การแนะนำชิปคลาสควบคุม
ชิปควบคุมส่วนใหญ่หมายถึง MCU (Microcontroller Unit) นั่นคือ ไมโครคอนโทรลเลอร์ หรือที่รู้จักกันในชื่อชิปตัวเดียว มีหน้าที่ลดความถี่และข้อกำหนดของ CPU อย่างเหมาะสม รวมถึงหน่วยความจำ ตัวจับเวลา การแปลง A/D นาฬิกา พอร์ต I/O และการสื่อสารแบบอนุกรม รวมถึงโมดูลและอินเทอร์เฟซอื่นๆ ที่รวมอยู่ในชิปตัวเดียว ด้วยฟังก์ชันการควบคุมเทอร์มินัล ชิปจึงมีประสิทธิภาพสูง ใช้พลังงานต่ำ สามารถตั้งโปรแกรมได้ และมีความยืดหยุ่นสูง
ไดอะแกรม MCU ของระดับมาตรวัดของยานพาหนะ
ยานยนต์เป็นสาขาการประยุกต์ใช้ MCU ที่สำคัญมาก จากข้อมูลของ IC Insights ในปี 2019 การใช้งาน MCU ทั่วโลกในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์คิดเป็นประมาณ 33% จำนวน MCUS ที่ใช้ในรถยนต์แต่ละรุ่นระดับไฮเอนด์เกือบ 100 ตัว ตั้งแต่คอมพิวเตอร์ควบคุมการขับขี่ เครื่องมือวัด LCD ไปจนถึงเครื่องยนต์ แชสซี ส่วนประกอบทั้งขนาดใหญ่และขนาดเล็กในรถยนต์ล้วนต้องการการควบคุมด้วย MCU
ในช่วงแรก MCUS แบบ 8 บิตและ 16 บิตส่วนใหญ่ใช้ในยานยนต์ แต่ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของการพัฒนาด้านอิเล็กทรอนิกส์และปัญญาประดิษฐ์ในยานยนต์ จำนวนและคุณภาพของ MCUS ที่ต้องการก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ปัจจุบันสัดส่วนของ MCUS แบบ 32 บิตใน MCUS ยานยนต์สูงถึงประมาณ 60% ซึ่งเคอร์เนลซีรีส์ Cortex ของ ARM เป็นตัวเลือกหลักของผู้ผลิต MCU ยานยนต์ เนื่องจากมีต้นทุนต่ำและการควบคุมพลังงานที่ยอดเยี่ยม
พารามิเตอร์หลักของ MCU ยานยนต์ ได้แก่ แรงดันไฟฟ้าในการทำงาน ความถี่ในการทำงาน ความจุแฟลชและ RAM โมดูลจับเวลาและหมายเลขช่อง โมดูล ADC และหมายเลขช่อง ประเภทและหมายเลขอินเทอร์เฟซการสื่อสารแบบอนุกรม หมายเลขพอร์ต I/O อินพุตและเอาต์พุต อุณหภูมิในการทำงาน รูปแบบแพ็คเกจ และระดับความปลอดภัยในการทำงาน
เมื่อแบ่งตามจำนวนบิตของ CPU แล้ว MCUS ในยานยนต์สามารถแบ่งได้หลักๆ เป็น 8 บิต 16 บิต และ 32 บิต ด้วยการปรับปรุงกระบวนการ ต้นทุนของ MCUS แบบ 32 บิตจึงลดลงอย่างต่อเนื่อง และปัจจุบันได้กลายเป็นกระแสหลัก และค่อยๆ เข้ามาแทนที่แอปพลิเคชันและตลาดที่ MCUS แบบ 8/16 บิตครองตลาดอยู่ในอดีต
หากแบ่งตามขอบเขตการใช้งาน MCU ในยานยนต์สามารถแบ่งได้เป็น โดเมนตัวถัง โดเมนพลังงาน โดเมนแชสซี โดเมนห้องนักบิน และโดเมนการขับขี่อัจฉริยะ สำหรับโดเมนห้องนักบินและโดเมนไดรฟ์อัจฉริยะ MCU จำเป็นต้องมีพลังการประมวลผลสูงและอินเทอร์เฟซการสื่อสารภายนอกความเร็วสูง เช่น CAN FD และ Ethernet โดเมนตัวถังยังต้องการอินเทอร์เฟซการสื่อสารภายนอกจำนวนมาก แต่ความต้องการพลังการประมวลผลของ MCU ค่อนข้างต่ำ ในขณะที่โดเมนพลังงานและโดเมนแชสซีต้องการอุณหภูมิการทำงานและระดับความปลอดภัยในการทำงานที่สูงกว่า
ชิปควบคุมโดเมนแชสซี
โครงแชสซีเกี่ยวข้องกับการขับขี่ยานพาหนะ ประกอบด้วยระบบส่งกำลัง ระบบขับเคลื่อน ระบบบังคับเลี้ยว และระบบเบรก ประกอบด้วยระบบย่อย 5 ระบบ ได้แก่ ระบบบังคับเลี้ยว ระบบเบรก ระบบเปลี่ยนเกียร์ ระบบคันเร่ง และระบบช่วงล่าง ด้วยการพัฒนาระบบอัจฉริยะของยานยนต์ การรับรู้ การวางแผนการตัดสินใจ และการควบคุมการทำงานของรถยนต์อัจฉริยะ ถือเป็นระบบหลักของโครงแชสซี ระบบบังคับเลี้ยวแบบไฟฟ้าและแบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบหลักสำหรับการขับขี่อัตโนมัติ
