ot;display: block;">汽車(chē)電子市場(chǎng)在全球范圍內(nèi)持續(xù)增長(zhǎng)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量將從2006年的年產(chǎn)500百萬(wàn)輛增長(zhǎng)到2010年的年產(chǎn)1,000萬(wàn)輛。伴隨汽車(chē)產(chǎn)量的直線上升,中國(guó)已成為全球汽車(chē)電子增長(zhǎng)最快速的市場(chǎng)先驅(qū)之一。與此同時(shí),汽車(chē)中電子控制單元的不斷擴(kuò)充也充分顯示了汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)蘊(yùn)含的巨大潛力。
更安全、更舒適、更環(huán)保的汽車(chē)的設(shè)想一直是汽車(chē)OEM廠商、汽車(chē)電子系統(tǒng)廠商,以及汽車(chē)半導(dǎo)體廠商創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力。半導(dǎo)體器件提供的更具有成本效益和更大的靈活性的系統(tǒng)解決方案使其成為汽車(chē)OEM廠商和汽車(chē)電子系統(tǒng)廠商的首選。
目前,中國(guó)市場(chǎng)汽車(chē)半導(dǎo)體的主要應(yīng)用集中在引擎控制、安全氣囊、無(wú)鑰進(jìn)入、音響、電動(dòng)助力方向盤(pán)、儀表盤(pán)和車(chē)身電子上。在這些領(lǐng)域中,微控制器(MCU)、GPS芯片、電源管理芯片,以及FPGA器件的大規(guī)模應(yīng)用,將引領(lǐng)汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)走上持續(xù)發(fā)展的快車(chē)道,成為汽車(chē)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的四座“金礦”!
性能日臻完善,MCU即將引燃汽車(chē)嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)
“汽車(chē)嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)將由MCU、模擬IC和功率半導(dǎo)體器件點(diǎn)燃,MCU首當(dāng)其沖。”Microchip Technology全球汽車(chē)電子市場(chǎng)總監(jiān)Willie Fitzgerald如是說(shuō)。據(jù)CCW Research最新研究報(bào)告顯示,2007年至2010年間,中國(guó)汽車(chē)MCU市場(chǎng)銷(xiāo)售額的年度復(fù)合增長(zhǎng)率將超過(guò)30%,預(yù)計(jì)2007年市場(chǎng)銷(xiāo)售額將超過(guò)20億元,2009年市場(chǎng)銷(xiāo)售額將接近40億元,2010年市場(chǎng)銷(xiāo)售額將超過(guò)50億元,同比增長(zhǎng)率將達(dá)到29.3%。其中,發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)(EMS)和汽車(chē)音響系統(tǒng)將是兩大熱點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。
根據(jù)2006年的數(shù)據(jù)顯示,發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)所用MCU已占到總體市場(chǎng)份額的25.3%。瑞薩科技汽車(chē)電子市場(chǎng)中心總經(jīng)理堀田慎吉指出:“使用汽車(chē)電子技術(shù)提高汽車(chē)性能目前已經(jīng)從原先的從外圍設(shè)備著手發(fā)展到從核心問(wèn)題著手,也就是減少尾氣中的有害物質(zhì)、節(jié)省燃料、提高汽車(chē)安全性能等。”實(shí)現(xiàn)精密的引擎控制、最優(yōu)化的傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪要求MCU具有很高的性能。目前,瑞薩正在開(kāi)發(fā)內(nèi)置有200MHz 32位SH-2A CPU的引擎控制、傳動(dòng)系統(tǒng)用MCU。目前正在向很多汽車(chē)電子廠商供應(yīng)樣品,并將于2010年起搭載在汽車(chē)上。同時(shí),更低功耗、更高性能,且搭載有多個(gè)SH-2A CPU的MCU產(chǎn)品也在開(kāi)發(fā)當(dāng)中。隨著國(guó)Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的部署,能滿足此種排放標(biāo)準(zhǔn)控制精度的高端微控制器必將成為汽車(chē)MCU廠商逐鹿中國(guó)市場(chǎng)的“利器”。
