作者 | 陈康成

出品 | 焉知

未来汽车对中高端MCU的需求分析

大家都在讲，智能网联汽车的上半场是电动化，下半场是智能化。当前，上半场已经接近尾声，越来越多的竞争选手开始将重心转移至下半场。

在电动化领域，传统燃油动力和传动系统被电池、电传动系统所取代。例如，电驱、BMS、DC-DC等成为必不可少的模块。另外，传统底盘也开始向智能/一体化底盘转变，主动悬架、线控转向以及线控制动等将逐渐成为主流。在智能化领域，智能座舱和智能驾驶是开展最早、推进效果也最明显。例如，液晶仪表与HUD、前视一体机、辅助驾驶系统等智能化属性的配置已成为中高端汽车的标准配置。

趋势变革带来新的应用需求（焉知汽车制图）

整体来看，电动化是智能化的基础，而电动化和智能化的发展又进一步推动了整车EE架构的演进。当前，大多数车企处于域控制器集中式架构阶段，也有部分头部车企已经迈进中央计算+区域控制架构阶段。但是，在向这个阶段的演进过程中，将会呈现出两种不同的架构形式：

• 路径1：完全区域化架构：中央计算大脑+4个区域控制器（前后左右4个跨域融合ZCU）。在此架构中，车身、动力和底盘的相关功能全部被拆开、打散，就近融合到附近ZCU中。

• 路径2：半区域化架构：中央计算大脑+区域控制器（车身型ZCU）+功能域控制器（动力域控制器、底盘域控制器）。相比完全区域化架构，主要差异点在区域控制器 —— 左右区域控制器基本上还是以实现车身相关的功能为主；动力域和底盘域相关的功能没有被拆分，仍是各自作为独立的功能域控制器存在。

EE架构演进过程中的两种存在形式（示意图）

在谈到这两种不同融合方向的EE架构时，芯驰MCU产品线总经理张曦桐告诉焉知汽车：“这两种架构在接下来的一段时间内会共存。主机厂会采用什么样的EE架构，跟其自身的技术路径有很大关系。一些垂直整合能力较强的车企，动力和底盘域控制器在先前也大都是自研的，可以这些功能域控制器中的功能拆开、打散，并整合到区域控制器中。所以，他们通常会直接采用完全区域化的EE架构。”

“另外一些车企由于其不同的理念和架构平台的设计，可能会采用半区域化架构，即动力和底盘部分仍沿用以前的功能域控制器形式，左右车身相关的功能则分别集成到左右区域控制器中，即车身型ZCU。”

我们可能会好奇，整车EE架构的演进到底会对主控MCU提出了什么样的新需求呢？整体来看，新一代的EE架构对主控MCU在处理能力、外设接口、虚拟化机制以及安全等方面提出了较高的要求。

E/E架构演进对主控MCU需求的影响分析（焉知汽车制表）

从汽车应用出发，进行产品定义

现在车企都在谈降成本，压力必然会传导到上游供应商。通常情况下，车企通过降低供应商的采购价格来实现降本是主要的常规手段之一。对于供应商而言，要保证自己的利润，最好的方法就是让自己的产品成本保持在一个有竞争力的水平。

芯片产品的成本与产品定义紧密相连，产品定义一旦结束，成本的大致区间就基本定型。这就意味着在做产品定义时，对于支持什么功能、不支持什么功能，以及工艺制程和 IP 的选择等都要深思熟虑，因为这些方面是芯片成本的决定性因素。如果前期，产品定义的方向出现了偏差，后期无论怎样通过供应链优化成本，其效果都将受到严重限制，难以达到预期。

另外，不同的应用场景对芯片的需求不一样，况且，车企所寻求的也并非是那颗最强的芯片，而是一颗最为合适的芯片。因此，芯片公司在定义和设计产品时，必须从实际应用和需求出发，切不可一味地追求大而全，而是要在切实满足需求的前提之下，努力达成性能和成本的最佳平衡，唯有如此，才有可能找到最佳的解决方案。

对此，芯驰的解题思路是“懂芯，更懂车”。虽然是芯片厂商，但是芯驰这几年投入很多的资源去研究整车的架构。张曦桐介绍说：“我们跟很多主机厂、Tier1以及包括高校、研究机构合作，一起去研究和讨论车的电子电气架构演进方向。比如，从技术合理性和成本最优出发，整车未来的电子电气架构的终极形态应是怎样的？应从哪些维度评价E/E架构的优劣？多域融合架构的演进和挑战？线控底盘什么时候会规模化量产落地，会往哪个方向去融合、量产落地的壁垒是什么？然后，再从应用的角度正向推导出需要什么样的芯片。”