(1) ความต้องการของงาน
ECU ของโดเมนแชสซีใช้แพลตฟอร์มความปลอดภัยเชิงฟังก์ชันประสิทธิภาพสูงที่ปรับขนาดได้ และรองรับการจัดกลุ่มเซ็นเซอร์และเซ็นเซอร์เฉื่อยแบบหลายแกน จากสถานการณ์การใช้งานนี้ ข้อกำหนดต่อไปนี้ได้รับการเสนอสำหรับ MCU โดเมนแชสซี:
· ความถี่สูงและความต้องการพลังการประมวลผลสูง ความถี่หลักไม่น้อยกว่า 200MHz และพลังการประมวลผลไม่น้อยกว่า 300DMIPS
· พื้นที่เก็บข้อมูลแบบแฟลชไม่น้อยกว่า 2MB พร้อมโค้ดแฟลชและพาร์ติชั่นทางกายภาพข้อมูลแฟลช
· RAM ไม่น้อยกว่า 512KB;
· มีข้อกำหนดระดับความปลอดภัยในการทำงานสูง สามารถไปถึงระดับ ASIL-D ได้
· รองรับ ADC ความแม่นยำ 12 บิต
· รองรับความแม่นยำสูง 32 บิต ตัวจับเวลาการซิงโครไนซ์สูง
· รองรับ CAN-FD หลายช่องสัญญาณ
· รองรับ Ethernet ไม่น้อยกว่า 100M;
· ความน่าเชื่อถือไม่ต่ำกว่า AEC-Q100 เกรด 1;
· รองรับการอัพเกรดออนไลน์ (OTA);
· รองรับฟังก์ชั่นการตรวจสอบเฟิร์มแวร์ (อัลกอริทึมความลับระดับชาติ)
(2) ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ
· ส่วนเคอร์เนล:
I. ความถี่หลัก: คือความถี่สัญญาณนาฬิกาขณะที่เคอร์เนลทำงาน ซึ่งใช้แทนความเร็วของการสั่นของสัญญาณพัลส์ดิจิทัลของเคอร์เนล และความถี่หลักไม่สามารถแทนความเร็วการคำนวณของเคอร์เนลได้โดยตรง ความเร็วในการทำงานของเคอร์เนลยังสัมพันธ์กับไพพ์ไลน์ของเคอร์เนล แคช ชุดคำสั่ง และอื่นๆ
II. พลังการประมวลผล: โดยทั่วไปแล้ว DMIPS สามารถนำมาใช้ในการประเมินได้ DMIPS เป็นหน่วยที่วัดประสิทธิภาพสัมพัทธ์ของโปรแกรมทดสอบประสิทธิภาพแบบบูรณาการ MCU เมื่อมีการทดสอบ
· พารามิเตอร์หน่วยความจำ:
I. หน่วยความจำรหัส: หน่วยความจำที่ใช้สำหรับเก็บรหัส
II. หน่วยความจำข้อมูล: หน่วยความจำที่ใช้จัดเก็บข้อมูล
III.RAM: หน่วยความจำที่ใช้เก็บข้อมูลชั่วคราวและรหัส
· บัสสื่อสาร: รวมถึงบัสพิเศษของรถยนต์และบัสสื่อสารแบบธรรมดา
· อุปกรณ์ต่อพ่วงที่มีความแม่นยำสูง
· อุณหภูมิในการทำงาน;
(3) รูปแบบอุตสาหกรรม
เนื่องจากสถาปัตยกรรมทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ที่ผู้ผลิตรถยนต์แต่ละรายใช้มีความแตกต่างกัน ข้อกำหนดของส่วนประกอบสำหรับแชสซีจึงแตกต่างกันไป เนื่องจากการกำหนดค่าที่แตกต่างกันของรถยนต์รุ่นต่างๆ ในโรงงานเดียวกัน การเลือก ECU ของแชสซีจึงแตกต่างกัน ความแตกต่างเหล่านี้ส่งผลให้ข้อกำหนด MCU สำหรับแชสซีแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น Honda Accord ใช้ชิป MCU สำหรับแชสซีสามตัว และ Audi Q7 ใช้ชิป MCU สำหรับแชสซีประมาณ 11 ตัว ในปี 2564 การผลิตรถยนต์นั่งส่วนบุคคลแบรนด์จีนอยู่ที่ประมาณ 10 ล้านคัน โดยมีความต้องการ MCUS สำหรับแชสซีจักรยานโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 5 ตัว และตลาดรวมอยู่ที่ประมาณ 50 ล้านคัน ซัพพลายเออร์หลักของ MCUS ทั่วทั้งแชสซี ได้แก่ Infineon, NXP, Renesas, Microchip, TI และ ST ผู้จำหน่ายเซมิคอนดักเตอร์ระดับนานาชาติทั้งห้ารายนี้ครองส่วนแบ่งตลาด MCUS สำหรับแชสซีมากกว่า 99%
(4) อุปสรรคด้านอุตสาหกรรม
