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据StrategyAnalytics研究报告显示，未来几年，汽车电子半导体市场将以7.7%的年均复合增长率(CAGR)稳定增长，到2010年，预计会有约216亿美元的汽车电子半导体产品在汽车中使用；每辆车中使用的半导体元件数量则将以年均9.6%的速度增长，到2010年将达到283亿美元的水平。
随着汽车电子向网络化、智能化、舒适化趋势发展的不断深入，半导体在汽车电子化中的应用规模及其作用越来越引起关注，整个行业对MCU、传感器、模拟IC等关键半导体元器件也提出更多挑战。
挑战一：海量应用带来管理复杂度提高
勿庸置疑，高速成长的汽车电子领域使得半导体器件大有用武之地，然而半导体器件的大量使用也会给系统管理带来很多挑战。“单就MCU而言，在1996年，典型的汽车仅有6个MCU，到2008年，高档汽车应用MCU的数量会超过100个，这无疑使管理复杂性大大增加。”飞思卡尔全球汽车电子战略市场经理StephanLehmann表示。Lehmann认为，汽车智能化的设计理念将不断深入，包括技术合作和开放的标准，鼓励即插即用的软件模块以及跨企业领域的技术合作环境。
“车身有很多的位置需要控制和监测，而且有很多地方的节点是非常集中的，应该把发动机、动力传动系统、感应点等分为几个ECU(电子控制单元)网络，各ECU间通过总线相连，来进行分布式控制。”飞思卡尔德国公司汽车系统工程部经理RainerMakowitz介绍。飞思卡尔德国公司的总部位于慕尼黑，贴近世界顶尖级汽车制造商宝马、奥迪、奔驰的设计和制造中心，可谓“近水楼台”，因此在车身控制、车载信息娱乐、安全系统、动力传动系统等领域也走在世界前列。
分布式车身控制系统基于CAN/LIN总线，ECU将通过CAN总线提供稳定、可靠的低成本网络连接；电机、开关、传感器和车灯等则通过LIN进行网络连接。另外，Makowitz还谈到，车身控制需要更高的集成度，通过飞思卡尔专有的SmartMOS技术，设计人员可以将模拟、功率器件和数字电路集成在一起，从而提供更好的性能调节、简化设计，并节省电路板空间。 （图片）
F1：SmartMOS提供模拟、数字、电源控制IC的集成化解决方案挑战二：自预警对传感器提出新需求
图像传感器和雷达技术可以为司机提供自我预警功能。Lehmann认为，新的传感需求是当前汽车电子面临的第二个挑战，对于这一功能的实现，他指出几个关键点：“车身需要安装有多个传感器，雷达器件成本的降低是一个关键因素，同时两种不同传感器的数据是可融合的。”此外，在降低成本方面，他还提到，可以用系统封装方案代替板级模块、采用标准化的卫星通讯，以及更高集成度解决方案。
以轮胎压力监测系统(TPMS)为例，Lehmann提到，美国要求在2007年8月前在所有出售的客车和轻型卡车上安装TPMS，预计未来5年轮胎传感器的需求量达到7亿只。他接着指出，飞思卡尔的TPMS解决方案MPXY8300由电容性压力传感元件、温度传感器、2轴加速度传感器、MCU、SMARTMOSRF发射器等组成，所有这些均被集成在一个小型封装内。
而半年前，飞思卡尔首次公布的使用硅锗(SiGe)技术的77GHz频带毫米波雷达射频芯片，正是用于在配备了车间距控制系统及预防碰撞安全系统(PrecrashSafetySystem)的汽车间进行间距检测。该芯片将发射器数量由原来的3片降到单片，并采用了专为雷达设计的FirstPower架构MCU，其成本仅有采用GaAs技术的1/4，使大批量使用成为可能。Lehmann透露，该芯片会用在2010年前后推出的汽车上。
挑战三：性能、成本驱使MCU架构升级
该行业对更多处理器及更强处理性能的需求渐趋明显。Lehmann给出了这样一组数据：2008年，汽车内的ECU单元数预计将增加到60个，这需要处理器速度达到2000MHz，MCU要具备19MB可编程存储器和1.25MB数据存储器，晶体管数量更将高达3.4亿。然而，高性能并不意味着成本的无约束，Lehmann称要提供买得起的高性能产品。
Lehmann进一步指出，新算法的采用对MCU提出了创新要求，要增加了单指令多数据(SIMD)DSP能力，同时，需要为大数据吞吐量和通信的优化提供更加智能的MCU架构，以及面向多核架构的有效工具和深入了解。
在16位MCU产品方面，飞思卡尔微控制器部门IC设计中心经理JoachimKrücken指出，飞思卡尔的S12系列MCU提供高性能和低成本兼容的产品。按照他公布的演进路线图，2007年飞思卡尔将会推出支持更高性能的S12XF系列、S12XE系列，以及成本优化的S12XS系列，并将在未来一两年内进一步推出外设更加简化、成本最优化的S12P系列，以超低成本支持LIN/CAN网络。
Krücken介绍，S12系列MCU性能的提升主要在几个方面：一是总线速度的提升，例如S12典型的总线速度为25MHz，到S12XD时的40MHz，再到S12XE的50MHz；二是CPU性能的提升，S12XD在S12的基础上，进一步采用了更快速的乘法器、存储访问方式在整个系列中保持一致(Globalpaging)和更多16位操作，而S12XE又在S12XD上加入了同步不可屏蔽中断(SYSnon-maskableinterrupt)；三是内建可提供高达100MIPS额外处理能力的XGATE协处理器模块；四是外设的增强。
以S12XEMCU系列为例，升级产品拥有更多的存储器选择，如S12XEP100将存储器容量提高到1MB，显著提高了MCU在各种应用中的性能，包括中央车身控制、仪表检测、车门模块和底盘节点。同时，S12XE系列包括一个存储器保护单元(MPU)，用于防止软件中的系统错误，这项特性在汽车设计中非常关键。XGATE协处理器模块提供多种功能，比如显示驱动、先进脉冲调制(PWM)功能和中断处理，可以显著降低CPU的负荷，使CPU能够集中资源运行关键的系统活动，从而缩短响应时间。
32位MCU产品方面，飞思卡尔和ST联合致力于PowerPC在汽车电子应用中的标准化工作，加强PowerPC的实用性，适用于动力传动系统、车身与底盘控制以及安全系统应用。基于PowerPC架构的MPC5561集成了高性能处理功能、闪存和行业标准接口，如FlexRay协议，适用于高级汽车安全应用，目前已应用于BMW自适应驾驶系统。Lehmann称：“这是市场第一个且目前在路上运行的解决方案。”MPC5561还包括一个单指令多数据流(SIMD)引擎，支持信号处理和浮点运算密集的应用。
挑战四：“零缺陷”的可靠性
汽车应用要求最基本的，就是可靠性要求。“汽车安全靠的是零缺陷的可靠性，”Lehmann指出，“下一个十年，主动安全系统将驱动汽车电子工业的增长，在绝对零缺陷的发展趋势下，当前百万分不合格品率将会提升到十亿分之一的水平。” （图片）
F2:主动安全系统对于实现零缺陷可靠性至关重要在保证质量的同时还要降低成本，这是业界共同面临的课题。无疑，改进的方法和架构有助于在设计初期就考虑到质量要求，但这需要在“把新技术更快推向市场”和“需要更多时间来保证质量”之间寻求平衡点。
3/25/2007
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