6月29日—30日，由蓋世汽車主辦的“2021中國汽車半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大會” 隆重召開。本次會議主要圍繞中國車企缺芯現(xiàn)狀、供應(yīng)鏈國產(chǎn)化安全建設(shè)、車載芯片平臺的搭建設(shè)計、自動駕駛、智能座艙領(lǐng)域的芯片需求和應(yīng)用案例、功率半導(dǎo)體在三電中的應(yīng)用以及芯片測試和功能安全等話題展開討論，共謀產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展之路。下面是天際汽車基礎(chǔ)硬件總監(jiān)周毅在本次大會上的發(fā)言。

天際汽車基礎(chǔ)硬件總監(jiān) 周毅

大家下午好，我是周毅，目前在天際汽車負(fù)責(zé)域控制器的硬件開發(fā)。我們也是一家新造車勢力，可能在座各位對天際汽車不是特別了解，下面我花幾分鐘時間跟大家介紹一下天際汽車的基本情況。

天際汽車愿景是成為綠色智能出行的探索者和引領(lǐng)者。天際汽車早在2015年就成立了，當(dāng)時叫電咖汽車；在2018年的時候發(fā)布了中高端品牌ENOVATE，同年更名天際汽車；2018年12月份拿到整車生產(chǎn)資質(zhì)，這里包括傳統(tǒng)汽車，混動，新能源，商用車。在生產(chǎn)方面，天際目前有三大制造基地：紹興、長沙、青島（商用車制造基地）。去年9月份我們第一款B級SUV ME7正式發(fā)布，去年10月份我們完成了新一輪50億融資。在去年11月份，我們向天際ME7（參數(shù)丨圖片）第一批車主交付。從產(chǎn)品發(fā)布到最后交付，公司僅僅花了40多天，這個速度在行業(yè)內(nèi)其實還是比較快。

在今年3月份，我們聯(lián)手浙江衛(wèi)視&抖音打造一款跨界的音樂綜藝節(jié)目《為歌而贊》，之后也獲得了好評。在今年5月份，與京東達成戰(zhàn)略合作，雙方將在品牌、產(chǎn)品、用戶、渠道各個方面實現(xiàn)資源共享。今年6月份，天際汽車第二款產(chǎn)品A+SUV ME5正式在天際長沙匠心工廠下線，同時啟動了天際ME5預(yù)售。在兩個禮拜前，6.18 ME5京東定制版也同步在京東預(yù)售。

天際ME7，造型是前保時捷設(shè)計師Hakan親手打造，車身軸距達到2830mm，目前有兩個版本，530公里續(xù)航和410公里續(xù)航。在智能化或者座艙這塊，我們支持5屏即時互聯(lián)，有AI語音助手小天，人臉識別，整車也是支持全時OTA在線升級。智駕這塊，我們具備L2.5級別智能駕駛輔助性能。

右邊是天際ME5，這款是定位A+SUV，也是顏值在線。這款車整體還是比較偏年輕、運動，軸距是2750mm。這款車也有兩個版本，首發(fā)的是增程版本，綜合行駛里程達到1012公里，在智駕這塊支持L2+智能駕駛。

下面回到主題。我今天和大家分享的題目是芯片升級下的域控硬件開發(fā)，主要從三個方面進行分享。1、電控系統(tǒng)的變革和堅守。2、電控硬件設(shè)計的新趨勢。3、域控硬件設(shè)計的新挑戰(zhàn)。

第一個變化，是EE架構(gòu)集中化。整個架構(gòu)趨勢也是從分布式架構(gòu)逐步向域控，最后到Zone架構(gòu)的過程。整體邏輯還是決策向中央計算平臺集中，執(zhí)行以及傳感下放。

第二個變化，軟件服務(wù)化，也就是現(xiàn)在非常熱的SOA架構(gòu)。對于傳統(tǒng)的汽車軟件架構(gòu)來講，比如說Classic AUTOSAR還是面向信號的軟件架構(gòu)，我們在做設(shè)計變更或者在做OTA升級的時候，整體的難度較高，這種架構(gòu)就像齒輪組一樣，中間某個齒輪尺寸的變更勢必會影響到非常多和它關(guān)聯(lián)的齒輪，整個變更效率或者OTA更新的技術(shù)難度是比較大的。

在軟件定義汽車的背景下，這種軟件架構(gòu)慢慢地向服務(wù)型軟件架構(gòu)變化，車內(nèi)功能慢慢會像積木一樣變成標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，服務(wù)之間是低耦合的，并且具備非常細的顆粒度，這對我們來講就可以靈活部署，對用戶或者市場的需求可以做到快速響應(yīng)。