จากมุมมองทางเทคนิคที่สำคัญ ส่วนประกอบต่างๆ ของแชสซีโดเมน เช่น EPS, EPB และ ESC ล้วนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความปลอดภัยของผู้ขับขี่ ดังนั้นระดับความปลอดภัยในการทำงานของ MCU ของแชสซีโดเมนจึงสูงมาก ซึ่งโดยทั่วไปแล้วคือข้อกำหนดระดับ ASIL-D ระดับความปลอดภัยในการทำงานของ MCU นี้ยังไม่มีข้อมูลในประเทศจีน นอกจากระดับความปลอดภัยในการทำงานแล้ว สถานการณ์การใช้งานของส่วนประกอบแชสซียังมีข้อกำหนดที่สูงมากในด้านความถี่ของ MCU พลังการประมวลผล ความจุหน่วยความจำ ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ต่อพ่วง ความแม่นยำของอุปกรณ์ต่อพ่วง และด้านอื่นๆ MCU ของแชสซีโดเมนได้สร้างอุปสรรคที่สูงมากในอุตสาหกรรม ซึ่งจำเป็นต้องมีผู้ผลิต MCU ในประเทศเข้ามาท้าทายและทำลายมัน
ในด้านห่วงโซ่อุปทาน เนื่องจากชิปควบคุมของส่วนประกอบในโดเมนแชสซีต้องการความถี่สูงและพลังการประมวลผลสูง จึงทำให้มีความต้องการที่ค่อนข้างสูงสำหรับกระบวนการผลิตเวเฟอร์ ปัจจุบันดูเหมือนว่าจำเป็นต้องใช้กระบวนการผลิตอย่างน้อย 55 นาโนเมตรเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดความถี่ MCU ที่สูงกว่า 200 เมกะเฮิรตซ์ ด้วยเหตุนี้ สายการผลิต MCU ภายในประเทศจึงยังไม่เสร็จสมบูรณ์และยังไม่สามารถเข้าถึงการผลิตจำนวนมากได้ ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ระดับนานาชาติส่วนใหญ่ได้นำแบบจำลอง IDM มาใช้ ในส่วนของโรงหล่อเวเฟอร์ ปัจจุบันมีเพียง TSMC, UMC และ GF เท่านั้นที่มีขีดความสามารถที่สอดคล้องกัน ผู้ผลิตชิปในประเทศล้วนเป็นบริษัท Fabless จึงยังมีความท้าทายและความเสี่ยงบางประการในการผลิตเวเฟอร์และการรับประกันกำลังการผลิต
ในสถานการณ์การประมวลผลหลัก เช่น ระบบขับขี่อัตโนมัติ ซีพียูทั่วไปแบบดั้งเดิมนั้นยากที่จะปรับให้เข้ากับความต้องการการประมวลผลของ AI เนื่องจากประสิทธิภาพการประมวลผลต่ำ และชิป AI เช่น GPU, FPgas และ ASics มีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมทั้งในส่วนของ edge และ cloud ด้วยคุณสมบัติเฉพาะตัวและถูกใช้งานอย่างแพร่หลาย จากมุมมองของแนวโน้มเทคโนโลยี GPU จะยังคงเป็นชิป AI ที่โดดเด่นในระยะสั้น และในระยะยาว ASIC คือทิศทางที่สำคัญที่สุด จากมุมมองของแนวโน้มตลาด ความต้องการชิป AI ทั่วโลกจะยังคงเติบโตอย่างรวดเร็ว และชิป cloud และ edge มีศักยภาพในการเติบโตที่สูงขึ้น และคาดว่าอัตราการเติบโตของตลาดจะใกล้เคียง 50% ในอีกห้าปีข้างหน้า แม้ว่ารากฐานของเทคโนโลยีชิปภายในประเทศจะอ่อนแอ แต่ด้วยการใช้งาน AI ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ปริมาณความต้องการชิป AI ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วสร้างโอกาสสำหรับการเติบโตของเทคโนโลยีและขีดความสามารถของบริษัทชิปภายในประเทศ ระบบขับขี่อัตโนมัติมีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับพลังการประมวลผล ความล่าช้า และความน่าเชื่อถือ ปัจจุบันโซลูชัน GPU+FPGA ถูกนำมาใช้เป็นส่วนใหญ่ ด้วยความเสถียรของอัลกอริทึมและการขับเคลื่อนด้วยข้อมูล ASics จึงคาดว่าจะเข้ามามีบทบาทในตลาดมากขึ้น
ชิป CPU จำเป็นต้องใช้พื้นที่จำนวนมากสำหรับการทำนายสาขาและการปรับแต่งประสิทธิภาพ โดยบันทึกสถานะต่างๆ เพื่อลดความหน่วงของการสลับงาน นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับการควบคุมลอจิก การทำงานแบบอนุกรม และการทำงานข้อมูลทั่วไป ยกตัวอย่างเช่น GPU และ CPU เมื่อเทียบกับ CPU แล้ว GPU ใช้หน่วยประมวลผลจำนวนมากและไพพ์ไลน์ที่ยาว มีเพียงตรรกะควบคุมที่เรียบง่ายและกำจัดแคชออกไป CPU ไม่เพียงแต่ใช้พื้นที่แคชจำนวนมากเท่านั้น แต่ยังมีตรรกะควบคุมที่ซับซ้อนและวงจรปรับแต่งประสิทธิภาพมากมาย เมื่อเทียบกับพลังการประมวลผลแล้ว ถือว่าเป็นเพียงส่วนเล็กๆ เท่านั้น