目前在中國(guó),有接近三分之一的汽車(chē)電子工程師正致力于汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),這無(wú)疑證明汽車(chē)音響依然是一個(gè)值得汽車(chē)MCU廠商關(guān)注的火熱市場(chǎng)。根據(jù)2006年的數(shù)據(jù)顯示,汽車(chē)音響所用MCU占總體市場(chǎng)份額達(dá)到了22.3%。NEC電子抓住了這一市場(chǎng)契機(jī),推出了針對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)越來(lái)越多的對(duì)壓縮格式音樂(lè)媒體(MP3、WMA、AAC)需求而設(shè)計(jì)的汽車(chē)音響最新解決方案。該方案中,NEC引用了一款音響專(zhuān)用芯片——被譽(yù)為“Audio Engine”的μPD63901,它采用了CPU+DSP的雙核結(jié)構(gòu),具有對(duì)MP3、WMA、AAC等解碼的功能,并且提供了USB的連接性,可以支持USB存儲(chǔ)器、可攜式播放器、iPod連接等,適合于要求USB連接功能的汽車(chē)音響系統(tǒng)。
圖1:基于NEC μPD63901的汽車(chē)音響系統(tǒng)解決方案。
隨著汽車(chē)娛樂(lè)功能的不斷擴(kuò)充與完善,原先單一的汽車(chē)音響系統(tǒng)逐步走向影音娛樂(lè)與信息一體化的融合。之前僅僅依賴(lài)MCU就能實(shí)現(xiàn)的汽車(chē)娛樂(lè)功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足下一代汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)的需求。因此,為了滿足對(duì)處理能力的更高要求、接口的多樣性,以及靈活的數(shù)字化控制需求,具有高速數(shù)字信號(hào)處理能力的DSP成了與MCU并肩作戰(zhàn)的不二人選。DSP通常執(zhí)行計(jì)算密集的算法,MCU則負(fù)責(zé)接口、網(wǎng)絡(luò)控制等功能,兩者集成入單芯片實(shí)現(xiàn)分工協(xié)作。采用這種“混合”芯片,不但可以降低系統(tǒng)成本和功耗,還可大幅度提高工作效率和性能。恩智浦半導(dǎo)體汽車(chē)電子和智能識(shí)別產(chǎn)品大中華區(qū)高級(jí)市場(chǎng)總監(jiān)張煥麟指出,車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)將逐步從模擬過(guò)渡到數(shù)字平臺(tái),如汽車(chē)收音機(jī)正在從模擬信號(hào)處理器向DSP轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)高清電臺(tái)、DAB/DRM和XM & Sirrus衛(wèi)星電臺(tái)等數(shù)字廣播。越來(lái)越多具有音頻和視頻功能的多媒體產(chǎn)品將被投放市場(chǎng)。恩智浦此類(lèi)地面數(shù)字廣播解決方案已經(jīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用,并發(fā)布了可以支持不同音頻/視頻播放標(biāo)準(zhǔn)的PNX9520多媒體處理器。
市場(chǎng)需求對(duì)車(chē)用MCU集成度的要求進(jìn)一步提高,這無(wú)疑給用戶帶來(lái)了福音。更高性能的MCU的問(wèn)世不但減少了外圍電路及PCB的尺寸,還縮短了開(kāi)發(fā)周期,降低了系統(tǒng)成本。但不可否認(rèn)的是,同時(shí)這也給汽車(chē)半導(dǎo)體廠商帶來(lái)了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)——即必須開(kāi)發(fā)出更多MCU與外圍器件集成度高的產(chǎn)品以滿足市場(chǎng)需要。對(duì)此,NEC電子現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師孟駿提出了解決之道,他表示,作為一種趨勢(shì),SoC技術(shù)在MCU領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越多地被關(guān)注,而NEC電子在將來(lái)會(huì)有越來(lái)越多這樣的產(chǎn)品推向中國(guó)市場(chǎng)。
