2022中国汽车论坛【论坛3】丨余辰杰：车载处理器赋能未来汽车电子电气架构

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办。作为党的“二十大”召开后的汽车行业首场盛会，本届论坛以“聚力行稳 蓄势新程”为主题，共设置“1场闭门峰会+1个大会论坛+16个主题论坛”，以汽车产业的高质量发展为主线，与行业精英一起贯彻新精神，研判新形势，共商新举措。其中，在11月9日下午举办的“主题论坛3：汽车、芯片融合发展”上，恩智浦大中华区资深市场经理余辰杰发表精彩演讲。以下内容为现场演讲实录：

谢谢杨秘书长，谢谢各位与会的同行。接下来我将给各位分享一下NXP最新发布的实时处理器S32Z/E系列产品如何怎么助力OEM和Tier1来实现新型的电子电气架构及控制器产品， 

我的议题分三部分，首先我会给大家介绍一下整车电子电气架构，从分布式到集中式，包括到最终的Central Computing形态的演化的过程。同时我会给大家更新一下恩智浦最新推出的基于16纳米先进制成的划时代的实时处理器产品。最后我会介绍恩智浦车载处理器业务的生态圈，特别是在中国市场，我们和一些本土生态伙伴之间的合作，如车载芯片友商地平线以及东软，普华等国产的软件供应商之间的合作。

电子电气架构是最近大家聊的非常多的话题，屏幕上最左侧，是传统的分布式的架构，逐渐会往以功能为逻辑划分的域控架构转变，比如座舱域，智驾域，多合一动力域，底盘域等等。

更新的架构形态是基于区域控制器的架构，一个区域控制器所包含的功能取决于相邻物理结点的的执行器所负责的任务。举个简单例子，比如车的左前域，可能把底盘，甚至转向功能结合车身的部分功能集成进来。

最右端就是最终形态，整车电子电器架构围绕一个大的中央计算平台，它可能集成了所有智驾，座舱、车身等等需要高算力的任务。然后在边缘测的结点上，就是一些智能执行器了。

大的趋势我们看到，无论是从域，或者域结合分布式的中间方案，到后面逐渐往区域化过渡。好处是什么？首先域架构肯定会使我们的软件更集中，把原来一些可能逻辑类似但分布在不同ECU当中的功能，集成到一个域控制器当中来。这样会使得传感器的输入和ECU之间的数据交互延迟得到优化，软件开发工作变得更加集中。还有如OTA升级策略，本来一个功能是分布在几个ECU结点里，现在你的软件升级也会得到简化。

区域控制器的好处就更直观了，原来一些分布在不同物理位置的控制器，现在被集中到了一个地方。线束重量降低了，原先多个低性能的MCU被集中到区域控制器中的高算力实时处理器中，比如我后门会着重介绍到的恩智浦S32Z/E系列SoC。

汽车工业的一个永恒的话题就是轻量化，今天后面有嘉宾会讲到电力电子，通过宽禁带半导体提升能量密度是对轻量化的重要贡献，而电子电器架构的演进导致的线速的长度和重量的减少也非常重要。驱动电子电器架构演进的底层动力是处理器性能的迭代。

在恩智浦看来，无论何种电子电器架构，汽车ECU控制器大致可以分为两个大的平台。一类称之为基础平台，这就和基础设施一样，我们认为不管低端车、高端车、燃油车还是新能源车，你总要有动力控制部分来驱动汽车。车身网络枢纽保障ECU间安全可靠的交互数据。还有车身部分，对门、窗，座椅等控制肯定也都要有。

另外一大类，我们定义为可拓展平台，比如有一些车的定位就是在智驾功能上，另一些车则定位在炫酷的座舱体验上。这些个性化的功能固然越来越被消费者看重，但从车的本质看并不是必须的，所以我们称之为可拓展平台。

