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[导读]随着汽车电动化、智能化和网联化趋势的日益加强,汽车产业对芯片和电子元器件的需求正呈指数级的增长。传统汽车电子元器件企业对汽车应用功能创新的需求无法全部满足,在应对众多造车新势力的设计与采购需求时也捉襟见肘,行业需要更多优秀的芯片企业投身于汽车元器件供应链。特别是众多MCU厂商,也看到了汽车元器件的升级机遇,纷纷入局汽车产业。

随着汽车电动化、智能化和网联化趋势的日益加强,汽车产业对芯片和电子元器件的需求正呈指数级的增长。传统汽车电子元器件企业对汽车应用功能创新的需求无法全部满足,在应对众多造车新势力的设计与采购需求时也捉襟见肘,行业需要更多优秀的芯片企业投身于汽车元器件供应链。特别是众多MCU厂商,也看到了汽车元器件的升级机遇,纷纷入局汽车产业。

根据IC Insights统计,汽车MCU市场规模在经历了2018~2020年的微增长,甚至负增长之后,在2021年迎来了23%的爆发式上涨,销售额达到76亿美元,该机构预计2022和2023年仍然会保持16%的年复合增长率。在76亿美元的全球市场销售额中超过3/4是由32位MCU贡献的,达到了58亿美元,16位MCU的收入为13亿美元,8位MCU的收入为4.41亿美元。未来预计32位MCU还会继续蚕食16位和8位MCU市场份额。

▲ 全球汽车MCU市场规模统计及预测(图源:IC Insights)

产业结构重塑

GD32A503系列车规MCU应运而生

正是看到了汽车供应链的显著变化,诸多半导体厂商开始入局汽车市场,兆易创新就是其中之一。“进击汽车市场是GD32 MCU产品家族不断迭代演进的必经之路,当前正是不可错过的历史机遇期。兆易创新除了看重这一领域长期的蓝海属性外,公司已有的产品规划和技术积累也为入局车规MCU市场做好了准备。”兆易创新产品市场总监金光一先生表示。

众所周知,车规MCU与通用MCU的要求和标准并不相同,需要跨越三道门槛,包括质量管理体系认证IATF16949、可靠性标准AEC-Q100、功能安全标准ISO26262等。为了规划和设计出满足汽车应用需求的MCU产品,兆易创新在2020年就开始了车规MCU的布局,经过两年多的开发验证,40nm车规MCU产品GD32A503系列已于2022年9月正式推出。

GD32A503新品采用40nm车规工艺制程和高速嵌入式闪存eFlash技术,引入DFM可制造性设计及高测试向量覆盖。并以出色的静电防护及抗干扰(ESD/EFT)能力,满足汽车电子严苛的低失效率和高可靠性要求。

GD32A503的开发基于汽车电子通用测试规范AEC-Q100 Grade 1标准,流片封测及生产供应链管理也已通过汽车行业质量管理体系IATF 16949:2016规范认证。零缺陷(Zero Defect)质量管控理念贯穿研发和生产流程各环节,特别强调预防系统控制和过程控制,为产品的高品质和高可靠性提供了保障。

GD32A503系列MCU基于100MHz Cortex®-M33内核,配备384KB Flash和48KB SRAM,另有专用代码空间可配置为64KB DFlash/4KB EEPROM。存储器支持ECC校验,数据通信支持CRC校验,还配备了高低电压监测(BOR/PDR)、时钟监测等功能安全机制,以支持系统安全稳定运行。芯片采用2.7-5.5V宽电压供电,工作温度范围-40~+125℃,工作寿命15年以上。

为实现多样化的车身控制和互联应用,GD32A503集成了多种通信接口增强连接能力,支持多达3个USART、2个I2C、2个SPI、1个I2S,还配备了2个CAN FD和3个LIN。根据开发应用需求,新增的MFCOM组件可以灵活配置为USART/SPI/I2C/LIN等接口,进一步提升了方案设计的灵活性。芯片配备了1个通用16位定时器、2个基本定时器、4个PWM高级定时器。内部12位ADC采样速率可达1M SPS,还集成了快速比较器、DAC等高精度模拟外设以支持车用电机控制。

▲ GD32A503系列车规MCU系统框图

与外购IP库直接集成推出产品的厂商不同,兆易创新选择了一条稳扎稳打体现实力的车规进击之路。据金总介绍,公司内部组建了车规MCU专门研发团队,从数字接口到模拟外设,从功能安全到品质管理,全程自主研发并拥有自主产权。既提升车规产品的稳定性和一致性,又能够保持与GD32其它产品线的连贯性和兼容性。GD32A503系列车规MCU完整采用了兆易创新自研的IP库设计,包含各类高品质高可靠的数字及模拟IP均经过几亿颗成熟量产检验。不仅没有外购资源的制约和局限,还可以持续积累成熟经验,加速自身产品布局与迭代更新,协助客户提升行业竞争力。

凭借众多优异特性,GD32A503系列MCU可以广泛用于多种车用场景,如车窗、雨刷、空调、智能车锁、电动座椅、电动后备箱等车身控制系统和电机电源系统,氛围灯、动态尾灯等车用照明系统,以及仪表盘、车载影音、娱乐音响、中控导航、车载无线充等智能座舱系统。得益于出色的安全监测机制,GD32A503也适用于部分ADAS辅助驾驶系统,如环视摄像头、AVAS声学警报系统等场景。

生态资源共享

GD32A503降低汽车创新门槛

GD32A503系列MCU支持AUTOSAR®汽车开放系统架构,可以提升软件和硬件模块的独立性,更易于在不同设计之间灵活迁移。全新打造的产品级软件包提供了微控制器抽象层(MCAL)和内部驱动,可直接访问MCU及外设芯片,能够有效简化汽车软件上层应用的开发流程,增强代码通用性和复用度,缩减开发成本和周期。