此外,孟駿還認(rèn)為,持續(xù)改進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)工藝也是一項(xiàng)挑戰(zhàn),比如提高M(jìn)CU的寫(xiě)入次數(shù),擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量及提高性能,在汽車(chē)電子中還必須實(shí)現(xiàn)更高的可靠性與良率,因此,必須針對(duì)汽車(chē)半導(dǎo)體產(chǎn)品制定一整套的質(zhì)量控制流程從設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、生產(chǎn)到售后的追溯分析,而目標(biāo)是1PPM(每百萬(wàn)片里只有一片不良品)。
實(shí)現(xiàn)從單一功能到多元素的融合,GPS應(yīng)用呈井噴之勢(shì)
消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)導(dǎo)航設(shè)備和全球定位系統(tǒng)(GPS)的需求持續(xù)高漲。根據(jù)iSuppli預(yù)測(cè),2012年汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)出貨量將達(dá)6,510萬(wàn)臺(tái),比2006年的1,980萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)三倍。EIL Company Ltd.華南區(qū)銷(xiāo)售總監(jiān)蔣泳彬指出,信息娛樂(lè)系統(tǒng)將是中國(guó)汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)中最熱門(mén)的應(yīng)用領(lǐng)域,面向汽車(chē)市場(chǎng)的GPS和視頻系統(tǒng)在未來(lái)幾年將非常快速地成長(zhǎng),而GPS甚至有望將成為汽車(chē)的標(biāo)配。
圖2:iSuppli 2006~2012年全球汽車(chē)導(dǎo)航設(shè)備出貨量預(yù)測(cè)。
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目前的GPS芯片市場(chǎng)強(qiáng)手林立,主要有SiRF、u-blox、Ti、ADI、NXP、高通、英飛凌、索尼、意法半導(dǎo)體、Trimble(天寶)、Atmel、SiGe、u-Nav等。其中,SiRF的旗艦產(chǎn)品SiRF-III芯片具有20個(gè)衛(wèi)星通道、-159dBm的接收靈敏度和低功耗,并在尺寸、功耗、性能上做了不同程度的優(yōu)化,帶有"f"標(biāo)號(hào)的產(chǎn)品集成了閃存,其定位能力,包括定位精度、定位時(shí)間以及跟蹤靈敏度等性能優(yōu)越,為眾多國(guó)際大廠所采用,是目前比較通用的GPS芯片之一。
除了定位能力之外,成本控制也同樣是汽車(chē)導(dǎo)航廠商選擇GPS芯片時(shí)所考慮的關(guān)鍵因素,導(dǎo)航遠(yuǎn)峰國(guó)際有限公司高級(jí)技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理崔幼?Z博士表示,上海掌微電子技術(shù)有限公司(已被SiRF收購(gòu))的Atlas-II/III以及最新推出的Titan由于其高度整合的雙內(nèi)核CPU,使得在AP外圍只需配合RF front-end即可構(gòu)成完整的GPS引擎,在大幅降低成本的同時(shí)又保證了很好的性能,因此在去年獲得了相當(dāng)可觀的市場(chǎng)份額。
外國(guó)GPS芯片大廠搶灘中國(guó)市場(chǎng)時(shí),在具備了優(yōu)越的產(chǎn)品性能以及成本控制策略這些“硬件”條件后,還必須具備一項(xiàng)“軟件”條件——為本土客戶提供具有“中國(guó)特色”的技術(shù)服務(wù)。崔幼?Z博士指出,由于本土技術(shù)的局限性,國(guó)外的GPS芯片廠家不但需要提供完備的技術(shù)資料,還需要提供相應(yīng)的技術(shù)培訓(xùn),甚至還要協(xié)助他們中國(guó)客戶進(jìn)行市場(chǎng)開(kāi)拓。不單單是在GPS和汽車(chē)電子行業(yè),提供從芯片供應(yīng)到市場(chǎng)渠道建設(shè)的“一條龍”服務(wù)幾乎已經(jīng)成為了很多高技術(shù)含量行業(yè)不成文的“行規(guī)”。