“因为整车架构是一个很复杂的系统，刚开始做的时候，起步是艰难的，过程是痛苦的，但是做好这个事情的收益也是巨大的。这确保了我们做的产品定义能够具备一定的前瞻性。”

“我们会深入研究各车企现在的架构设计，以及未来的架构规划和芯片选型需求。需求调研完之后，我们把车企的各类型架构对芯片的需求进行拆分、合并同类型，最后划分出几大芯片技术平台，争取通过几个芯片平台尽量覆盖到市场上大多数车型的需求。比如，高端车型大概需要什么样的MCU，中低端车型又分别需要什么样的MCU。”

“做完这些研究和分析之后，我们便有能力去协助车企判断其架构的合理性，分析往哪个方向融合会更合理，哪种技术和架构有利于系统在性能和成本上达到最佳平衡。”

2.1 芯驰E3产品布局

秉承以应用和需求为导向的产品设计理念，芯驰将E3系列产品划分为入门级、中端、旗舰级三大技术平台，支持灵活配置以满足汽车领域多样化的应用需求。

芯驰E3系列芯片产品布局（图片来源：芯驰科技）

1）入门级：E31系列

功能安全达到ASIL B等级；在处理器上，E31系列内置单核R5F@300MHz CPU或双核R5F@400MHz CPU (此外，配备独立信息安全内核)。在功能上，支持IO导向型的区域控制/车身域控、座舱系统管理、ADAS前视一体机、成本敏感型的激光雷达等。

2）中端：E32系列、E33显示系列和E34系列

功能安全达到ASIL D等级。在处理器上，E32系列内置双核R5F@400MHz CPU，E33系列内置双核R5F@600MHz CPU，E34系列内置4核R5F@600MHz CPU。在功能上，E33显示系列MCU集成高性能图像处理引擎，以及多类视频图像接口，主要应用于仪表、HUD、智能后视镜等显示类的应用。E32系列和E34系列MCU应用于整车高功能安全要求的应用，例如激光雷达、底盘的CDC悬架控制One Box以及三电领域的BMS、电驱、VCU应用。

应用案例：安智杰的前视一体机的主控芯片是地平线的J2/J3 SoC芯片+ 芯驰的 E3420 芯片，可支持单V、1R1V、3R1V以及5R1V的配置。

3）旗舰级：E36系列、E38系列

功能安全达到ASIL D等级。在处理器上，E36系列内置6核R5F@600MHz CPU 或8核R52+@600MHz CPU；E38系列集成异构多核集群，定位MPU或超高端MCU。其中，芯驰最新一代的E3650芯片采用了高性能实时8核R52+@600MHz CPU。在功能上，E36系列MCU芯片支持跨域融合的ZCU区域控制器 (尤其针对融合线控底盘带来的需求增长)、智能底盘域控制器、高端多合一动力域控制器、高阶智驾域控等应用。E38系列则属于比较前瞻性的产品，未来将用于实现整车智控小脑。

应用案例：智华科技的5R5V12U行泊域控解决方案，采用了芯驰的E3640 芯片，用于部署超声障碍物感知和空间车位感知以及基础软件，支持实现自动泊车和高速行车功能。

2.2 区域控制器芯片E3650芯片设计考量

随着新一代整车区域控制器走向跨域融合，车身功能时常需要跨域集成底盘、动力相关功能，复杂度显著提升。基于这样的实际需求考量，芯驰科技设计并发布了E3系列最新旗舰级MCU产品 —— E3650，最突出的特点就是专门为新一代区域控制器应用而设计，能够有效解决当前EE架构演进中遇到的MCU处理能力局限、IO数量限制、存储资源紧张等痛点问题，从而可以支撑主机厂实现更高集成度、更安全、更宽配置的EE架构。

芯驰科技车规级MCU旗舰产品E3650（图片来源：芯驰科技）

1）支持跨域融合ZCU对于MCU的需求

研究整车EE架构时，不仅要全面、宏观地把握整体发展趋势，还要能够深入洞察到每一个功能本身在垂直方向的技术迭代进程。这些功能的演进很有可能会影响到控制器对MCU芯片的需求。

从需求本身来看，接下来，汽车市场对MCU的整体需求肯定是往高走的，这很考验芯片厂商的研发能力和整体系统设计能力。

E3650 —— 面向控制融合型ZCU的产品（图片来源：芯驰科技）

A.GPIO数量需求

近年来，由于区域控制器集成度的提升和功能范围的扩展，需要衔接越来越多的外设，对主控MCU的GPIO数量需求成为了显著痛点。当前，很多ZCU由于可用的IO数量有限，需要外挂数量众多的IO扩展芯片，导致方案占板面积大、系统复杂度高，也带来额外的成本上升。