据金总透露,目前兆易创新已经携手业内多家ECU方案厂商,打造车用电机控制、单目摄像头预警、车身转向流水灯等多种参考设计,为客户提供面向汽车市场差异化应用的整体方案。

▲ GD32A503典型车用方案

车用电机控制

其中,基于GD32A503系列MCU的车用电机控制方案,通过定时器专门产生驱动两相或三相电机的PWM信号,DSP指令集可以提供更高的算力和安全功能,以控制车内各种能动的执行器,这在汽车中的直流无刷控制(BLDC)系统中有很大的优势。可应用在诸如汽车水泵、油泵、散热风扇、暖通空调、混合动力系统、座椅风扇等多种场合,实现更高能效。

高清前视单目摄像头

基于GD32A503的高清前视单目摄像头,可实现前向多类型目标检测,包括车辆、行人、车道线、道路标识等信息,适应各种场景、天气和路况下的目标跟踪、姿态估计与测距,支持毫米波雷达融合、车辆控制及通讯。GD32A503车规级MCU可以监控所有器件的上下电逻辑,监控系统的工作状态,实现与整车智驾的通讯和协同工作。

流水转向灯

流水转向灯在法规方面,和传统转向灯有比较大的区别,且转向灯整个周期必须符合GB17509标准关于转向灯频率的要求。因此,在控制方式上和传统开关式逻辑不同,需要更复杂的时序逻辑以及亮度控制,兆易创新GD32A503车规级MCU在这个系统中,实现以上的时序逻辑控制,亮度控制以及保障系统整体的功能安全。

此外,GD32A503系列的优势还来自于现有的丰富的MCU生态系统,“GD32A503系列车规级产品与工业类产品在开发工具、配套软件等方面一脉相承,实现了最大程度的兼容和复用,可以有效节省开发时间,降低开发难度。”金总饶有兴致地介绍道。GD32A503系列已经支持Keil MDK/IAR EWARM/GCC等多种主流开发环境,用户沿用已有的GD32调试量产工具、技术文档、操作系统、软硬件平台即可开发车规级项目,持续发挥Arm技术优势并推动在汽车电子领域的普及。配套开发板卡则包括GD32A503V-EVAL全功能评估板以及GD32A503R-START、GD32A503C-START、GD32A503K-START入门级学习套件,对应于各类封装和管脚,方便用户开发调试。

金总表示:“兆易创新将在现有资源的基础上持续增加对车规级产品生态的投入力度,致力于发展链条式汽车生态伙伴,丰富从芯片定义到应用的生态链,持续提升包括开发软件、专用算法、工程服务、战略整车厂、行业协会、标准制订和认证等生态系统各环节的丰富度,加强车规级产品布局和规划,加速提升主流市占率,并为汽车热点应用打造更优化的产品组合。”

多产品线布局

直指车规MCU新蓝海

据金总介绍,兆易创新车规MCU自今年6月份就已经开始在客户端送样导入,依托现有的客户基础已快速进入汽车前装领域,并加快方案落地,拓展汽车生态格局。并结合目前市场上主流应用的技术趋势,与业界多家领先的Tier 1供应商和整车厂建立了长期战略合作关系。

汽车产业正在经历着巨大的变革并体现出极大的增长潜力,MCU的发展已成为汽车电子智能创新的关键推动因素。目前国产汽车MCU仍处于起步阶段,在车身控制和汽车周边应用方面,国产MCU用量很多。但在最核心的电机驱动和控制方面,基本还是国际大厂的天下。兆易创新在汽车市场还有更加广阔的未来产品布局,以整车的智能化核心需求为出发点,为产品快速迭代创造更好的条件。

主流型

金总表示,主流型产品线将持续增强。在GD32A5系列的基础上扩大存储容量,进一步扩展车身控制应用的覆盖度,支持并提升DSP处理能力,提升电机预驱集成度。下一代产品系列可以满足ISO26262功能安全标准ASIL-B等级,支持存储和处理大量车辆信息和电机控制功能,适用于车载电源OBC/DC-DC、车载T-BOX、车窗控制、车辆状态检测、汽车安全信息、电池管理系统(BMS)等。

高性能

GD32A7系列高性能产品线则符合ISO26262功能安全标准ASIL-D等级。面向刹车系统、ADAS智能辅助驾驶、电子动力转向系统、安全气囊、智能网关等车身域、底盘域高阶应用,可提供单核、多核、锁步和混合模式的处理器内核架构和多种增强型外设功能,软硬件架构平台化,以支持汽车应用的高算力、高安全性和可靠性要求。

此外,兆易创新以车规Memory、MCU、PMU等多产品线协同布局,为行业应用提供高性价比的整体解决方案。在车规MCU方面,以GD32A503系列为起点,不断迭代演进并形成丰富的车规MCU产品矩阵,并始终保持GD32家族各产品线之间的连贯性及兼容性。在存储器方面,车规级Flash产品已经成熟量产交货。“未来我们也将广泛布局覆盖汽车市场,加速SBC、AFE、CAN/LIN PHY等器件集成,并完善全流程的车规质量管理体系,以贴合汽车用户需求的产品和解决方案,与合作伙伴一同提升产业影响力”,金总指出。

展望未来,作为中国MCU市场的领跑者,兆易创新将凭借多元的车规产品组合和广泛的汽车生态布局作为核心驱动力,把握时代和产业机遇,在汽车智能化浪潮中持续书写新的篇章。

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