針對(duì)目前中國(guó)汽車(chē)導(dǎo)航設(shè)備市場(chǎng)的顯著特點(diǎn)——消費(fèi)者更加傾心于多功能集成的產(chǎn)品,具有單一導(dǎo)航功能的傳統(tǒng)產(chǎn)品逐漸將被市場(chǎng)淘汰,崔幼?Z博士指出,信息娛樂(lè)一體化的車(chē)載多媒體信息終端將是未來(lái)汽車(chē)導(dǎo)航產(chǎn)品的發(fā)展方向。跟隨科技的發(fā)展、新技術(shù)的出現(xiàn),消費(fèi)類(lèi)電子行業(yè)總是能夠不斷推出新產(chǎn)品、新功能。而這些新的技術(shù),由于汽車(chē)環(huán)境相對(duì)惡劣、元器件生產(chǎn)工藝跟不上等種種原因,總是要滯后消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品幾年年才能應(yīng)用在汽車(chē)領(lǐng)域。然而近兩年隨著科技的發(fā)展,產(chǎn)品系統(tǒng)集成度越來(lái)越高,消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中的新技術(shù)、新功能將越來(lái)越容易移植到汽車(chē)電子領(lǐng)域。可以預(yù)見(jiàn),未來(lái)的包括汽車(chē)導(dǎo)航在內(nèi)的后裝車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)的功能將基本可以保持與消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品同步發(fā)展,當(dāng)然前裝產(chǎn)品由于需要車(chē)廠認(rèn)證,還將滯后消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品兩年左右時(shí)間。
對(duì)于中國(guó)的汽車(chē)電子廠商來(lái)說(shuō),盡管整個(gè)汽車(chē)電子的市場(chǎng)容量是巨大的,但是由于在動(dòng)力控制、底盤(pán)控制、安全系統(tǒng)、車(chē)身電子等汽車(chē)電子領(lǐng)域缺乏核心技術(shù)或者技術(shù)相對(duì)較弱,相對(duì)于國(guó)外知名品牌明顯缺乏競(jìng)爭(zhēng)力,而在信息娛樂(lè)產(chǎn)品方面,中國(guó)的方案供應(yīng)商、OEM和ODM廠商在技術(shù)方面可以與國(guó)外品牌競(jìng)爭(zhēng),而在成本方面相比國(guó)外品牌具有明顯優(yōu)勢(shì)。因此崔幼?Z博士認(rèn)為,汽車(chē)導(dǎo)航等汽車(chē)信息娛樂(lè)產(chǎn)品將是本土廠商進(jìn)入汽車(chē)電子市場(chǎng)的最佳切入點(diǎn)。同時(shí),本土廠商必須清醒的認(rèn)識(shí)到,如何為客戶提供更具差異化、更加多樣性的產(chǎn)品,為消費(fèi)者提供更多的選擇,以避免客戶因?yàn)楫a(chǎn)品的雷同而進(jìn)行純粹的價(jià)格戰(zhàn),將是他們需要直面的最大挑戰(zhàn)。
直面嚴(yán)苛工作條件,汽車(chē)電源管理技術(shù)積極應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)
汽車(chē)電子技術(shù)不斷對(duì)系統(tǒng)廠商提出新的挑戰(zhàn),汽車(chē)電源管理重要性日益凸現(xiàn)。據(jù)賽迪顧問(wèn)保守預(yù)計(jì),到2011年,中國(guó)汽車(chē)電源管理芯片市場(chǎng)將由目前的6.2億元人民幣上升至16.1億元人民幣,年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)26.9%,其增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體整體市場(chǎng)發(fā)展速度。但由于汽車(chē)電源系統(tǒng)需要在負(fù)載突降、冷車(chē)發(fā)動(dòng)、輕負(fù)載條件下的極低功耗以及低噪聲操作等這些極其嚴(yán)苛的條件下保證正常工作,因此在面臨廣闊市場(chǎng)前景的同時(shí),電源管理芯片廠商仍需闖過(guò)技術(shù)難關(guān)。凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Tony Armstrong指出,由于要求寬工作電壓范圍、再加上大瞬態(tài)電壓和寬廣的溫度變化范圍,這些因素共同作用的結(jié)果使得電子系統(tǒng)面臨著十分惡劣的生存條件。與此同時(shí),隨著元件數(shù)目的增加,可用空間在不斷地縮小。由于空間限制和溫度要求等因素的影響,效率的重要性日益凸顯出來(lái)。在低輸出電壓和即使是中等電流水平(幾百毫安以上)條件下,簡(jiǎn)單地采用一個(gè)線性穩(wěn)壓器來(lái)產(chǎn)生這些系統(tǒng)電壓將不再是一種切實(shí)可行的方法。因此,在過(guò)去的幾年中,主要是由于熱限制的原因,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器開(kāi)始逐步取代線性穩(wěn)壓器。盡管存在著復(fù)雜性增加和EMI問(wèn)題,但采用開(kāi)關(guān)電源所帶來(lái)的好處(包括效率的提高以及占板面積的減小)卻更為人們所看重。
安森美半導(dǎo)體汽車(chē)產(chǎn)品部的市場(chǎng)經(jīng)理Peter Lanyon同樣認(rèn)為,電源管理將從大部分采用線性解決方案轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)關(guān)電源與線性方案相結(jié)合的方式。在電壓調(diào)節(jié)中,目前主要的趨勢(shì)是減小靜態(tài)電流指標(biāo),在汽車(chē)關(guān)閉時(shí)需利用該指標(biāo)限制汽車(chē)電池的漏電流。特別是在LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)中,靜態(tài)電流指標(biāo)從100～150uA下降到30uA的目標(biāo)值,甚至更低。安森美的NCV8664是業(yè)界第一款在寬溫度范圍內(nèi)指定的最低靜態(tài)電流(Iq)性能(典型值22uA)下,組合了反向電池、短電路以及過(guò)載保護(hù)的線性調(diào)節(jié)器。
考慮到這些約束條件,寬輸入電壓工作范圍,在寬負(fù)載范圍內(nèi)提供良好的效率,在正常操作、待機(jī)和停機(jī)模式中具有低靜態(tài)電流、低熱阻、極低的噪聲和EMI輻射便成為汽車(chē)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器必需具備的特性。因此,作為一款優(yōu)秀的汽車(chē)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器,其規(guī)格需要針對(duì)3V至60V的寬工作輸入電壓范圍來(lái)擬訂。60V的額定電壓為通常被箝位于36V至40V范圍內(nèi)的14V系統(tǒng)提供了一個(gè)適當(dāng)?shù)脑６取Ａ硗?在大多數(shù)汽車(chē)系統(tǒng)中,必需在一個(gè)寬負(fù)載范圍內(nèi)提供高效功率轉(zhuǎn)換。例如,對(duì)于一個(gè)5V輸出,在10mA至負(fù)載范圍內(nèi)的期望功率轉(zhuǎn)換效率約為85%。在高電流條件下,內(nèi)部開(kāi)關(guān)需要具有良好的飽和度(在1A時(shí)通常為0.2Ω)。為了提高輕負(fù)載效率,可減小驅(qū)動(dòng)電流或使驅(qū)動(dòng)電流與負(fù)載電流成比例。而且,內(nèi)部控制電路的電源必須通過(guò)一個(gè)可由輸出供電的BIAS引腳來(lái)提供。這利用了一個(gè)降壓型轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換效率。由于該偏置電流取自輸出而非輸入,因而減小了控制電路所需的輸入電源電流,其降幅為輸出電壓與輸入電壓之比。
在汽車(chē)系統(tǒng)中,有許多應(yīng)用是需要連續(xù)供電的(即使在汽車(chē)停駛的情況下也不例外),比如:遙控車(chē)門(mén)鎖、安全和GPS系統(tǒng)。Tony Armstrong表示,對(duì)于這些應(yīng)用來(lái)說(shuō),低靜態(tài)電流是一項(xiàng)關(guān)鍵的要求,目的是延長(zhǎng)電池的使用壽命。在此類(lèi)場(chǎng)合中,穩(wěn)壓器將運(yùn)行于標(biāo)準(zhǔn)的連續(xù)開(kāi)關(guān)模式,直到輸出電流減小至約100mA以下為止。在該電流水平以下,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器必須執(zhí)行脈沖跳躍操作,以維持穩(wěn)壓作用。在脈沖之間,穩(wěn)壓器可以進(jìn)入睡眠模式,此時(shí)僅對(duì)內(nèi)部電路的某一部分供電。然而,在輕負(fù)載電流條件下,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器必需自動(dòng)切換至突發(fā)模式操作。
