軟件定義汽車（SDV）已占據汽車行業數字化革命的中心。如果說SDV是“裝上車輪的智能手機”，那么其幕后核心——微控制器單元（MCU）則是當之無愧的“汽車數字大腦”。這些體積微小但功能強大的芯片，大小從指甲蓋到米粒不等，控制著從剎車系統到環境照明等方方面面。

為深入剖析這一趨勢，格羅方德汽車處理業務總監Wael Fakhreldin在本文中探討了塑造下一代汽車架構變革方向、MCU不斷變化的需求，以及格羅方德如何與汽車客戶攜手創新，一同突破技術邊界。

Q:從宏觀視角出發，推動新架構需求的最大汽車挑戰是什么？

消費者期待車內體驗如智能手機般流暢，而汽車制造商則致力于讓駕駛盡可能安全。但在傳統架構中，每項新功能都需要配備專門的硬件，這給原始設備制造商（OEM）帶來了巨大的挑戰和成本，因為他們需要集成多個不同的控制單元。而推動汽車向更智能、更互聯的方向發展，需要全新的架構，使駕駛員能夠即時訪問新功能，而非依賴昂貴的硬件升級。

如今，這些壓力促使汽車行業加速向SDV轉型，SDV能夠迅速推出新功能，以滿足消費者期望和市場需求，無需進行物理更新。這一轉型依賴于高彈性、可擴展的高性能計算平臺，以及無縫的空中下載技術（OTA）支持。

Q：當前最有前景的汽車架構是什么？未來幾年它們將如何演變？

SDV區域架構正在提高效率和性能的標準，且通過多種方式實現這一點。例如：1）根據車輛內的物理位置而非功能來整合控制與處理功能；2）降低布線復雜性和整車線束重量。近年來，跨域區域架構因其與現代車輛物理布局的契合度而受到青睞。每個區域控制器管理不同的車輛域功能——從車身、舒適系統、底盤控制到網關——不同的區域控制器通過速度高達10Gbps的快速以太網相連，構成車輛的 “脊柱” 。

中央計算架構雖預計要到2030年才會普及，但技術布局已啟動。這種方法引入了一個高性能計算集群來協調所有車輛功能，通過聚合器將來自各種傳感器和組件的數據路由到中央處理器。如汽車級芯片粒技術之類的半導體創新將成為關鍵，支撐消費者期待的實時軟件更新需求。

Q：從算力角度看，區域架構MCU提出了哪些要求？

SDV的智能程度取決于其背后的架構。簡單來說，沒有區域控制器單元（ZCU），SDV就無法充分發揮其潛力。這些控制器按物理集群而非功能整合車輛功能。這一轉變使MCU成為焦點，并推動了MCU性能邊界的拓展——需要更快的處理速度、連接更多設備，并支持邊緣人工智能（AI）等新興功能。

更強算力：MCU需要處理更多的實時計算任務。芯片制造商正在尋求使用運行在更高頻率下的不同邏輯核心陣列。他們正轉向更先進的工藝節點，并引入不同數字核心的虛擬化概念，使MCU能夠靈活高效地管理多個任務。

輸入/輸出過載：現代汽車擁有超過90個智能傳感器和800個傳感器及負載，這要求MCU集成高密度數字/模擬接口，以應對大規模的數據處理任務。

內存性能提升：嵌入式非易失性存儲器（eNVM）容量需達到32MB甚至更大，速度需更快，以支持快速切換的數字核心，同時不增加延遲或造成瓶頸。

高速通信：車載數據量激增，MCU需快速傳輸這些數據。高速以太網和串行器-解串器（SerDes）接口等技術正成為標準，以確保區域之間以及區域與復雜車輛傳感器之間的可靠通信。

格羅方德先進制成，如12LP+ MRAM和22FDX MRAM，正助力芯片制造商和支持當今汽車的復雜處理，提供高速高能效的車載控制器。

隨著區域算力的提升，模擬任務逐漸轉移到車輛邊緣。如今，汽車芯片制造商正在將這些功能——電機控制器、音頻放大器，甚至通信接口——集成到格羅方德130BCD或55BCD技術平臺上的單個MCU中。

