汽車智能化的大趨勢(shì)下，“軟件定義汽車”成為產(chǎn)業(yè)共識(shí)。傳統(tǒng)的汽車電子電氣架構(gòu)一般是ECU（電子控制單元）分布式，由單一功能的ECU連接，以總線將多個(gè)ECU連接成網(wǎng)絡(luò)，如需要增加功能，就需要在總線上增加相對(duì)應(yīng)的ECU，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，軟件在汽車中的作用越來(lái)越重要，ECU數(shù)量也隨之增多，小型車輛大概有20~30個(gè)ECU，大型車輛則有超過(guò)100個(gè)ECU，布線變得越來(lái)越混亂復(fù)雜。復(fù)雜的分布式電子電氣架構(gòu)已經(jīng)難以滿足智能化功能對(duì)算力、傳輸速度等方面的要求，集中式電子電氣架構(gòu)成為發(fā)展趨勢(shì)。

繼兩年前推出的大獲成功的汽車網(wǎng)絡(luò)處理器系列S32G之后，近期恩智浦又推出了全新的S32汽車平臺(tái)全新的產(chǎn)品組合——S32Z和S32E實(shí)時(shí)處理器系列，是具備安全MCU關(guān)鍵確定性行為的全新處理器系列，提供出色的千兆級(jí)內(nèi)核主頻，多應(yīng)用隔離和存儲(chǔ)器擴(kuò)展功能，助力新一代的軟件定義汽車。

汽車架構(gòu)向域和區(qū)域化演進(jìn)

“近年汽車電子電氣架構(gòu)發(fā)生了向域和區(qū)域化轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)。在域方面，主要是對(duì)軟件進(jìn)行了整合升級(jí)，使得部分ECU的功能都能集成到一個(gè)核心的域ECU上；區(qū)域化方面則更多考慮相鄰位置的ECU功能的合并，簡(jiǎn)化了線束連接。恩智浦最新推出的S32Z和S32E實(shí)時(shí)處理器就是希望能滿足電子電氣架構(gòu)演進(jìn)對(duì)處理器芯片提出的新要求?！倍髦瞧职雽?dǎo)體資深副總裁，汽車控制及網(wǎng)絡(luò)解決方案產(chǎn)品線總經(jīng)理Ray Cornyn如是說(shuō)道。

汽車電子電氣架構(gòu)向軟件定義汽車演進(jìn)（圖源：恩智浦公司）

向域控制發(fā)展存在新的挑戰(zhàn)：在集成的過(guò)程中，有些軟件是OEM所有，有些是一級(jí)供應(yīng)商所有，如何集成這些軟件就成為了挑戰(zhàn)。S32Z和S32E能夠應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，使來(lái)自不同供應(yīng)商的軟件能夠獨(dú)立地、互不干擾地運(yùn)行。

有了S32Z和S32E的加入，如今恩智浦S32系列芯片可以為汽車基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)提供端到端解決方案，涵蓋車輛行駛和運(yùn)行的方方面面，此前發(fā)布的S32K主要負(fù)責(zé)車身與舒適系統(tǒng)，S32G主要負(fù)責(zé)汽車網(wǎng)絡(luò)，如今推出的S32Z和S32E則主要負(fù)責(zé)車輛的動(dòng)力學(xué)控制等安全實(shí)時(shí)類的應(yīng)用，這些系列組合可加速智能互聯(lián)汽車和軟件定義汽車的落地。

實(shí)時(shí)處理至關(guān)重要

在計(jì)算領(lǐng)域，“實(shí)時(shí)”指在指定時(shí)間段內(nèi)對(duì)事件做出響應(yīng)。否則，應(yīng)用可能無(wú)法正常工作且運(yùn)行不安全。實(shí)時(shí)應(yīng)用是指與車輛的動(dòng)力控制以及駕乘人員舒適性有關(guān)的一些應(yīng)用，包括制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子穩(wěn)定控制、牽引電機(jī)控制，以及電動(dòng)汽車有關(guān)的電源轉(zhuǎn)化、車載充電等，這些應(yīng)用都需要建立在實(shí)時(shí)、安全控制的基礎(chǔ)上。

為了滿足時(shí)序限制，處理器內(nèi)核必須滿足性能要求，提供快速中斷響應(yīng)并提供確定執(zhí)行。S32Z和S32E系列處理器中使用的Arm Cortex-R52處理器內(nèi)核能夠滿足這些要求，在高度集成的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。同時(shí)具備ASIL-D的功能安全等級(jí)以及千兆級(jí)的內(nèi)核主頻，還集成了原本在網(wǎng)絡(luò)處理芯片中特有的網(wǎng)絡(luò)加速引擎。

多ECU集成

多ECU集成示例（圖源：恩智浦公司）

上圖左側(cè)是傳統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車的集成控制情況，如今在電動(dòng)汽車?yán)镄枰刂坪芏嚯娮与姎獠考?，多個(gè)ECU之間通過(guò)串行通信接口連接，每個(gè)ECU都是獨(dú)立的。S32Z和S32E能夠提供一個(gè)通用的軟件平臺(tái)對(duì)傳統(tǒng)功能進(jìn)行集成，使得多個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用能夠在同一個(gè)處理器芯片中同時(shí)運(yùn)行。