第三個變化是傳感和執(zhí)行泛化，我們現(xiàn)在一輛車可能有80-100個控制器，每個控制器都是不一樣的。但是抽象來看，對于典型嵌入式系統(tǒng)來講有輸入，有控制，有輸出，對于輸入來講有硬線信號輸入，也有從總線來的輸入，甚至其他特殊的輸入。對于輸出來講有高低邊驅(qū)動，H橋，三相全橋等，有些也是通過總線輸出。對于傳感知行和泛化，就是把這些傳感與執(zhí)行單元按照接口形式，接口數(shù)量，驅(qū)動能力，以及通訊接口的類型，通訊速率，把它標(biāo)準(zhǔn)化為Zone的控制器。然后把這種和用戶比較靠近的上層邏輯中央化為車載計算平臺。車載計算平臺具備大的算力、大的數(shù)據(jù)吞吐率，這就是我們講的傳感與執(zhí)行的泛化。

第四個變化是組織敏捷化，這張圖是傳統(tǒng)OEM動力總成部門的一個組織架構(gòu)。它有整車控制部門，電池管理部門，混動部門，電機部門等。對于傳統(tǒng)OEM架構(gòu)來講，每一個部門都是有硬件開發(fā)，軟件開發(fā)，應(yīng)用層開發(fā)。

這里主要有兩個問題，第一個，整體組織效率是比較低。對于動力系統(tǒng)中每個子系統(tǒng)是聯(lián)系非常緊密的，在不同部門的分工下，溝通成本非常高。第二個，技術(shù)資源共享或者人力資源共享的問題。我們可以經(jīng)?？吹?，有些公司整車控制部門的工具鏈、基礎(chǔ)軟件包和BMS部門有可能是不一樣的。在芯片升級或者軟件定義汽車趨勢下，我們需要把這種邊界打破，其實就是技術(shù)倒逼整個組織機構(gòu)升級。我們可以把硬件打通，基礎(chǔ)軟件打通，控制及算法打通。從組織效率來講，從資源來講，它的利用率都是最大的。這是從傳統(tǒng)動力總成部門舉例來講，其實從整個公司來講，我們也看到很多公司在做這樣組織變更的事情。另外，對于汽車行業(yè)，目前采取的開發(fā)模式還是V模型開發(fā)模式，這種模式是典型的瀑布模型開發(fā)，整個開發(fā)過程包括需求、設(shè)計、開發(fā)、驗證環(huán)節(jié)，還是比較按部就班的過程，從需求到設(shè)計到開發(fā)到測試，每一個階段可能都是定義好的。

其實在智能汽車這塊，比如說硬件這塊的開發(fā)還是需要這樣的模式，因為硬件迭代的周期或者成本還是比較大的。但是從軟件來看，這種模式已經(jīng)不適用了，我們需要敏捷開發(fā)模式，以快速響應(yīng)用戶的最終需求。

第五個變化，合作模式深度化。傳統(tǒng)的合作模式主要有兩種，第一種是Tier1提供完整硬件和軟件（交鑰匙工程），主機廠只需要提需求，其他由Tier1來實現(xiàn)。第二種是合作開發(fā)模式，Tier1提供硬件以及中間件，OEM開發(fā)上層算法。隨著智能汽車的發(fā)展，其實這塊模式也在變，就是整車廠和OEM分工或者邊界也會有一些調(diào)整。主機廠可能需要做的是差異化的產(chǎn)品，因為對于市場上競爭越來越激烈，差異化是主機廠必爭的高地，它能夠得到更多用戶價值。作為Tier1來講，更多是提供標(biāo)準(zhǔn)、批量、可靠的產(chǎn)品，不管是硬件，還是軟件。這是整個合作模式的變化。

第六個變化，供應(yīng)鏈體系。傳統(tǒng)上我們?nèi)ゲ少徚悴考?，可能是按照系統(tǒng)，比如說底盤系統(tǒng)，動力系統(tǒng)，智駕系統(tǒng)，座艙系統(tǒng)等等。每一個系統(tǒng)都是有控制器，傳感器，執(zhí)行器的，我們是這種供應(yīng)鏈的模式。