ชิปควบคุมโดเมนพลังงาน
ตัวควบคุมโดเมนพลังงานเป็นหน่วยจัดการระบบส่งกำลังอัจฉริยะ ใช้เทคโนโลยี CAN/FLEXRAY เพื่อจัดการระบบส่งกำลัง การจัดการแบตเตอรี่ การตรวจสอบการควบคุมไดชาร์จ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและควบคุมระบบส่งกำลัง ขณะเดียวกันก็ใช้ทั้งการวินิจฉัยข้อผิดพลาดทางไฟฟ้าอัจฉริยะ การประหยัดพลังงานอัจฉริยะ การสื่อสารผ่านบัส และฟังก์ชันอื่นๆ
(1) ความต้องการของงาน
MCU การควบคุมโดเมนพลังงานสามารถรองรับแอปพลิเคชันหลักในด้านพลังงาน เช่น BMS โดยมีข้อกำหนดดังต่อไปนี้:
· ความถี่หลักสูง ความถี่หลัก 600MHz~800MHz
· แรม 4MB
· มีข้อกำหนดระดับความปลอดภัยในการทำงานสูง สามารถไปถึงระดับ ASIL-D ได้
· รองรับ CAN-FD หลายช่องสัญญาณ
· รองรับ 2G อีเทอร์เน็ต;
· ความน่าเชื่อถือไม่ต่ำกว่า AEC-Q100 เกรด 1;
· รองรับฟังก์ชั่นการตรวจสอบเฟิร์มแวร์ (อัลกอริทึมความลับระดับชาติ)
(2) ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ
ประสิทธิภาพสูง: ผลิตภัณฑ์นี้ผสานรวม ARM Cortex R5 dual-core lock-step CPU และ SRAM บนชิปขนาด 4MB เพื่อรองรับพลังการประมวลผลและความต้องการหน่วยความจำที่เพิ่มขึ้นของแอปพลิเคชันยานยนต์ ARM Cortex-R5F CPU สูงสุด 800MHz ความปลอดภัยสูง: มาตรฐานความน่าเชื่อถือของข้อกำหนดยานยนต์ AEC-Q100 อยู่ในระดับ 1 และระดับความปลอดภัยการทำงาน ISO26262 อยู่ในระดับ ASIL D CPU แบบ dual-core lock-step ครอบคลุมการวินิจฉัยได้สูงถึง 99% โมดูลความปลอดภัยข้อมูลในตัวผสานรวมตัวสร้างตัวเลขสุ่มจริง AES, RSA, ECC, SHA และตัวเร่งความเร็วฮาร์ดแวร์ที่สอดคล้องกับมาตรฐานความปลอดภัยของรัฐและธุรกิจที่เกี่ยวข้อง การผสานรวมฟังก์ชันความปลอดภัยของข้อมูลเหล่านี้สามารถตอบสนองความต้องการของแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น การเริ่มต้นระบบอย่างปลอดภัย การสื่อสารที่ปลอดภัย การอัปเดตและอัปเกรดเฟิร์มแวร์อย่างปลอดภัย
ชิปควบคุมพื้นที่ตัวถัง
พื้นที่ตัวถังรถมีหน้าที่หลักในการควบคุมฟังก์ชันต่างๆ ของตัวถังรถ ด้วยการพัฒนาของรถยนต์ ตัวควบคุมพื้นที่ตัวถังรถจึงมีจำนวนเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อลดต้นทุนและลดน้ำหนักของตัวรถ การรวมอุปกรณ์ต่างๆ เข้าไว้ด้วยกันจึงจำเป็นต้องรวมอุปกรณ์ต่างๆ ตั้งแต่ส่วนหน้า ส่วนกลาง และส่วนหลังของรถ เช่น ไฟเบรกหลัง ไฟแสดงตำแหน่งท้ายรถ ล็อคประตูหลัง และแม้แต่ก้านค้ำยันคู่ เข้าไว้ด้วยกันเป็นตัวควบคุมที่สมบูรณ์
โดยทั่วไปแล้วตัวควบคุมพื้นที่ตัวถังจะรวมฟังก์ชัน BCM, PEPS, TPMS, Gateway และฟังก์ชันอื่นๆ ไว้ด้วยกัน แต่ยังสามารถขยายฟังก์ชันการปรับเบาะนั่ง การควบคุมกระจกมองหลัง การควบคุมเครื่องปรับอากาศ และฟังก์ชันอื่นๆ ได้อีกด้วย รวมถึงการจัดการแอคชูเอเตอร์แต่ละตัวอย่างครอบคลุมและครบวงจร การจัดสรรทรัพยากรระบบอย่างเหมาะสมและมีประสิทธิภาพ ฟังก์ชันของตัวควบคุมพื้นที่ตัวถังมีมากมาย ดังแสดงด้านล่าง แต่ไม่ได้จำกัดเฉพาะฟังก์ชันที่ระบุไว้ในที่นี้