也許會(huì)有人對(duì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器所產(chǎn)生的噪聲心生疑慮,但是其效率指標(biāo)則優(yōu)越得多。在許多敏感應(yīng)用中,只要開(kāi)關(guān)電源的工作是可以預(yù)知的,就能夠很容易地控制噪聲和EMI水平,這一點(diǎn)已經(jīng)得到了證實(shí)。如果開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器在標(biāo)準(zhǔn)模式中以一個(gè)恒定的頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作,且開(kāi)關(guān)脈沖的邊緣是干凈和可預(yù)測(cè)的,沒(méi)有發(fā)生過(guò)沖或高頻振鈴現(xiàn)象,則EMI將得到最大限度的抑制。小封裝尺寸和高工作頻率可實(shí)現(xiàn)小巧而緊湊的電路板布局,這將最大限度地減少EMI輻射。另外,如果開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器能夠與低ESR陶瓷電容器一起使用,則還可以實(shí)現(xiàn)輸入和輸出電壓紋波(它們是系統(tǒng)中的額外噪聲源)的最小化。
汽車(chē)電子系統(tǒng)復(fù)雜化對(duì)電源管理芯片提出很高的技術(shù)要求,Tony Armstrong表示,包括汽車(chē)電源管理芯片在內(nèi)的各種車(chē)身電子器件的規(guī)格應(yīng)針對(duì)很寬的工作溫度范圍(對(duì)于電源管理IC來(lái)說(shuō),有時(shí)需要承受高達(dá)150℃的結(jié)溫)來(lái)擬訂。對(duì)于功率器件而言,只規(guī)定125℃的額定溫度可能是不夠的,因?yàn)榻Y(jié)溫將高于環(huán)境溫度。始終保持接通的子系統(tǒng)應(yīng)采用具非常低待機(jī)電流的IC,以最大限度地減少電池電量的消耗。其冷車(chē)發(fā)動(dòng)和負(fù)載突降承受能力是至關(guān)緊要的。
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充分滿足系統(tǒng)安全可靠性要求,非易失性FPGA脫穎而出
由于FPGA器件先天具有能應(yīng)對(duì)差異化和分塊市場(chǎng)的靈活性,汽車(chē)制造商因此不需要差異化的產(chǎn)品策略。而且,由于價(jià)格低及無(wú)需反復(fù)進(jìn)行昂貴的產(chǎn)品資格認(rèn)證,FPGA比標(biāo)準(zhǔn)器件更具吸引力。特別是對(duì)于汽車(chē)電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō),質(zhì)量、可靠性和成本控制極其重要,因此在汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域中FPGA器件更是具有非凡的魅力。Gartner Dataquest最新數(shù)據(jù)顯示,隨著動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和排放標(biāo)準(zhǔn)(如混合動(dòng)力、電動(dòng)和柴油車(chē))的發(fā)展,車(chē)載信息通信系統(tǒng)、安全和控制及舒適性功能日益普及,在未來(lái)三年,汽車(chē)FPGA的總市場(chǎng)容量(TAM)將從9,300萬(wàn)美元增長(zhǎng)到億美元。
在汽車(chē)電子行業(yè),質(zhì)量、可靠性和零瑕疵是最重要的問(wèn)題,特別是在核心汽車(chē)系統(tǒng)中所用的半導(dǎo)體,如引擎控制模塊、動(dòng)力傳動(dòng)、車(chē)身電子和安全系統(tǒng),絕不能夠出現(xiàn)故障或失效。這些因素加上不斷改變的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品過(guò)時(shí)間題、更大的推出市場(chǎng)壓力和提升性能的需求,正推動(dòng)許多汽車(chē)設(shè)計(jì)者轉(zhuǎn)向非易失性的FPGA取代他們一直采用的定制ASIC或MCU。Actel公司半導(dǎo)體產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)Martin Mason指出:“非易失性FPGA能提供更低的功耗,有助于緩減以SRAM為基礎(chǔ)FPGA的電子轉(zhuǎn)移和散熱可靠性的問(wèn)題。這一點(diǎn)非常重要,因?yàn)楦吖暮推渌嚓P(guān)的熱問(wèn)題會(huì)限制器件的使用壽命,特別是在要求嚴(yán)苛的引擎蓋應(yīng)用下。”