對于智能汽車或者芯片升級下的供應(yīng)鏈模式而言，可能會發(fā)生一些變化。從主機廠角度，傳統(tǒng)ECU、芯片還是要去采購的，但是采購的對象可能會更多，比如OEM會為操作系統(tǒng)付費，我們還會買軟件，包括基礎(chǔ)軟件，中間件，視覺算法，高清地圖等等，在云端我們也會租賃甚至購買云端計算平臺，去購買云端的服務(wù)，后面車路協(xié)同趨勢下，也可能會為路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施付費，這是供應(yīng)鏈體系的變化。

剛才講了這么多變化，那么電控產(chǎn)品或者汽車產(chǎn)品應(yīng)該堅守什么呢？可能我們需要堅守很多，在這兒主要跟大家分享一點就是產(chǎn)品的可靠性以及安全屬性。我們經(jīng)常在各種媒體論壇上看到，有人說汽車就是一個手機加四個輪子。

從智能硬件角度來講，汽車可能是史上最大的智能硬件，不管是技術(shù)趨勢，還是開發(fā)模式，還是智能化的OTA升級等很多方面汽車跟手機越來越相似，這是我們不得不承認(rèn)的，并且這個趨勢也變得更加明顯，汽車需要和通訊行業(yè)、手機行業(yè)更深入的融合，從這個意義上來講，汽車的確就是帶四個輪子的手機。但是作為汽車產(chǎn)品，交通工具永遠是它的第一位屬性，對于汽車行業(yè)從業(yè)人員來講，不管是做芯片，還是控制器，甚至做系統(tǒng)，最后做到整車，車規(guī)級的電控產(chǎn)品永遠是第一位。那么我們怎么保證它是車規(guī)級產(chǎn)品呢？我從四個方面講一下。

第一，體系文化的保證。我們設(shè)計產(chǎn)品一定是從安全出發(fā)，安全和可靠性是汽車電控產(chǎn)品以及汽車行業(yè)工程師的DNA，關(guān)于安全或者體系文化有各種各樣的車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)，我們有質(zhì)量體系IATF16949，有ISO26262等等。

第二，可靠性設(shè)計?？煽啃詰?yīng)該首先是設(shè)計出來的，而不是測試出來的。從設(shè)計角度來講，我們有WCCA分析計算，各種仿真，各種應(yīng)力分析，還有FTA/FMEA等保證整個產(chǎn)品在設(shè)計階段就是車規(guī)級的。

第三，可靠性驗證。比如說在芯片級別有AEC-Q100、AEC-Q200等；在控制器產(chǎn)品可靠性方面也有大量驗證，比如說環(huán)境，電性能，EMC，壽命試驗；電控系統(tǒng)級別也會做相應(yīng)可靠性試驗；在整車級別，我們有三高試驗，整車耐久試驗，城市綜合道路試驗等等，從多維度保證整個產(chǎn)品是車規(guī)級的。

第四，制造。制造這里也是有質(zhì)量體系保證，制造工藝保證，生產(chǎn)測試保證，并且我們的生產(chǎn)測試目標(biāo)是要保證測試覆蓋率100% Coverage，并且對于零公里的缺陷，汽車行業(yè)也有非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。

下面講一下在這種趨勢下，電控硬件有哪些新的變化？

第一，控制器級別硬件架構(gòu)的變化，傳統(tǒng)ECU可能就是單MCU系統(tǒng)?，F(xiàn)在域控硬件架構(gòu)，需要偏向安全的MCU和多顆SOC實現(xiàn)。芯片架構(gòu)也是向多核異構(gòu)趨勢發(fā)展，整體芯片也是在往集中化方向發(fā)展。芯片算力方面也在大幅提升，一個傳統(tǒng)MCU，英飛凌AURIX TC275的算力等效為0.61TOPS（預(yù)估），而英偉達Orin的算力可達254TOPS。存儲方面也是由片內(nèi)儲存向片外高存儲容量趨勢發(fā)展。

第二，電源架構(gòu)趨勢，控制器電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電源種類大幅度增加，以某分布式ECU電源拓?fù)鋵Ρ饶秤蚩刂破?，電源種類由9種增加到24種。分布式ECU一般無嚴(yán)格的上下電時序要求，SOC或MPU有非常嚴(yán)格的上下電時序要求，電源完整性要求也越來越高。

第三，通信接口的變化。不管是板內(nèi)通信接口，還是現(xiàn)場總線，首先通信接口種類越來越多，整體趨勢也是從低速向高速發(fā)展。未來現(xiàn)場總線，如以太網(wǎng)，包括千兆以太網(wǎng)，后面可能有10G以太網(wǎng)將大量應(yīng)用在車中，所以整體還是向高速發(fā)展。