(1) ความต้องการของงาน
ความต้องการหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์สำหรับชิปควบคุม MCU คือ เสถียรภาพ ความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย คุณสมบัติทางเทคนิคแบบเรียลไทม์และอื่นๆ ที่ดีขึ้น รวมถึงประสิทธิภาพการประมวลผลและความจุในการจัดเก็บข้อมูลที่สูงขึ้น และข้อกำหนดด้านดัชนีการใช้พลังงานที่ต่ำลง ตัวควบคุมพื้นที่ตัวถังได้เปลี่ยนผ่านจากการใช้งานแบบกระจายศูนย์ไปสู่ตัวควบคุมขนาดใหญ่ที่รวมระบบขับเคลื่อนพื้นฐานทั้งหมดของระบบอิเล็กทรอนิกส์ตัวถัง ฟังก์ชันหลัก ไฟ ประตู หน้าต่าง และอื่นๆ การออกแบบระบบควบคุมพื้นที่ตัวถังประกอบด้วยระบบไฟ ระบบฉีดน้ำปัดน้ำฝน ระบบล็อกประตูส่วนกลาง หน้าต่าง และระบบควบคุมอื่นๆ กุญแจอัจฉริยะ PEPS ระบบจัดการพลังงาน และอื่นๆ นอกจากนี้ยังมีเกตเวย์ CAN, CANFD และ FLEXRAY ที่ขยายได้, เครือข่าย LIN, อินเทอร์เฟซอีเธอร์เน็ต และเทคโนโลยีการพัฒนาและออกแบบโมดูล
โดยทั่วไป ข้อกำหนดด้านการทำงานของฟังก์ชันควบคุมข้างต้นสำหรับชิปควบคุมหลักของ MCU ในส่วนตัวถังนั้น ส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในด้านประสิทธิภาพการประมวลผลและการประมวลผล การผสานรวมฟังก์ชัน อินเทอร์เฟซการสื่อสาร และความน่าเชื่อถือ ในแง่ของข้อกำหนดเฉพาะ เนื่องจากความแตกต่างด้านฟังก์ชันการใช้งานในสถานการณ์การใช้งานต่างๆ ในส่วนตัวถัง เช่น กระจกไฟฟ้า เบาะอัตโนมัติ ประตูท้ายไฟฟ้า และการใช้งานอื่นๆ ของตัวถัง จึงยังคงมีความต้องการการควบคุมมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง การใช้งานในส่วนตัวถังดังกล่าวจึงจำเป็นต้องใช้ MCU เพื่อผสานรวมอัลกอริทึมควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ FOC และฟังก์ชันอื่นๆ นอกจากนี้ สถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกันในส่วนตัวถังยังมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับการกำหนดค่าอินเทอร์เฟซของชิป ดังนั้น จึงจำเป็นต้องเลือก MCU ในส่วนตัวถังตามความต้องการด้านฟังก์ชันและประสิทธิภาพของสถานการณ์การใช้งานเฉพาะ และจากนี้จึงควรประเมินประสิทธิภาพต้นทุนผลิตภัณฑ์ ความสามารถในการจัดหา บริการทางเทคนิค และปัจจัยอื่นๆ อย่างครอบคลุม
(2) ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ
ตัวบ่งชี้อ้างอิงหลักของชิป MCU ควบคุมพื้นที่ร่างกายมีดังต่อไปนี้:
ประสิทธิภาพ: ARM Cortex-M4F@ 144MHz, 180DMIPS, แคชคำสั่ง 8KB ในตัว รองรับโปรแกรมการดำเนินการหน่วยเร่งความเร็วแฟลช รอ 0 ครั้ง
หน่วยความจำเข้ารหัสความจุขนาดใหญ่: eFlash สูงสุด 512K ไบต์ รองรับการจัดเก็บข้อมูลที่เข้ารหัส การจัดการพาร์ติชัน และการปกป้องข้อมูล รองรับการตรวจสอบ ECC ลบข้อมูลได้ 100,000 ครั้ง เก็บรักษาข้อมูลได้นาน 10 ปี SRAM 144K ไบต์ รองรับพาริตี้ของฮาร์ดแวร์
อินเทอร์เฟซการสื่อสารที่หลากหลายและบูรณาการ: รองรับ GPIO หลายช่อง, USART, UART, SPI, QSPI, I2C, SDIO, USB2.0, CAN 2.0B, EMAC, DVP และอินเทอร์เฟซอื่น ๆ
เครื่องจำลองประสิทธิภาพสูงแบบบูรณาการ: รองรับ ADC ความเร็วสูง 12 บิต 5Msps, เครื่องขยายสัญญาณการทำงานอิสระแบบเรลต่อเรล, ตัวเปรียบเทียบแอนะล็อกความเร็วสูง, DAC 12 บิต 1Msps; รองรับแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิงอินพุตภายนอกอิสระ, ปุ่มสัมผัสแบบความจุหลายช่อง; ตัวควบคุม DMA ความเร็วสูง
