汽車MCU車規認證加速，功勞也要分給車規IP一半

電子發燒友網報道（文/周凱揚）單車內MCU數量的飛速增加為IC設計公司們提供了一個新的契機，不少過去主攻消費電子的MCU廠商們紛紛調轉方向來發力汽車電子。然而對于任何一家汽車芯片廠商來說，要想真正打入汽車市場站穩腳跟，車規都是一道繞不開的門檻。除了AEC-Q100這類針對IC可靠性的測試外，在設計階段，CPU IP的ISO26262功能安全認證同樣是不可或缺的。

且僅僅只是符合ISO26262的設計流程規范還不夠，來自各大第三方獨立功能安全認證機構的認證證書才是最終的目標，比如德國TUV、瑞士SGS和美國Exida等等。為此無論是座艙、網關還是ADAS上的芯片，在設計之初都要選擇已經驗證的車規IP。這樣才能盡可能縮短芯片的車規認證時間，加快上市進度。

Arm：從功能安全到性能的完整車規IP生態矩陣

Arm作為汽車領域的老牌IP供應商，已經打造一整套完整的汽車產品矩陣，涵蓋了從Cortex-M系列到Cortex-R系列，再到Cortex-A系列的不同處理器IP產品，覆蓋了傳感器、SoC管理、ADAS、IVI等常見汽車應用。根據Arm汽車事業部全球市場副總裁Dennis Laudick提供的數據，全球85%以上的IVI/座艙處理器和50%以上的ADAS應用處理器，都是基于Arm的。

以Cortex-M系列為例，基于M系列處理器IP的車規MCU產品無疑是出貨量最大的。當下主流車規MCU所用的Cortex-M IP中，性能從低到高有Cortex-M0+、Cortex-M4和Cortex-M7。其中前兩者多用于ASIL-B級別的MCU設計中，而雙核鎖步配置的Cortex-M7則常被用于ASIL-D級別的MCU設計中。

以最常見的Cortex-M4為例，該處理器IP在M3的基礎上加入了DSP指令，非常適合需要一定數字信號處理的應用，而內置FPU的Cortex-M4F更是成了不少MCU廠商的首選。NXP的S32K14x、英飛凌的CYT2B9、國民技術的N32A455以及旗芯微半導體的Raptor系列等都是基于該內核設計，這類MCU也都被廣泛應用于車身控制、智能座艙之類的基礎應用中。

這類應用中同樣受歡迎的還有Cortex-M33，這一處理器IP對成本和功耗敏感的MCU和混合信號應用做了特殊的優化，另外還集成Arm的TrustZone安全技術，加強了面對外來攻擊時的安全性。諸如兆易創新的首個MCU GD32A503和云途半導體的YTM32B1ME，均是基于該處理器IP開發的。

Cortex-M7、M55和M85對比 / 瑞薩

當然了，隨著對ASIL-D級別的車規功能安全認證以及更高性能的需求，Arm也推出了更高性能且支持到ASIL-D級別的Cortex-M85的處理器IP，來為打造高性能車規MCU的廠商提供一個通用計算性能高于M7的選擇，也ML/DSP應用提供更高的性能表現。相較6級流水線超標量設計的M7，M85采用了7級標量流水線和9到10級矢量和浮點流水線的設計，實現了6.28的CoreMarks/MHz，以及數倍于M7的ML/DSP性能。

在功能安全性上，Cortex-M85可以采用雙核鎖步的設計，從而用于對安全級別更高的車身控制應用中，比如高扭矩的牽引電機等。瑞薩電子也在去年展示了首個基于Cortex-M85打造的MCU樣片。在Arm已經實現了M23、M33、M55等多個處理器IP獲得第三方ASIL-D安全認證的前提下，相信M85很快也將獲得這一認證，與M33、M55一道成為新的車規MCU主流IP。

另外值得關注的是，在適應新的復雜汽車架構的過程中，隨著對性能要求的提高，Cortex-R系列的處理器IP也開始出現在部分車規MCU中。以意法半導體的Stellar集成式MCU為例，就集成了6個Cortex-R52核心。

其中Stellar P系列專為滿足下一代傳動系統、電氣化解決方案和域導向系統的集成需求而設計，可實現更高水平的實時性能、安全性和確定性。Stellar G系列專為應對下一代車身集成和區域導向車輛架構的關鍵挑戰而設計，可保證性能、安全性和功率效率以及廣泛的連接能力和高安全性。

近日，四維圖新旗下的杰發科技也發布了多核Cortex-R52設計的MCU芯片AC7870x系列。該MCU符合功能安全ASIL-D，主頻高達350MHz，可滿足ECU的高安全等級要求。杰發科技也表示，AC7870x系列將在2024年正式推向市場。

RISC-V：逐漸壯大的車規IP陣容

盡管RISC-V在汽車電子應用上的積累沒有Arm那么久，但從這幾年各大RISC-V IP廠商推出的新品來看，RISC-V在車規IP的進展可謂一點都不慢。在SiFive、芯來科技、晶心科技、隼瞻科技和NXITEXE等廠商的推動下，RISC-V在車規IP領域一技能提供了相當廣泛的選擇。