恩智浦无论在基础平台还是在可拓展平台上都有着非常广德产品布局。基础平台上，我们最新的产品有用在动力控制的S32Z/E，网络上处理上S32G系列芯片已经被中国众多主机厂和一级供应商所接受，车身控制上从以前功能安全相对低一些的S32K1，到现在最高可到ASIL D级的S32K3等。

在可拓展平台上，i.MX系列座舱SoC一直以来是NXP非常强势的一个产品，ADAS 77Ghz毫米波雷达上，恩智浦有支持4D成像的最一代S32R SoC产品。

当然视觉上我们也有S32V这样的芯片，但它的定位还是在一些初阶的自动驾驶或者环视等领域。后面我会说，在自动驾驶端，我们在中国会和像地平线这样的生态伙伴有很深入的合作。

谈了电子电气架构的演进，谈了整个ECU可以把它分为基础平台和可选平台，那映射到处理器芯片上，到底对性能有什么不同要求？大家可以看到，图中越往下，也就是越靠近边缘测的执行器端，它对处理器基本上的需求是高实时性，因为它强调控制，比如你刹车、油门踩下去，你总归希望动力会很快体现出来，这些往往是以实时控制算力为衡量指标的，而这些结点的计算逻辑也都是面向信号的。我们恩智浦在发布新的S32Z/E产品里面，已经不能把它称之为MCU了，因为它的提升已经大大超出了传统的两三百兆主频的多核MCU。所以我们把它重新定义为了Real-time processor，实时处理器，所以它是在图片的中间部分。

当然我们也看到有一些车身的区域控制器，如果我们把它也算作小结点的话，也有一些主机厂提出了把SOA的架构往上面放，不过目前的主流还是以CAN网络为主面向信号的处理方式，强调实时性，对I/O的驱动能力要求很。这个也是我想给大家分享的，因为从半导体原厂的角度来看，我们要满足芯片高算力的需求，我们一直以来的做法是会要采用更先进的制程，集成度更高，核的数目上去，主频抬上去。但在未来这么做也许会越来越困难，特别是在对类MCU的实时处理器来说，因为从工艺上面来讲，当CMOS工艺下沉到22nm以下时，embedded flash很难再集成我马上要介绍S32Z/E是基于16纳米制程的，那Flash放在哪里，外扩是一个方案，但你的速率如何保证？当我达到1G赫兹这样一个MCU主频的时候，你要多大的XIP的带宽，才能满足外部Flash执行程序的要求，因为传统的MCU都是在内部的Flash里面直接开始执行程序的，SRAM是用来做一些特定的加速，或者临时变量的开销和存储的。而现在我们似乎不得不通过扩大昂贵的SRAM和额外的shadow flash芯片来解决embedded flash工艺受限的问题。另外还有一个就是IO驱动能力的问题，16纳米的制程，如何做3.3伏、5伏的IO，其实是很复杂的一个设计问题。

再往上走，大算力的域控芯片我们有S32G，它是一个多核异构的SoC，有一些M核负责实时计算，也有A核负责计算需求大但实时性要求不高的任务。当前恩智浦也已经规化了5纳米的车规SoC，但这部分，我现在只能透漏我们会在今年有一些试产的样片。

接下来我讲一下我们今天的主角，S32Z/E实时处理器。如果从传统认知上看，大家可以把这个芯片它理解为一个MCU。但这个MCU的算力有了一个质的飞跃，每个核的主频可以达到1G赫兹，还集成了轻量级的AI的计算能力，可以支持一些做MPC算法，用于诸如自动驾驶系统中的横纵向控制计算。

当然因为它的算力很强，加之丰富的以太网接口能力，相对于传统MCU，它使支持SOA软件架构成为可能。还需要强调的是，恩智浦是业界第一家采用真正意义上的先进制程，也就是16nm这个节点来实现实时处理器的车规处理器供应商。另外，正如我前面介绍到的，S32ZE所对应5纳米的下一代产品也已经在我们的规划当中。