那么在這種變化趨勢下，對于域控制器級別的硬件設(shè)計有哪些挑戰(zhàn)呢？

第一個，電源完整性挑戰(zhàn)。這里有兩個原因，第一個原因是信號速度越來越快，造成了電源系統(tǒng)阻抗變大。我們預(yù)期是比較穩(wěn)定的電源，但是到芯片端已經(jīng)是比較不穩(wěn)定的狀態(tài)。第二個原因，電壓等級降低，噪聲信號的噪聲裕度容限降低。應(yīng)對主要是兩個方面，第一個是要加大電源完整性仿真力度，第二個是電源完整性測試要做得非常充分。

第二個，信號完整性問題，由于信號上升沿變快引起了信號反射，串?dāng)_，延時等。從應(yīng)對方案來講是自上而下的SI分析方法，目前很多廠商對信號完整性做得不是特別充分，主要是依靠壓力測試來保證信號完整性，但是我們建議更多是從仿真和比較全面的信號完整性測試去保證。

第三個是EMC，這里分兩塊來講，EMI騷擾增強，為什么這么說呢？電源回路、高速接口以及時鐘電路的增加，造成了比較多的騷擾源?？箶_性這塊，主要原因是車內(nèi)EMC環(huán)境越來越復(fù)雜，以及高速信號噪聲容錯余量小，對干擾更敏感。另外，整車廠也在提高EMC測試等級。主要措施跟剛才講的SI/PI一樣，還是強調(diào)在設(shè)計和前期仿真階段提前發(fā)現(xiàn)問題，以減少硬件迭代的成本。

第四個是功耗與散熱的問題。傳統(tǒng)一個分布式控制器功耗可能不到10W，對于一個域控，我們拿特斯拉FSD來講，有70多瓦的功耗，那么對于一個中央計算平臺可能有幾百瓦甚至上千瓦功耗，熱對于可靠性有非常大的影響，那么我們結(jié)構(gòu)設(shè)計上，除了加入主動散熱措施，比如風(fēng)冷、水冷，板級以及系統(tǒng)熱仿真這塊也要重視起來。

第五個是設(shè)計壽命的問題，這是電動車比較通用的一個問題。拿一個整車15年，30萬公里設(shè)計壽命來講，傳統(tǒng)分布式ECU只需要工作8000小時，但是域控制器在充電時間也工作，并且現(xiàn)在充電時間已經(jīng)占據(jù)了車輛主要的工作時間，那么域控可能需要工作2.6萬小時，這是一個比較大的挑戰(zhàn)。對于設(shè)計壽命的延長，相對應(yīng)的驗證要求也是越來越高。我們拿零部件高溫耐久來講，傳統(tǒng)控制器只需要驗證1800小時，對于域控可能需要5900小時。對于這塊我們的建議是，由于半導(dǎo)體廠商提供的壽命曲線和控制器級別的工況甚至整車工況是不匹配的，大家遵循的標(biāo)準(zhǔn)是不一致的，那么從設(shè)計方面，希望設(shè)計初期就需要詳細分析相關(guān)器件、材料壽命曲線和真實的控制器工作環(huán)境，以評估器件、材料是否滿足壽命要求，另外，建議前期做相關(guān)可靠性或者失效率仿真。

對于驗證階段，從OEM來講，由于控制器的布置位置不同，我們需要去評估各個控制器實際工況下的溫度分布，然后把不同位置的控制器溫度曲線盡量做到精準(zhǔn)，避免過設(shè)計。另外，從測試方案方面，剛才我們看到高溫耐久要近6000小時，那么控制器驗證需要適當(dāng)增加樣本以減少測試時間，保證項目節(jié)點。

第六個是測試及驗證，總體測試復(fù)雜度提升，測試工作量加大。包括測試儀器，測試環(huán)境的搭建，測試項目以及對測試人員的技術(shù)要求。

最后講一下制造工藝的需求，有三個方面：1、器件以及PCB設(shè)計尺寸減小?，F(xiàn)在大量使用0402封裝，0201也有可能也會導(dǎo)入到汽車行業(yè)，PCB線寬線距減少，盲埋孔設(shè)計等，這塊對PCB制造工藝以及貼片工藝都有更高的要求。2、BGA封裝大量使用，對于焊接質(zhì)量和產(chǎn)線檢測設(shè)備也是有更高的要求。3、組裝測試工藝，域控及中央計算平臺的應(yīng)用對組裝工藝提出了更高的要求，比如在點膠、氣密等工藝方面。在高速信號測試方面，信號完整性生產(chǎn)測試方面也會有特殊的需求。