SiFive車規IP / SiFive

在去年九月推出了32位的E6-A和64位的S7-AD與X200-A這三大車規IP解決方案后，終于在今年7月迎來了針對E6-AB的首個ASIL-B認證。E6-A專為車內各種實時32位應用設計，從系統控制到HSM模組等，也非常適合用于車規MCU的內核。該IP采用了單發射8級流水線的設計，除了最小化邏輯冗余的E6-AB外，SiFive也在推進雙核鎖步的E6-AD和分核鎖E6-AS的ASIL-D認證工作。

NA900微架構 / 芯來科技

而RISC-V CPU IP中率先獲得ISO 26262 ASIL-D認證的，則是芯來科技的NA900和NA300。芯來科技對車規IP以及認證的布局早在兩年前就開始，作為N900的車規版本，采用九級流水線設計的NA900對標的正是上文提到的Arm Cortex-R52。武漢二進制半導體在去年滴水湖論壇上公開的伏羲2360車規MCU，正是基于芯來科技的NA900打造。

至于全球首個ISO26262 ASIL-B認證的RISC-V CPU IP，則是由晶心科技的N25F-SE于去年獲得。N25F-SE 是一個5級流水線的32位RISC-V CPU核心，支持標準的 IMACFD 擴展指令集，包括高效整數指令集和單/雙精度浮點運算指令集。配合晶心的第五代V5擴展指令集，可以進一步提高性能并降低程序代碼的大小。而ASIL-B的認證，已經可以讓N25F-SE用于儀表盤、車內監控與燈光控制等應用中。

專注于RISC-V處理器IP和EDA的初創公司隼瞻科技，也在今年陸續發布了Wing-M050，Wing-M100A、Wing-M130和Wing-M500這幾個車規級RISC-V IP產品。其中Wing-M050，Wing-M100A和Wing-M130主要面向低功耗車規MCU設計，其中Wing-M100A采用雙核鎖步機制，可以滿足ASIL-D的功能安全等級要求。而雙發射7級流水線設計的M500，則是可用于車規域控制器的高性能核心，且M500具備Split特性，可在車規功能安全與處理器性能之間動態切換。

略顯遺憾的是，國內的另一大RISC-V IP廠商平頭哥似乎并沒有選擇在汽車領域發力，而是選擇了先專注于消費電子和工業電子領域。

自主與其他授權IP打造車規MCU

除了Arm和RISC-V之外，還有的MCU廠商也在堅持打造自主架構IP或利用其他授權IP來實現車規MCU的出貨。這種另辟蹊徑的做法讓它們對于芯片架構的設計有了更多自由度，也給到車規MCU更多的選擇。

國芯科技基于摩托羅拉授權的M*Core指令集與IBM授權的PowerPC指令集為基礎，打造了具有自主知識產權的C*Core系列32位RISC CPU IP。國芯科技基于該架構的打造了一系列汽車MCU芯片產品，諸如中端域控制器芯片CCFC2016BC、高端域控制器芯片CCFC3007PT等，最高安全等級可達ISO 26262 ASIL-D標準。國芯汽車也就這些產品，在網關控制芯片、儀表芯片、智能傳感器芯片等12條車規產品線上實現了系列化布局。

不過近期國芯科技也開始探索RISC-V架構在汽車領域的應用，比如開啟了首款基于RISC-V架構的車規MCU芯片CCFC3010PT的研發，該芯片采用的自研RISC-V CPU核心CRV4E。CCFC3010PT主要面向動力電池DC-DC和OBC應用，對標的正是上文提到的意法半導體Stellar MCU中的E系列（主要采用Cortex-M7內核）。

芯旺微電子作為國內少數擁有自主IP內核架構的MCU公司，已經基于Kungfu內核推出了多款車規級MCU，應用覆蓋底盤動力、智能座艙、電機電源和車身控制等多域場景。去年芯旺微已經獲得了ISO26262 ASIL-D的流程認證，今年也有部分KF32A系列的車規MCU產品獲得了ASIL-B的證書。

近日，芯旺微發布了基于Kungfu32內核的32位車規MCU新品，KF32A158。KF32A158符合ASIL-B汽車功能安全等級，主頻也達到了KF32A系列的新高120MHz，這也意味著Kungfu內核終于也在汽車中高端應用中實現了突破，可以用于更多的汽車控制系統中，諸如儀表控制、熱管理等等。

寫在最后

從以上不同架構的車規產品可以看出，要想打造一個符合功能安全的車規MCU，就少不了車規級IP的支撐。這一準則也不限于車規MCU產品，還有各種車規SoC產品，而這類產品除了要選擇通過認證的CPU IP外，也還有各種車規接口IP、圖形IP需要考量。芯片廠商要想進一步縮短車規芯片的上市周期，就該及時做好功能安全的設計規范，選擇合適的車規IP。