什么是实时性，这个概念其实是不太好界定的，大家可以理解为非常快的响应，但这个快是相对的，视应用场景而定，比如你控制车，实时性的要求要高一些，但如果是飞机可能反而慢一点，因为飞机在天上，一些任务稍微延迟个几秒钟响应所引发的后果可能不会像在复杂交通路况下高速行驶的汽车那么危险。上图中所列出的这些应用被普遍认为是车辆电子系统中实时性要求相对较高的应用。

这也就是我们S32Z、S32E所覆盖的应用，其实这颗芯片真正的发布是今年的6月份，在德国的一个电子展上面，但实际上我从三四年前就开始负责这款芯片的市场工作。大家要知道，一个工艺节点，在工业上面成熟后，到它能被Qualify成为对应的车规工艺节点，其实是要经历非常漫长而严谨的制程开发流程的。特别是你可能是业界第一个尝试的这种工艺的时候，你面临的风险和投入很多时候是不可控的。恩智浦就是这样一个引领技术变革的公司。

我前面提到了，S32Z/E的算力有了一个质的提升，核的数目也非常多，最多可以有八个，你可以独立使用，也可以作为四对锁步核来使用。大家看到屏幕左边就是传统的电子电气架构，在这种架构中你可能有一个集中的动力域控制器，下面挂着分布式的独立功能的ECU。

但现在你有了最多可以提供8个1Ghz主频的S32Z/E，你可能希望把这些功能都集中到一个控制器，甚至于一颗芯片中来。

不过，即便硬件的性能支持你这么做，但是更大的挑战在软件和系统的认知。对于像一些能力比较强的Tier 1，他本身开发过这些独立功能的ECU的，那我觉得对他来说会非常乐于接受这样的芯片，他可以自己定义一个新的电子电气架构，把这些东西都收拢起来，然后他可以设计出成本更优化的产品，最后推荐给主机厂。但是对于大部分的供应商而言，他很少有同时做过这么多控制器的供应商，我认为这个时候就会催生出一个所谓新的业务模式，我把它称作就是“软件即产品”。即出现一些列专注某类应用上层算法的软件供应商。当然，要支撑这种软件业务模式，硬件上除了要具备高算力之外，还需要有虚拟化和隔离机制做支撑，使得不同的应用程序客户互相不干扰的运行。S32Z/E无论从内核还是SoC架构上都设计了必要的虚拟化隔离机制。

其实中国新能源行业发展比较快，某些头部的新能源主机厂，他自己内部的零部件研发体系已经比较健全，对这类主机厂来说，S32Z/E也会是他们理想的选择。 因为他自己既负责定义电子电气架构，同时他已经积累了这些不同功能ECU的开发经验。当然对更多的主机厂来说，我觉得还需要一个过程，在这个过程中也许会有一个中间角色负责硬件和底层软件的开发，再加上一些上层算法的服务商，以及一个最终的系统集成商。整个汽车电子的游戏规则会变得比现在更复杂一些。

这是整个芯片的框图，大家可以看到，它的主要计算部分有若干个R52的组合，有四对锁步的R52，上面画的很清楚。这些我们希望它是主要被用来做业务逻辑的。还有一个对当中深蓝色的M33的锁步核，我们称之为System Manager，它可以被用来完成一些系统功能，比如你做Secure boot，或者做整个芯片系统的功能安全监控等等，和处理主业务逻辑的R52的完全隔离开来。

计算部分，我们还集成了一个DSP核，可以完成一些轻量级machine learning业务，主要针对ADAS上的，比如基于MPC的横纵向控制算法，因为它往往需要很多的浮点算力，如果是要跑在传统的逻辑核上面，它效率是非常低的，因为Simulink MPC toolbox生成出来的代码很多事基于Vector C的库的。

网络安全引擎HSE，我不在此展开了，S32Z/E集成的HSE加密引擎支持目前业界所有主流的对称和非对称加密算法。这里还有重点介绍一下S32Z/E中集成的一个网关子系统，称之为FlexLLCE，它也是由两对四百兆主频的M33核负责调度，通过一个CAN Hub支配24个CAN Controller组成的一个的CAN网关子系统。所有的CAN网关相关的功能，可以完全在这个子系统进行闭环处理。

