦大中华区资深营销经理余辰杰发表了精彩演讲。

以下是实际的演讲录。

谢谢杨秘书长。下面我向各位分享NXP最新发布的实时处理器S32Z/E系列产品如何助力OEM和Tier1来实现新型电子电气架构和控制器产品

我的议题分为三部分。首先我来介绍一下汽车的电气电子架构。从分布式到集中式，再到最终的Central Computing形式。同时我向您更新恩智浦基于最新的16纳米先进的制划时代的实时处理器产品。最后，介绍恩智浦车载用处理器事业的生态圈。特别是在中国市场，我们与一些当地生态合作伙伴之间的合作，例如车载芯片制造商horizon与东软、普华等国产软件供应商的合作。

电子和电气架构是最近大家闲聊的非常多的话题，画面最左边，是传统的分布式架构，渐渐地会变成（可能）为功能逻辑划分的域控制架构，比如驾驶舱区域、智力领域、多合动力领域、机箱区域等。

更新的体系结构形式取决于相邻物理节点的执行者在一个区域控制器中执行的任务。举个简单的例子，例如汽车的左前区，可能将底盘，甚至转向功能与车身的一部分集成在一起。

最右端是最终形态，整个车辆的电子和电气架构围绕着一个大的中央计算平台，这可能会整合所有需要智力驾驶、驾驶舱、车身等计算力的任务。然后在末端的结点处有一个智能致动器

大趋势是从域或在域合并中间的传统分布式节点之后逐渐看到向区域化的过渡。这个优点是什么首先域架构无疑使我们的软件更加集中，将原来一些可能的逻辑相似但不同的ECU中分布的功能，整合到一个域控制器中来。同时，来自传感器的输入和ECU之间的数据的交换的延迟也被最优化。它还将分散在几个ECU中的一个功能聚合到一个ECU中，就像OTA更新策略一样，简化了更新过程。

区域控制器的优点是更直观。分散在控制器物理位置的几个位置集中在一个位置。线束重量减少，性能低的MCU有几个，被后来介绍的恩智浦SoC S32Z/E系列那样的高运算实时处理器置换了。

汽车产业永恒的主题是轻量化，但今天稍后会有嘉宾对动力电子进行阐述，比如宽禁带半导体功率器件在提升动力传动系功率密度的同时由于电子结构的进化，线速度的长度和重量减少也是不可忽视的。驱动电子体系结构进化的动力是处理器性能的反复

在恩智浦中，无论是什么样的电气电子架构，汽车ECU控制器大致可以分为两个平台。一个被称为基础设施平台，无论是低端车、高端车、汽油车还是新能源车，都被认为是驱动汽车的动力控制部分势在必行。也有车身控制部分，用于控制车身网络的轮毂、车门、车窗、座椅等，以确保ECU之间安全可靠的交互数据。这些统称为汽车的基础设施平台。

另一个类别定义为可选的可定制部分，比如定位于智能驾驶功能的车，以及定位于帅气驾驶体验的车。这种个性化的功能越来越被消费者所追求，但从车的本质来看并不一定是必要的。

恩智浦无论是基础设施平台还是可选的，产品布局都非常广泛。作为平台，用于功率域控制的S32Z/E、用于网络处理的S32G系列芯片已经被中国多家主要机械制造商和一级供应商所接受。车身控制用，从前代的安全功能水平比较低的S32K1，到现在ASIL D级的S32K3能对应。

在选配平台上，传统的i.mcx系列驾驶舱SoC是与NXP非常强的产品，ADAS77Ghz毫米波雷达在恩智浦上有支持4D摄像的最新一代S32RSoC。

当然视觉上也搭载了S32V这样的芯片，这是在面向初学者的智能驱动器和一望无际的低速场景中使用的。我将在后面说明，我们在中国与地平线这样的生态合作伙伴深入合作

谈到了电气电子架构的演进，他说整个ECU可以分为基础设施平台和可选平台，但将其映射到处理器芯片上，究竟什么是性能所要求的。正如你所看到的，越往下走，边缘的致动器基本上要求处理器具有更高的实时性，例如踩刹车或踩油门，它就会立即移动

恩智浦最近发布的S32Z/E产品已经不能归类为MCU。那是因为实时运算力大大超过了以往的2030兆频率的多核MCU。它被重新定义为real-time Processor，它是一个实时处理器，位于图像中央