輻射測(cè)試數(shù)據(jù)顯示非易失性Flash FPGA并不受中子問(wèn)題影響,因此可更好地滿足零瑕疵的需求,并且適用于所有重視可靠性或安全性的應(yīng)用系統(tǒng)。這些中子問(wèn)題通常與SRAM FPGA有關(guān),可以導(dǎo)致FIT率(109小時(shí)中的失效數(shù)目)較業(yè)界可接受的范疇高出多個(gè)量級(jí)。由于這個(gè)行業(yè)非常注重零瑕疵,對(duì)中子誘發(fā)的固件錯(cuò)誤問(wèn)題作為微控制器程序內(nèi)存中的壞位般重視只是時(shí)間問(wèn)題。不過(guò),與微控制器應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤改正電路(ECC)不同,并沒(méi)有簡(jiǎn)單或成本有效的方法可以檢測(cè)及減少SRAM有關(guān)的中子誘發(fā)固件錯(cuò)誤問(wèn)題。Martin Mason認(rèn)為中子誘發(fā)的錯(cuò)誤對(duì)于核心汽車(chē)電子應(yīng)用有重要的意義。他說(shuō):“易受影響的FPGA技術(shù)的廣泛應(yīng)用,將會(huì)造成對(duì)全新質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)的需求,使到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性增加,并且大幅增加板卡空間和材料清單成本。在許多情況下,固件錯(cuò)誤可能需要系統(tǒng)’重新啟動(dòng)’以清除錯(cuò)誤(重載配置代碼),這對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵的汽車(chē)應(yīng)用卻不切實(shí)際。”
2007年8月,Actel推出了針對(duì)AEC Q100 Grade 1規(guī)范的基于Flash的FPGA,主要用于車(chē)載信息通信系統(tǒng)和信息娛樂(lè)系統(tǒng)以外的系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備,如動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和安全系統(tǒng)。該款FPGA采用了片上Flash內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制,使到該系列產(chǎn)品具有固件錯(cuò)誤免疫能力；這是向著零瑕疵發(fā)展產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)制性要求。相反地,基于SRAM的FPGA配置數(shù)據(jù)容易由于中子誘引而產(chǎn)生錯(cuò)誤；這種錯(cuò)誤會(huì)以不可預(yù)測(cè)的方式改變邏輯、布線或I/O的行為,從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障,而系統(tǒng)故障可以損害品牌形象,最嚴(yán)重的使得生命安全受威脅。
綜上所述,由于對(duì)安全性和車(chē)身控制功能不斷增長(zhǎng)的需求,將繼續(xù)增加汽車(chē)電子的復(fù)雜性,半導(dǎo)體制造商必須滿足設(shè)計(jì)人員在汽車(chē)電子市場(chǎng)的需要,而不會(huì)迫使他們?cè)谫|(zhì)量、可性、靈活性、成本和推出市場(chǎng)時(shí)間方面作出犧牲。在這個(gè)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng),在核心的汽車(chē)系統(tǒng)應(yīng)用中使用非易失性FPGA將會(huì)成為成功的關(guān)鍵。
技術(shù)、服務(wù)“雙刃”并舉,產(chǎn)業(yè)鏈上下游攜手決勝中國(guó)市場(chǎng)