รองรับอินพุต RC ภายในหรือนาฬิกาคริสตัลภายนอก รีเซ็ตความน่าเชื่อถือสูง
นาฬิกา RTC แบบเรียลไทม์พร้อมการสอบเทียบในตัว รองรับปฏิทินปีอธิกสุรทิน เหตุการณ์ปลุก การปลุกเป็นระยะๆ
รองรับตัวนับเวลาที่มีความแม่นยำสูง
คุณสมบัติการรักษาความปลอดภัยระดับฮาร์ดแวร์: เครื่องมือเร่งความเร็วฮาร์ดแวร์อัลกอริทึมการเข้ารหัส รองรับอัลกอริทึม AES, DES, TDES, SHA1/224/256, SM1, SM3, SM4, SM7, MD5; การเข้ารหัสที่เก็บข้อมูลแบบแฟลช การจัดการพาร์ติชันผู้ใช้หลายราย (MMU) เครื่องกำเนิดตัวเลขสุ่ม TRNG ที่แท้จริง การทำงาน CRC16/32; รองรับการป้องกันการเขียน (WRP) ระดับการป้องกันการอ่านหลายรายการ (RDP) (L0/L1/L2); รองรับการเริ่มต้นระบบรักษาความปลอดภัย การดาวน์โหลดการเข้ารหัสโปรแกรม การอัปเดตความปลอดภัย
รองรับการตรวจสอบความล้มเหลวของนาฬิกาและการตรวจสอบป้องกันการรื้อถอน
UID 96 บิตและ UCID 128 บิต
สภาพแวดล้อมการทำงานที่มีความน่าเชื่อถือสูง: 1.8V ~ 3.6V/-40℃ ~ 105℃
(3) รูปแบบอุตสาหกรรม
ระบบอิเล็กทรอนิกส์สำหรับพื้นที่ตัวถังรถยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการเติบโตสำหรับทั้งบริษัทต่างชาติและบริษัทในประเทศ บริษัทต่างชาติ เช่น BCM, PEPS, ประตูและหน้าต่าง, ตัวควบคุมเบาะนั่ง และผลิตภัณฑ์ฟังก์ชันเดียวอื่นๆ ล้วนมีการพัฒนาเชิงเทคนิคอย่างลึกซึ้ง ขณะที่บริษัทต่างชาติรายใหญ่มีสายผลิตภัณฑ์ที่ครอบคลุม ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์สำหรับการรวมระบบ บริษัทในประเทศมีข้อได้เปรียบบางประการในการประยุกต์ใช้ตัวถังรถยนต์พลังงานใหม่ ยกตัวอย่างเช่น BYD ในรถยนต์พลังงานใหม่ของ BYD พื้นที่ตัวถังรถถูกแบ่งออกเป็นส่วนซ้ายและขวา และผลิตภัณฑ์ที่รวมระบบได้ถูกจัดเรียงและกำหนดใหม่ อย่างไรก็ตาม ในแง่ของชิปควบคุมพื้นที่ตัวถังรถ ซัพพลายเออร์หลักของ MCU ยังคงเป็น Infineon, NXP, Renesas, Microchip, ST และผู้ผลิตชิปต่างประเทศรายอื่นๆ ซึ่งปัจจุบันผู้ผลิตชิปในประเทศมีส่วนแบ่งการตลาดต่ำ
(4) อุปสรรคด้านอุตสาหกรรม
จากมุมมองของการสื่อสาร มีกระบวนการวิวัฒนาการของสถาปัตยกรรมแบบดั้งเดิม สถาปัตยกรรมแบบไฮบริด และแพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์ยานยนต์ขั้นสุดท้าย การเปลี่ยนแปลงด้านความเร็วในการสื่อสาร รวมถึงการลดราคาของพลังการประมวลผลพื้นฐานพร้อมความปลอดภัยในการทำงานระดับสูง ถือเป็นกุญแจสำคัญ และในอนาคต จะสามารถค่อยๆ ตระหนักถึงความเข้ากันได้ของฟังก์ชันต่างๆ ในระดับอิเล็กทรอนิกส์ของตัวควบคุมพื้นฐานได้ ยกตัวอย่างเช่น ตัวควบคุมพื้นที่ตัวถังสามารถผสานรวมฟังก์ชัน BCM, PEPS และฟังก์ชันป้องกันการหนีบแบบริปเปิลแบบดั้งเดิมได้ กล่าวโดยเปรียบเทียบแล้ว อุปสรรคทางเทคนิคของชิปควบคุมพื้นที่ตัวถังนั้นต่ำกว่าพื้นที่จ่ายไฟ พื้นที่ห้องนักบิน ฯลฯ และคาดว่าชิปในประเทศจะเป็นผู้นำในการพัฒนาครั้งสำคัญในพื้นที่ตัวถัง และค่อยๆ ทำให้เกิดการทดแทนภายในประเทศ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตลาด MCU ในประเทศสำหรับติดตั้งที่ด้านหน้าและด้านหลังตัวถังมีการเติบโตที่ดีมาก
ชิปควบคุมห้องนักบิน