E3650通过先进的架构设计，在同级别产品中，单颗MCU可用GPIO 数量处于领先水平，可有效帮助主机厂减少IO扩展芯片数量、降低系统成本和复杂度。同时，即便拥有如此丰富的GPIO资源，E3650的芯片面积仅有19x19mm，有助于主机厂实现控制器的极致小型化。

B.内存资源需求

可以看到，近一两年，底盘部分变化比较大，并且也是大家关注的热点领域 —— 底盘正逐渐全部线控化。其中，2025年将有车型率先实现SBW线控转向量产上车，接下来是EMB-线控制动，可能在2026年量产上车。EMB一旦上车，对区域控制器中MCU芯片的资源需求会带来更大的挑战。

张曦桐解释说：“原来ZCU融合的是简单的EPB/ EPS功能，ZCU对芯片的资源需求可能没那么高。当半线控变成全线控之后，单单一项线控底盘类的功能，可能就需500K，甚至1M的SRAM存储空间，这必然会导致MCU芯片中SRAM存储容量需求的快速上升。”

“现阶段，市场上主流的车规级MCU芯片，SRAM的存储容量基本在1~2M左右的水平。在没有融合EMB 之前，可能它的SRAM已经被占用了80%~90%的存储容量。这意味着很难再集成一个500K~1M存储需求的EMB功能进去。”

由此看来，芯驰在对E3650进行产品定义的时候，已经预留了线控底盘落地对MCU芯片资源的需求。比如，考虑到未来几年对线控 EMB 融合和落地的支持，E3650 里配置了近 5M 的 SRAM 。

C.通信加速机制

区域控制器与底盘之间基本上都是通过CAN进行通信，待底盘完全线控化之后，整个区域控制器CAN通信的负载也会大幅上升。

以往，大家在区域控制器里面去做CAN通信的时候，如果没有专门的通信加速引擎，一般是通过CPU去完成通信加速。这种情况下，CPU的负载会达到70%~80%左右，并且还会频繁出现丢包、通讯延迟等问题。

针对此类问题，在E3650芯片中，芯驰采用了专门用于CAN通讯加速的、全新升级的、全自研的SSDPE（Super Speed Data Packet Engine）硬件通信加速引擎。即便在16路CAN FD同时工作的情况下，它也可以实现零数据丢包。另外，采用E3650芯片后，所有的CAN通讯也可以不再经过CPU，直接在硬件通信加速引擎上便可以完成，可以有效减轻CPU负载，提升通信吞吐率。

D.虚拟化隔离机制

底盘以及动力系统属于硬实时系统，并且与行车安全强相关，需要满足超低延迟和快速响应，以及较高功能安全和信息安全等要求。然而，车身系统的大多功能对这些方面的要求要低很多。但是，对于跨域融合ZCU , 一旦其同时集成了底盘和动力相关的功能，就必需要设计一些虚拟化的隔离机制，以确保系统的高安全性要求。

E3650在软硬件设计上专门针对MCU系统上的虚拟化(Hypervisor)做了优化支持。在硬件层面，采用了更适合支持虚拟化设计的R52+内核，其在异常级别、内存保护单元、中断虚拟化以及软件集成与兼容性等方面相比 R52内核有了进一步的优化和增强。在软件层面，E3650可单芯片支持六个操作系统独立运行的多系统高效隔离，以及升级硬件通信加速引擎降低 CPU 负载等。

总之，E3650在虚拟化上的优化设计可以帮助主机厂实现更高效的业务隔离和代码集成。

2） 支持高阶智驾对MCU的需求

不管是直接采用前视一体机的低阶智驾方案，还是采用域控制器的中高阶智驾方案，硬件方案形式上主要是：SoC +MCU。其中，SoC一般负责复杂的计算任务，例如图像处理、传感器融合和路径规划；MCU则负责状态监控，以及实时性要求比较高的整车控制任务等。