Q：車輛中的AI技術正迅速發展，邊緣AI如何重塑SDV的MCU需求？

邊緣AI正驅動延長電池壽命、座艙感知、語音交互和智能電機等創新功能。這種方法降低了復雜性、成本和功耗，同時通過本地處理信息而非云端處理，增強了用戶隱私保護。在AI加速不發生在中央計算機或ZCU的情況下，終端節點需要嵌入AI加速功能來執行這些任務。

為適應這一趨勢，MCU正在通過提供專門用于AI加速的IP：如用于運行復雜數學模型的圖形處理單元（GPU）、用于語言和通信模型的語言處理單元（LPU），以及用于轉換實時信號的數字信號處理器（DSP）。對于更繁重的工作，MCU還集成了更快、更可靠的接口，以連接外部存儲器，確保能夠處理高級AI應用所需的大量數據。

畫面呈現俯瞰視角（由無人機從空中拍攝）：一輛自動駕駛汽車在城市高速公路上行駛，并超越其他車輛。可視化概念：傳感器掃描前方道路以探測其他車輛和限速信息。

Q：MCU如何演變以確保SDV在安全、保障和功能性等方面達到最高標準？

功能安全是汽車設計的核心，但向SDV的轉型增加了復雜性。現代MCU在確保系統免受干擾方面發揮著至關重要的作用，其方式是通過隔離安全關鍵系統與非安全關鍵功能。這確保了安全關鍵系統（如轉向系統、剎車和安全氣囊）能夠無延遲地訪問所需的計算資源。MCU還可以通過支持先進的錯誤檢測，觸發故障安全或故障運行機制，并采取正確的糾正措施來確保乘客安全。

安全駕駛離不開網絡安全。MCU負責保護OTA更新，驗證新軟件鏡像來自可信來源，并保護節點之間的通信。隨著更多關鍵安全功能變得由軟件驅動，車輛盜竊、網絡攻擊和未經授權通信的可能性也隨之增加。

Q：MCU如何實現快速連接和低功耗的？

連接性是SDV的基石，而MCU則是連接從區域控制器到高級駕駛輔助系統（ADAS）功能以及車內體驗的核心。向簡化網絡架構（如IP到邊緣）的方向發展，減少了布線復雜性，并消除了對多個網關的需求，使數據能夠直接從傳感器以低延遲傳輸到MCU。為支持這一點，MCU正在采用以太網等技術，該技術可以高達10Gbps的速度傳輸數據，以及采用具有多drop技術的10BaseT1s，以降低系統成本和功耗。

電動汽車擁有更低的功耗和更長的續航里程是市場所需，MCU正是推動這一高節能汽車未來的引擎。格羅方德先進的22FDX+平臺能夠提供極低的功耗泄漏，引領著更高性能、更低功耗汽車的未來。

Q：格羅方德如何支持下一代汽車MCU，賦能SDV未來？

格羅方德可擴展的汽車級認證平臺能夠滿足多樣化的SDV需求，從計算密集型、模擬密集型或模擬輕量型區域MCU到計算輕量型、模擬密集型末端節點的MCU。格羅方德各個平臺都針對其性能類別和相關應用，提供了廣泛的汽車級認證IP組合。

在MCU替代品的認證過程漫長且復雜的情況下，韌性是成功的關鍵要素。這就是為什么格羅方德建立了全球團隊和制造網絡，確保我們的客戶能夠獲得最先進的MCU技術。這種方式使我們能夠支持全球領先的汽車制造商，共同迎接SDV架構的新篇章。

Wael Fakhreldin擔任格羅方德汽車處理業務總監一職。他深耕汽車領域，專注汽車微控制器、微處理器、人工智能加速器以及芯片組（chiplets）技術研發，推動下一代汽車電子架構創新。