当然我们也看到了一些车身领域的控制装置设计，主要负责实时控制，但也有一些厂商已经提出运用SOA架构。但是，现在的主流是以CAN网络为中心的信号处理方式，强调实时性，要求I/O的驱动能力。这也是我想告诉大家的，从半导体原厂来看，我们为了应对芯片计算力的高度，反复进行了高度的过程，增加了核心数，提高了频率。但是，特别是MCU系统的实时处理器，今后可能会变得越来越困难。在工艺上，如果将传统的CMOS工艺沉降到22nm以下，embedded flash很难集成在与数字/模拟部分相同的硅晶片上。

接下来要介绍的S32Z/E是以16nm工艺为基础的Flash放在哪里必然会扩散，但是你的速率是如何保证的？当核心变成1GHz的频率时，如果你想要XiP，内存接口的带宽是多少。如果只使用存储闪存，则必须通过放大昂贵的芯片中的SRAM来添加阴影闪存。虽然也存在I/O驱动能力的问题，但16纳米制程中3.3伏特、5伏特的I/O怎嚒办，对于车载控制类应用来说也是一个亟待解决的问题。稍后将介绍S32Z/E是如何克服这些难点的。

另外，计算能力强的域控制芯片有S32G这个多核异质SoC，有负责实时计算的M核和计算需求大但不要求实时性的A核。现在的恩智浦也量规化了5纳米的SoC，不过，关于这个部分，现在只能让大家看到今年内有几个试制品。

现在我们来谈谈今天的主角S32Z/E实时处理器，在以往的认识中，这个芯片是一个MCU，但是这个MCU的计算力有了飞跃性的提高，每个核心可以有1千兆赫的频率，轻量的AI计算能力也得到了整合也可以支持自动运行系统这样的纵横控制计算中使用的MPC算法。

当然是因为计算能力强，但ethernet接口的丰富能力使传统MCU能够应对SOA软件体系结构。另外，恩智浦是业界第一家真正的先进工艺，也就是在16nm的节点上实现实时车载处理器的半导体制造商。另外，如前所述，S32Z/E对应的5纳米新一代模型也已经规划好。

什么是实时性的概念，实际上并没有定义太多，但可以理解为非常快速的响应。但是，根据应用程序的情况，这种速度是相对的。有些情况下，它不像在复杂道路上高速行驶的汽车那样危险。上图所示的这些应用程序通常被认为是车辆电子系统中要求比较实时的应用程序。

他们也正是我们S32Z/E覆盖的应用，其实这个芯片真正发布是在今年6月，在德国电子展之上，其实我早在三四年前就负责这个芯片的市场了。大家要知道，一个过程节点，在工业成熟后，直到它成为一个与Qualify相对应的车规过程节点，其实要经历漫长而严密的过程开发过程。特别是，作为业界第一次尝试将这一过程作为汽车计量芯片设计时，你面临的风险和投资是无法控制的。恩智浦是领导这种技术变革的公司。

如前所述，S32Z/E的计算力有了质的提高，核的数量也非常多，最多可以有8个，既可以独立使用，也可以作为4对锁定步进核使用。屏幕左侧有一个传统的电子电气架构，该架构可能有一个集中式动力域控制器，悬挂着一个具有分布式独立功能的ECU。

但是，现在有一个S32Z/E，最多可以提供8个1Ghz的频率，你可能想把这些功能集中在一个控制器上，甚至一个芯片上。

但是，即使硬件性能支持，软件和系统的认知也有很大的挑战。就像一些能力很强的Tier1一样，他自己开发过这些独立功能的ECU，所以我想我对他来说可以欣然接受这样的芯片。他们定义了新的电子电气架构和局部架构，把这些东西都收集起来，利用S32Z/E设计出更优秀的产品，可以推荐给主机工厂。但是，对于大多数供应商来说，很少同时运行这么多不同类型的控制器。我想这个时候会产生新的商业模式。我把它叫做“软件=产品”。也就是说，将出现一系列应用高级算法的软件供应商。当然，要支撑这种软件业务模式，除了硬件上必须具备很高的计算能力外，还必须具备虚拟化和隔离机制，以避免不同的应用相互干扰。S32Z/E设计了从内核到SoC架构都需要的虚拟化隔离机制。

其实中国新能源行业发展比较快，在一些头部新能源主机厂，他自己内部的零部件研发系统已经比较健全，对于这样的主机厂来说，S32Z/E也将是他们的理想选择。因为他自己负责定义电子电气架构，同时也积累了这些不同功能ECU的开发经验。当然，我认为对于更多的主机厂来说，它可能有一个中间角色，负责硬件和底层软件的开发，还需要一个上层算法的服务商，以及一个加入最终系统集成商的过程。整个汽车电子学的游戏规则会比现在更复杂。