การใช้พลังงานไฟฟ้า ระบบอัจฉริยะ และเครือข่ายได้เร่งการพัฒนาสถาปัตยกรรมอิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าของยานยนต์ไปสู่ทิศทางของการควบคุมโดเมน และห้องนักบินก็กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วจากระบบความบันเทิงด้านเสียงและวิดีโอในรถยนต์ไปสู่ห้องนักบินอัจฉริยะ ห้องนักบินมีอินเทอร์เฟซการโต้ตอบระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ ไม่ว่าจะเป็นระบบอินโฟเทนเมนต์รุ่นก่อนหน้าหรือห้องนักบินอัจฉริยะรุ่นปัจจุบัน นอกจากจะมี SOC ที่ทรงพลังพร้อมความเร็วในการประมวลผลแล้ว ยังต้องการ MCU แบบเรียลไทม์สูงเพื่อจัดการการโต้ตอบข้อมูลกับรถยนต์ ความนิยมที่เพิ่มขึ้นของยานยนต์ที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ OTA และ Autosar ในห้องนักบินอัจฉริยะทำให้ความต้องการทรัพยากร MCU ในห้องนักบินสูงขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากความต้องการความจุของแฟลชและแรมที่เพิ่มขึ้น ความต้องการจำนวน PIN ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ฟังก์ชันที่ซับซ้อนมากขึ้นต้องการความสามารถในการรันโปรแกรมที่แข็งแกร่งขึ้น แต่ก็ต้องมีอินเทอร์เฟซบัสที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเช่นกัน
(1) ความต้องการของงาน
MCU ในบริเวณห้องโดยสารทำหน้าที่หลักในการจัดการพลังงานระบบ การจัดการเวลาเปิดเครื่อง การจัดการเครือข่าย การวินิจฉัย การโต้ตอบข้อมูลยานพาหนะ การจัดการคีย์ ไฟแบ็คไลท์ การจัดการโมดูลเสียง DSP/FM การจัดการเวลาของระบบ และฟังก์ชันอื่นๆ
ความต้องการทรัพยากร MCU:
· ความถี่หลักและพลังการประมวลผลมีข้อกำหนดบางประการ ความถี่หลักไม่ต่ำกว่า 100MHz และพลังการประมวลผลไม่ต่ำกว่า 200DMIPS
· พื้นที่เก็บข้อมูลแบบแฟลชไม่น้อยกว่า 1MB พร้อมโค้ดแฟลชและพาร์ติชั่นทางกายภาพข้อมูลแฟลช
· RAM ไม่น้อยกว่า 128KB;
· มีข้อกำหนดระดับความปลอดภัยในการทำงานสูง สามารถไปถึงระดับ ASIL-B ได้
· รองรับ ADC หลายช่องสัญญาณ
· รองรับ CAN-FD หลายช่องสัญญาณ
· กฎหมายควบคุมยานพาหนะ เกรด AEC-Q100 เกรด 1;
· รองรับการอัพเกรดออนไลน์ (OTA), รองรับ Flash Dual Bank;
· ต้องใช้กลไกเข้ารหัสข้อมูลระดับ SHE/HSM-light และสูงกว่าเพื่อรองรับการเริ่มต้นระบบอย่างปลอดภัย
· จำนวนพินไม่น้อยกว่า 100PIN;
(2) ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ
IO รองรับแหล่งจ่ายไฟแรงดันไฟกว้าง (5.5v~2.7v) พอร์ต IO รองรับการใช้แรงดันไฟเกิน
สัญญาณอินพุตจำนวนมากมีความผันผวนตามแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่แหล่งจ่ายไฟ และอาจเกิดแรงดันไฟเกินได้ แรงดันไฟเกินสามารถปรับปรุงเสถียรภาพและความน่าเชื่อถือของระบบได้
อายุการใช้งานหน่วยความจำ:
รถยนต์มีอายุการใช้งานมากกว่า 10 ปี ดังนั้นหน่วยความจำโปรแกรมและหน่วยความจำข้อมูลของรถยนต์จึงควรมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น หน่วยความจำโปรแกรมและหน่วยความจำข้อมูลจำเป็นต้องมีพาร์ติชันทางกายภาพแยกจากกัน และหน่วยความจำโปรแกรมจำเป็นต้องลบข้อมูลน้อยลง ดังนั้นความทนทานจึงมากกว่า 10,000 ครั้ง ในขณะที่หน่วยความจำข้อมูลจำเป็นต้องลบข้อมูลบ่อยขึ้น ดังนั้นจำเป็นต้องมีจำนวนครั้งในการลบข้อมูลมากขึ้น โปรดดูตัวบ่งชี้การแฟลชข้อมูล ความทนทานมากกว่า 100,000 ครั้ง 15 ปี (<1,000) 10 ปี (<100,000)
อินเทอร์เฟซบัสการสื่อสาร;