汽車(chē)半導(dǎo)體產(chǎn)品之所以區(qū)別于消費(fèi)類(lèi)電子,是在于其對(duì)成本、質(zhì)量、性能更平衡、更苛刻的要求,因此,除了找準(zhǔn)能夠打開(kāi)潛在市場(chǎng)局面的“黃金”產(chǎn)品之外,芯片及系統(tǒng)廠商還需加大技術(shù)研發(fā)力度,嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量、提升產(chǎn)品性能。此外,抓住市場(chǎng)契機(jī),了解客戶當(dāng)前需求更是重中之重。中國(guó)是一個(gè)發(fā)展快速且蘊(yùn)藏巨大潛力的市場(chǎng),而汽車(chē)電子技術(shù)仍是蹣跚學(xué)步的嬰孩。最終用戶的技術(shù)積淀與研發(fā)能力參差不齊,如何滿足這些不同客戶以及不同應(yīng)用的需求顯得尤為重要。現(xiàn)階段,對(duì)于某些客戶來(lái)說(shuō),能否得到來(lái)自汽車(chē)半導(dǎo)體供應(yīng)商的全套解決方案的支持是他們最為關(guān)心的,也是產(chǎn)品能否最終得到市場(chǎng)認(rèn)可的關(guān)鍵。
循跡國(guó)外汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路,我們不難發(fā)現(xiàn)歐美已經(jīng)擁有非常完整的產(chǎn)業(yè)鏈,不僅僅是零部件、半導(dǎo)體廠商,還有大量的從事設(shè)計(jì)咨詢、開(kāi)發(fā)分包、測(cè)試業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)廠商。而目前中國(guó)很多本土汽車(chē)電子廠商都是從消費(fèi)電子、通信電子轉(zhuǎn)型來(lái)的,他們往往缺乏對(duì)汽車(chē)電子系統(tǒng)的充分了解和認(rèn)知。現(xiàn)階段中國(guó)汽車(chē)電子的快速發(fā)展,主要是依托于國(guó)外技術(shù)引進(jìn)和國(guó)內(nèi)技術(shù)移植,前者受制于人而后者會(huì)“水土不服”。上海汽車(chē)技術(shù)中心電子電器部系統(tǒng)集成經(jīng)理張海濤指出:“很多汽車(chē)電子零件公司,起碼的技術(shù)儲(chǔ)備都沒(méi)有,連一般國(guó)際汽車(chē)電子開(kāi)發(fā)流程都不熟悉,就來(lái)拍胸脯說(shuō)沒(méi)問(wèn)題。有的供應(yīng)商甚至開(kāi)發(fā)造假,這尤其不能容忍。其實(shí),整車(chē)商也想開(kāi)發(fā)自己的戰(zhàn)略合作供應(yīng)商。”張海濤的這一席話無(wú)疑道出了整車(chē)廠商的心聲,本土汽車(chē)電子廠商迫切需要提升自己的技術(shù)實(shí)力,只有讓整車(chē)商找到“放心”的感覺(jué)才能給自己帶來(lái)發(fā)展的機(jī)遇。
從另一個(gè)角度來(lái)看,如果沒(méi)有業(yè)內(nèi)的需求拉動(dòng),下游基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)也無(wú)從發(fā)展。本土整車(chē)廠商應(yīng)更多地發(fā)揮自身的龍頭作用大力扶持本土汽車(chē)電子廠商。張海濤認(rèn)為,一方面,整車(chē)廠商需借助相關(guān)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)資源,扶植自身體系內(nèi)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),消化國(guó)外引進(jìn)技術(shù)并在零部件配套體系推廣。另一方面,在非競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)方面,整車(chē)廠商需聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同推動(dòng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。同時(shí),如何在有限時(shí)間內(nèi)建立起良性的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境也是中國(guó)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面臨的重大挑戰(zhàn),這就需要整車(chē)廠商帶頭尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán),倡導(dǎo)技術(shù)有償轉(zhuǎn)移,帶動(dòng)整條產(chǎn)業(yè)鏈共同創(chuàng)建良性的發(fā)展環(huán)境。
作者:溫南蘭