不同级别智驾的应用，对SoC芯片在需求上有显著的差异。那么，对于MCU的需求是否也存在较大的差别？

不同级别智驾对主控MCU芯片需求的对比分析（焉知汽车制表）

在低阶智驾和中高阶智驾域控方案中，两者所需要的MCU在控车算法的复杂度以及跟底盘需要互动的功能上存在差别。

在低阶智驾的前视一体机方案中，MCU一般无需做路径规划。在控车层面，它基本上只做纵向的控制（油门，刹车），横向的控制（变道）基本不做，控车的难度会更小。

然而，在中高阶智驾域控制器方案中，MCU 的任务变得更加复杂，除了基本的车辆状态监控和传感器数据预处理外，它还需要与多个复杂的子系统进行协同通信。在控车层面，MCU不仅需要负责纵向控制，还需要做横向控制。并且，它还可能要参与到智能驾驶系统的部分冗余设计中，以确保系统的安全性和可靠性。

E3650 —— 面向高阶智驾域控的需求（图片来源：芯驰科技）

E3650作为E3系列中的旗舰产品，不仅可以广泛应用于区域控制器领域，也可以完美适配到高阶智能驾驶的域控制器方案中。

• E3650采用最新的ARM Cortex R52+高性能锁步多核集群，主频达到600MHz，同时，还集成了高达16MB的嵌入式非易失性存储器eMRAM，以及5MB的SRAM，保证了高阶智驾对MCU的高处理能力和高实时性要求。

• E3650满足AEC-Q100 Grade 1可靠性和ISO 26262 ASIL D功能安全等级，满足高阶智驾的高功能安全需求。

• E3650具备丰富可用的外设资源，比如，不仅具有多路高性能CAN通信引擎，同时还集成多路高速以太网接口，支持桥接和TSN，以满足高阶智驾对MCU芯片外设接口的高要求。

“硬实力”支撑 +“软实力”赋能

在汽车智能化、电动化以及EE架构集中化的发展趋势下，智能车控领域对高性能、高可靠的车规 MCU 芯片产品的需求不断攀升。芯驰科技推出的 E3 系列芯片，作为专门面向新一代EE架构打造的中高端MCU产品，可以全面覆盖区域控制、智能底盘、电驱和动力系统、电池管理（BMS）、智能驾驶、智能座舱系统管理等多个核心应用领域 。

芯驰E3产品在国内市场获得成功，除了可归因于产品本身的高性能、高可靠性等优势之外，也与芯驰在其他方面的 “软实力” 息息相关。

（1）设计理念方面：芯驰采用正向芯片设计方法，切实做到从汽车实际的应用需求出发，深入研究整车架构的发展趋势，以及各细分功能在垂直方向的迭代进展，以此确保产品设计的前瞻性。

（2）经验传承方面：芯驰本身也在做座舱SoC芯片设计，很多经验直接复用到了E3系列MCU芯片上，比如，先进工艺制程芯片的设计能力，以及虚拟化技术等复杂系统的设计和量产能力，这些经验和能力更好的支撑MCU逐渐走向高端化的需求。

（3）客户服务方面：芯驰在项目上的响应速度和支持的力度，也得到了车企客户的广泛认可。车企在项目上一旦出了问题，一般需要供应商在24小时内到现场解决问题，有些复杂的情况甚至需要后端的研发直接到现场。目前，也只有国内的厂商才有可能达到这种级别的高响应速度。

（4）软件生态搭建方面：在基础软件方面，芯驰维护了两套软件系统：AutoSAR MCAL 和 SSDK。同时，芯驰也跟国内外主流的AutoSAR供应商的产品做了适配，比如国内的普华、东软睿驰、恒润，以及国外的Vector、ETAS、EB等；在集成开发环境方面，芯驰与IAR以及Greenhills进行了适配；在显示中间件部分（HMI Framework），芯驰与当前主流的库做了适配，包括QT for MCU和LittleVGL等。总之，芯片厂商工具链的易用性以及软件生态的搭建，关乎到芯片产品的交付速度和质量，以及客户最终的使用体验。

截至目前，E3系列产品整体出货量已达到数百万片，在奇瑞、吉利、长安、小米、理想、零跑等主流车企的20多款车型上实现量产应用。以下是典型应用案例：

• 区域控制器领域：在多家头部车厂实现量产出货及车型定点；

• 激光雷达领域：E3系列MCU芯片已经在理想L9、小米SU7、路特斯ELETRE、零跑C10等车型上量产应用；

• 电传动领域：采用了芯驰E3系列MCU，且由威睿能源打造的OBC+DCDC项目，已经成功在沃尔沃EX30 、极氪X、smart 精灵#1、smart 精灵#3等车型上量产并出海欧洲；

• 智能底盘领域：采用芯驰E3系列MCU的悬架控制器（CDC）已经在奇瑞瑞虎9、星途瑶光等车型上量产应用。

芯驰E3系列芯片量产案例（图片来源：芯驰科技）