还有我们集成了博世最先进的GTM4.1，这也是用来做高精度PWM输出的，主要应用场景包括发动机喷油点火，新能源汽车的主驱控制。当然我们也有TSN支撑的以太网接口，因为恩智浦处理器事业部的前身是Freescale，是以networking processor闻名的，所以在以太网方面，特别是时间敏感网络处理上面，恩智浦是有非常深的积累。

最后说一下Memory部分，因为这是一颗16纳米制成的芯片，以目前的工艺水平无法集成16nm embedded flash，所以我们需要一个额外的Flash Shadow放在外部，我们在系统初始化时会把时候会把存这个shadow flash中面的程序，直接加载到内部高达19兆的SRAM里面去。它好处显而易见，因为SRAM的运行速度肯定会快。

可能会有这样的疑问，如果19兆的SRAM不够，那是否有足以支持XIP的高带宽外部易失或者非易失性存储器访问接口呢？答案是肯定的，我们还会提供LPDDR4以及Hpyerbus 接口，可以方便用户灵活拓展高速存储介质。

右边是Z2的一个升级，我们称之为E2，它主要弥补了Z2对5V模拟I/O支持不足的问题。

如一开始提到的，S32Z/E因为有8个R52，最高主频到1Ghz,这样一个配置对大多数中国主机厂或者Tier 1来说，定调定的太高了。所以后面我们会有一个弱化的版本，叫S32Z1，它是四个R52的核组成的，相当于它的Performance降了一半，我们相信这颗芯片针对中国市场会有更多的适用场景。

最后我讲一下恩智浦车载处理器的生态，也呼应一下刚才地平线徐健生态官所提及的软件生态对现代处理器产品的重要性。苹果公司一位产品经理曾说过“如果你真的在意你的软件，那你就应当设计你的硬件”。我想说这句话放在今天的汽车处理器行业里，应该反过来讲，“如果你真的在意你的硬件，那你就应当去设计你的软件”。恩智浦公司作为全球领先的汽车处理器供应商在芯片底层软件上的投入是非常大的，无论从MCAL，HSE Firmware，还是一些私有的网络加速器IP的驱动上，恩智浦都投入了大量的研发资源。对客户而言，大部分这些由恩智浦原厂直接提供的软件都有着非常友好的商业模式。特别对中小客户而言，前期在软件上的投入门槛已经降的非常低。但在此我也想说，即便作为体量如恩智浦这样的汽车芯片原厂，我们当然很care我们的硬件产品，但这也并不意味着在这个软件定义汽车的新时代里会成为一个软件公司，事实上我们也只能聚焦在和硬件最紧密相关的底层软件上，这就是为什么我们需要一个很强大的生态。

比如在AUTOSAR软件中，MCAL和HSE Firmware只是和硬件相关的驱动层，而整个AUTOSAR框架中大部分模块是和硬件无关的上层协议栈。另外，随着以太网在新型电子电器架构中成为主干网络，以及SOA框架被越来越广泛的接受，都极大的外拓了传统汽车软件的边界，而这些软件组件绝大部分与硬件无关，不可能也不应该由像恩智浦这样的芯片原厂去实现。

过去我们依靠Vector，EB这类国际软件供应商为恩智浦全球的客户提供这类软件，今天我们在中国也有像普华、东软这样的优质生态合作伙伴专门服务本土客户。

另外和硬件生态合作伙伴上，我们也有非常多的实践，比如在高等级自动驾驶方案上，我们就选择了和地平线公司合作，一起开发了基于地平线征程5和恩智浦S32G的Matrix Superdrive参考设计，该方案也已经被许多中国主机厂所接受。

恩智浦作为一家真正深耕中国市场的外资芯片原厂一直把拓展本土生态圈作为工作重点。我们深信恩智浦在中国的成功离不开本土生态合作伙伴的支持和帮助。谢谢大家。