您可以看到，这是整个芯片的框图，主要计算部分由四对锁定步骤的R52组成。我们希望这些主要用于业务逻辑。其中也有深蓝色的M33锁核，被称为System Manager，用于执行与处理主要业务逻辑的R52完全分离的系统功能，例如进行安全boot、对整个芯片系统进行功能安全监视等。

在计算部分，大多数由Simulink MPC toolbox生成的代码都是基于Vector C的库，因此也集成了DSP核心，主要针对ADAS和新能源的一些应用完成轻量machine learning业务。

网络安全引擎HSE，我不在这里部署。S32Z/E集成HSE加密引擎支持当今业界所有主流的对称加密算法和非对称加密算法。在这里，我们将重点介绍一个CAN网络子系统，它由一个CAN集线器控制24个CAN Controller组成，由400兆主频的2对M33核心负责调度，称为FlexLLCE，集成在S32Z/E中。所有CAN网关相关功能可完全在该子系统中执行闭环处理。

同时，合并了波什公司的最尖端GTM4.1IP。这是为了进行高精度PWM输出，主要应用场景包括发动机油喷射点火、新能源汽车主驱动控制。当然也有TSN支持的以太网接口。恩智浦处理器业务部的前身是Freescale，以networking processor而闻名，因此在以太网、特别是时间敏感网络处理中有非常深的积蓄。

最后，我将谈到内存部分，正如我刚才所说，S32Z/E是16nm进程的芯片，目前的进程级别无法集成embedded flash，因此需要将额外的FlashShadow放在外部，在系统初始化时将该shadowflash中的程序必须直接加载到内部19兆SRAM。它的优点显而易见，因为SRAM的运行速度一定很快。

如果缺少19兆SRAM，您可能会怀疑是否有足够高带宽的外部存储介质访问接口来支持XIP。答案是肯定的，还提供LPDDR4和Hpyerbus接口，方便用户灵活扩展高速存储介质。

右边是Z2的升级。我们称之为E2，主要弥补Z2的5V仿真I/O支持不足。

如前所述，S32Z/E有8个R52，因此最高频率高达1Ghz，这样的配置对于大多数中国主机厂和Tier1来说，调整过高。所以后来有一个弱化的版本。S32Z1，它的主要计算能力来自四个R52核心，相当于Performance下降了一半，我们相信这个芯片对中国市场有更多的适用场景。

最后恩智浦我们来谈谈车载处理器的生态。它也应对了刚才地平线徐健生态官提到的软件生态对现代处理器产品的重要性。苹果的产品经理说：“如果你真的在乎软件，你应该设计硬件。”。我想把这句话放在今天的汽车处理器行业，你应该反过来说。“如果你真的在乎你的硬件，你应该设计你的软件。”。恩智浦该公司作为世界上最大的汽车处理器供应商，对基于芯片的软件投入非常大，在MCAL、HSEFIRMware或一些私人网络加速器IP的驱动下，恩智浦也投入了大量的研发资源。对于客户来说，这些恩智浦原厂直接提供的大部分软件都有非常友好的商业模式。特别是对于中小客户来说，初期投入软件的门槛非常低。但这里我也想说的是，即使作为“恩智浦”这样的汽车芯片原厂，我们当然也有我们的硬件产品，但这并不意味着在这个软件定义汽车的时代成为一家软件公司实际上，我们只能专注于与硬件关系最密切的底层软件。那就是为什么我们需要一个健康的生态。

例如，在AUTOSAR软件中，MCAL和HSE Firmware只是与硬件相关联的驱动层，整个AUTOSAR帧中的大部分模块是与硬件无关的上层协议栈。另外，随着以太网在新型电子设备架构中成为主干网络、SOA框架被广泛接受，以往的汽车软件的边界被极大地排除在外，但这些软件组件几乎与硬件无关恩智浦这样的芯片原工厂不可能实现。

以前我们依靠Vector，但像EB这样的国际供应商恩智浦为全世界的客户提供这样的软件。今天中国也有像普华、东软这样的优质生态合作伙伴为本土客户服务。

此外，与硬件合作伙伴之间也有许多中国主机厂接受的实践，包括在高级自动驾驶程序中，选择与天际线公司合作，开发了基于征途5和恩智浦S32G的MatrixSuperdrive参考设计。

恩智浦作为真正深耕中国市场的外资芯片原厂，一直把开拓本土生态圈作为工作重点。我们相信恩智浦在中国的成功离不开本土生态伙伴的支持和帮助。谢谢大家了。

（注：本文根据现场速记进行整理，未经演讲者审核）