โหลดการสื่อสารของบัสบนยานพาหนะกำลังเพิ่มสูงขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้น CAN แบบดั้งเดิมจึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการการสื่อสารได้อีกต่อไป ความต้องการบัส CAN-FD ความเร็วสูงจึงเพิ่มสูงขึ้นเรื่อยๆ การรองรับ CAN-FD จึงค่อยๆ กลายมาเป็นมาตรฐานของ MCU
(3) รูปแบบอุตสาหกรรม
ปัจจุบันสัดส่วนของ MCU ห้องโดยสารอัจฉริยะภายในประเทศยังอยู่ในระดับต่ำมาก โดยซัพพลายเออร์หลักยังคงเป็น NXP, Renesas, Infineon, ST, Microchip และผู้ผลิต MCU ต่างประเทศรายอื่นๆ ปัจจุบันมีผู้ผลิต MCU ในประเทศหลายรายที่เข้ามามีบทบาทในตลาดนี้ และยังคงต้องรอดูผลประกอบการในตลาดต่อไป
(4) อุปสรรคด้านอุตสาหกรรม
ระดับการควบคุมห้องโดยสารอัจฉริยะและระดับความปลอดภัยในการใช้งานยังไม่สูงมากนัก ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการสะสมความรู้และความจำเป็นในการทำซ้ำและปรับปรุงผลิตภัณฑ์อย่างต่อเนื่อง ขณะเดียวกัน เนื่องจากโรงงานผลิตในประเทศมีสายการผลิต MCU ไม่มากนัก กระบวนการจึงค่อนข้างล้าหลัง ต้องใช้เวลาระยะหนึ่งจึงจะบรรลุเป้าหมายห่วงโซ่อุปทานการผลิตภายในประเทศ ซึ่งอาจมีค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้น และแรงกดดันด้านการแข่งขันกับผู้ผลิตต่างประเทศก็สูงขึ้น
การประยุกต์ใช้ชิปควบคุมภายในบ้าน
ชิปควบคุมรถยนต์ส่วนใหญ่ใช้ MCU สำหรับรถยนต์ บริษัทชั้นนำในประเทศ เช่น Ziguang Guowei, Huada Semiconductor, Shanghai Xinti, Zhaoyi Innovation, Jiefa Technology, Xinchi Technology, Beijing Junzheng, Shenzhen Xihua, Shanghai Qipuwei และ National Technology เป็นต้น ล้วนมีลำดับผลิตภัณฑ์ MCU สำหรับรถยนต์ และผลิตภัณฑ์ยักษ์ใหญ่จากต่างประเทศ ซึ่งปัจจุบันใช้สถาปัตยกรรม ARM นอกจากนี้ บริษัทบางแห่งยังได้วิจัยและพัฒนาสถาปัตยกรรม RISC-V อีกด้วย
ปัจจุบัน ชิปควบคุมยานยนต์ในประเทศส่วนใหญ่ใช้ในตลาดรถยกด้านหน้า และถูกนำไปใช้ในรถยนต์ทั้งในส่วนของตัวถังและระบบสาระบันเทิง ขณะที่ในส่วนของแชสซี ระบบส่งกำลัง และด้านอื่นๆ ยังคงถูกครอบงำโดยบริษัทชิปยักษ์ใหญ่จากต่างประเทศ เช่น stmicroelectronics, NXP, Texas Instruments และ Microchip Semiconductor และมีบริษัทในประเทศเพียงไม่กี่แห่งเท่านั้นที่พัฒนาชิปควบคุมประสิทธิภาพสูงสำหรับการผลิตจำนวนมาก ปัจจุบัน Chipchi ผู้ผลิตชิปในประเทศจะเปิดตัวผลิตภัณฑ์ชิปควบคุมประสิทธิภาพสูงซีรีส์ E3 ที่ใช้ ARM Cortex-R5F ในเดือนเมษายน 2565 โดยมีระดับความปลอดภัยในการทำงานที่ ASIL-D รองรับระดับอุณหภูมิ AEC-Q100 เกรด 1 ความถี่ CPU สูงสุด 800MHz และมีแกนประมวลผล CPU สูงสุด 6 แกน เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดใน MCU มาตรวัดยานยนต์ที่ผลิตจำนวนมากในปัจจุบัน เติมเต็มช่องว่างในตลาด MCU มาตรวัดยานยนต์ระดับสูงด้านความปลอดภัยสูงภายในประเทศ ด้วยประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือสูง สามารถนำไปใช้กับ BMS, ADAS, VCU, แชสซีแบบ by-wire, เครื่องมือวัด, HUD, กระจกมองหลังอัจฉริยะ และระบบควบคุมรถยนต์หลักอื่นๆ มีลูกค้ามากกว่า 100 รายที่นำ E3 มาใช้สำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์ รวมถึง GAC, Geely และอื่นๆ
การประยุกต์ใช้ผลิตภัณฑ์หลักตัวควบคุมภายในประเทศ
เวลาโพสต์: 19 ก.ค. 2566