S32Z和S32E處理器支持多個(gè)隔離的虛擬機(jī)(VM)與“內(nèi)核到引腳”硬件虛擬化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)新的硬件隔離級(jí)別，即每一個(gè)應(yīng)用在虛擬的處理器上運(yùn)行時(shí)都能夠指定一組硬件資源集合，這樣其他的應(yīng)用就沒(méi)有辦法“盜取”它的資源，通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)保障使各個(gè)功能獨(dú)立地運(yùn)行。

      發(fā)揮5nm技術(shù)優(yōu)勢(shì)

S32Z和S32E是恩智浦全新系列推出的首款產(chǎn)品，屬于中端千兆級(jí)的16nm可擴(kuò)展系列。Ray Cornyn透露，在2023年底恩智浦還會(huì)推出低端的裁剪版本Z1，還有不久前恩智浦CEO Kurt Sievers在一次活動(dòng)中展示過(guò)的下一代更高性能的5nm芯片已進(jìn)入功能測(cè)試階段，將會(huì)在適時(shí)推出，使得全球的OEM和一級(jí)供應(yīng)商可以通過(guò)S32Z和S32E處理器實(shí)現(xiàn)多樣化的實(shí)時(shí)集成，并且得到良好的生態(tài)系統(tǒng)的支持。

S32實(shí)時(shí)處理器路線圖（圖源：恩智浦公司）

“考慮到當(dāng)前市場(chǎng)上的芯片短缺，處理器選擇陳舊工藝可能會(huì)面臨產(chǎn)能風(fēng)險(xiǎn)，我們使用了16nm FinFET，因?yàn)樗凶銐虻漠a(chǎn)能支持汽車領(lǐng)域的客戶。”Ray Cornyn表示,“5nm技術(shù)在功耗管理方面非常強(qiáng)大，對(duì)于高性能處理器的散熱非常有好處，相信再過(guò)幾年5nm也會(huì)成為理想的選擇，我們也會(huì)將5nm米技術(shù)應(yīng)用于全系列的產(chǎn)品以充分地發(fā)揮5nm技術(shù)的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

一致的兼容性

恩智浦的S32系列產(chǎn)品有很好的軟件兼容，Z和E系列產(chǎn)品還能實(shí)現(xiàn)引腳兼容。兩系列的初版樣品擁有8個(gè)帶可分鎖步支持特性的Cortex-R52處理器內(nèi)核，工作頻率高達(dá)1 GHz。借助可分鎖步功能，可以在啟動(dòng)時(shí)根據(jù)應(yīng)用需求選擇不同的處理器內(nèi)核配置。例如，支持4個(gè)鎖步對(duì)，其中兩個(gè)鎖步對(duì)有4個(gè)非鎖步處理器內(nèi)核，或者所有8個(gè)處理器內(nèi)核都在非鎖步模式下運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)較高的靈活性。

新產(chǎn)品使用LPDDR4 DRAM 和Flash存儲(chǔ)器擴(kuò)展存儲(chǔ)器，還支持更大的應(yīng)用和未來(lái)重要的數(shù)據(jù)，包括支持機(jī)器學(xué)習(xí)和用于汽車服務(wù)和數(shù)據(jù)共享的AUTOSAR ?自適應(yīng)平臺(tái)。

（圖源：恩智浦公司）

作為車載處理器，S32Z和S32E可以與其他傳統(tǒng)的控制器通過(guò)以太網(wǎng)和傳統(tǒng)的CAN接口連接，恩智浦還與博世聯(lián)合開(kāi)發(fā)了CAN-XL接口。

“現(xiàn)在很多的客戶都希望能把驅(qū)動(dòng)功能也集成到器件中，之前有一些做法是在邊緣側(cè)或區(qū)域控制器端實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能，有客戶希望能夠把驅(qū)動(dòng)功能融合到域控制器的主處理器中，恩智浦的S32E就能滿足這方面的需求。在功能性、內(nèi)核和軟件兼容方面，S32Z2和S32E2是統(tǒng)一的?！盧ay Cornyn指出。

綜合來(lái)看，S32Z和S32E處理器在車載復(fù)雜的實(shí)時(shí)應(yīng)用和需要更高性能的更高級(jí)別軟件集成場(chǎng)景中能發(fā)揮其領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。與通常在300~400 MHz范圍內(nèi)運(yùn)行的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品28nm安全微控制器相比，16nm S32Z和S32E處理器的速度高達(dá)1 GHz，具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此前6月的Embedded World大會(huì)上，S32Z、S32E實(shí)時(shí)處理器作為創(chuàng)新的硬件解決方案而廣受贊譽(yù)，榮膺2022年Embedded World創(chuàng)新硬件獎(jiǎng)。

據(jù)悉，S32Z和S32E會(huì)在明年量產(chǎn)，中國(guó)市場(chǎng)上大量的新能源初創(chuàng)車企對(duì)電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)接受度更高，對(duì)ECU整合的需求也更加旺盛，S32系列產(chǎn)品的有著很好的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。目前S32汽車平臺(tái)的產(chǎn)品在G、R、K等系列的基礎(chǔ)上又加入了Z、E系列，另外也有其他系列，都遵循同樣的功能安全和信息安全的標(biāo)準(zhǔn)，以及同樣的開(kāi)發(fā)流程。

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