Tradičné palivové vozidlo vyžaduje približne 500 až 600 čipov a približne 1 000 ľahkých zmiešaných áut, plug-in hybridov a čisto elektrických vozidiel vyžaduje najmenej 2 000 čipov.
To znamená, že v procese rýchleho vývoja inteligentných elektrických vozidiel nielenže neustále rastie dopyt po pokročilých procesných čipoch, ale bude sa naďalej zvyšovať aj dopyt po tradičných čipoch. Toto je MCU. Okrem nárastu počtu bicyklov prináša radič domény aj nový dopyt po vysokej bezpečnosti, vysokej spoľahlivosti a vysokom výpočtovom výkone MCU.
MCU, mikrokontrolérska jednotka, známa ako jednočipový mikropočítač/mikrokontrolér/jednočipový mikropočítač, integruje CPU, pamäť a periférne funkcie na jednom čipe a vytvára tak počítač na čipovej úrovni s riadiacou funkciou. Používa sa hlavne na spracovanie a riadenie signálu. Je jadrom inteligentného riadiaceho systému.
Mikrokontroléry a automobilová elektronika, priemysel, počítače a siete, spotrebná elektronika, domáce spotrebiče a internet vecí úzko súvisia s našimi životmi. Automobilová elektronika je najväčším trhom v automobilovej elektronike a automobilové elektróny tvoria 33 % celosvetovo.
Štruktúra mikrokontroléra
MCU sa skladá hlavne z centrálneho procesora CPU, pamäte (ROM a RAM), vstupného a výstupného rozhrania I/O, sériového portu, počítadla atď.
ProcesorCentrálna procesorová jednotka (Central Processing Unit) je jadrom mikrokontroléra (MCU). Jej komponenty dokážu vykonávať aritmeticko-logické operácie s dátami, spracovanie bitových premenných a prenos dát. Riadiace časti koordinujú prácu v určitom časovom intervale, aby analyzovali a vykonávali inštrukcie.
ROMPamäť len na čítanie je programová pamäť, ktorá sa používa na ukladanie programov napísaných výrobcami. Informácie sa čítajú nedeštruktívnym spôsobom. Podstata
RAMPamäť s náhodným prístupom (Random Access Memory) je dátová pamäť, ktorá si priamo vymieňa dáta s procesorom (CPU) a dáta nie je možné uchovať po výpadku napájania. Program je možné zapisovať a čítať kedykoľvek počas jeho behu a vo všeobecnosti sa používa ako dočasné úložisko dát pre operačné systémy alebo iné spustené programy.
Vzťah medzi CPU a MCU:
CPU je jadrom operačného riadenia. Okrem CPU obsahuje MCU aj ROM alebo RAM, čo je čip na úrovni čipu. Bežné sú SOC (System On Chip), čo sú čipy systémovej úrovne, ktoré dokážu ukladať a spúšťať kód na systémovej úrovni, spúšťať QNX, Linux a ďalšie operačné systémy vrátane viacerých procesorových jednotiek (CPU + GPU + DSP + NPU + úložisko + rozhranie).
Číslice MCU
Číslo sa vzťahuje na šírku MCU, ktorá spracováva dáta. Čím vyšší je počet číslic, tým silnejšia je kapacita spracovania dát MCU. V súčasnosti sú najdôležitejšie 8, 16 a 32 číslic, z ktorých najviac tvorí 32 bitov a ich počet rýchlo rastie.
V automobilovej elektronike sú náklady na 8-bitové MCU nízke a ich vývoj je jednoduchý. V súčasnosti sa väčšinou používa na relatívne jednoduché ovládanie, ako je osvetlenie, dažďová voda, okná, sedadlá a dvere. Avšak pre zložitejšie aspekty, ako sú prístrojové displeje, informačné systémy pre zábavu vozidiel, systémy riadenia výkonu, podvozky, asistenčné systémy riadenia atď., sa používa najmä 32-bitová technológia a iteračný vývoj automobilovej elektrifikácie, inteligencie a sietí. Požiadavky na výpočtový výkon MCU sa tiež zvyšujú a zvyšujú.
Autentifikácia vozidla MCU
Pred vstupom dodávateľa MCU do systému dodávateľského reťazca OEM je vo všeobecnosti potrebné absolvovať tri hlavné certifikácie: fáza návrhu musí spĺňať normu funkčnej bezpečnosti ISO 26262, fáza toku a balenia musí spĺňať normy AEC-Q001 ~ 004 a IATF16949 a počas fázy certifikačného testovania musí spĺňať normy AEC-Q100/Q104.
Medzi nimi norma ISO 26262 definuje štyri úrovne bezpečnosti ASIL, od nízkej po vysokú, A, B, C a D; AEC-Q100 je rozdelená do štyroch úrovní spoľahlivosti, od nízkej po vysokú, 3, 2, 1 a 0, v uvedenom poradí, 3, 2, 1 a 0. Podstata Certifikácia série AEC-Q100 zvyčajne trvá 1 – 2 roky, zatiaľ čo certifikácia ISO 26262 je náročnejšia a cyklus je dlhší.
Aplikácia MCU v priemysle inteligentných elektrických vozidiel
Aplikácia MCU v automobilovom priemysle je veľmi široká. Napríklad, v oblasti príslušenstva karosérie, energetických systémov, podvozkov, informačných a zábavných systémov vozidiel a inteligentného riadenia sa dopyt ľudí po produktoch MCU ešte viac zvýši.
Elektrifikácia:
1. Systém správy batérií BMSSystém BMS musí riadiť nabíjanie a vybíjanie, teplotu a vyvažovanie batérie. Hlavná riadiaca doska vyžaduje mikrokontrolér (MCU) a každá podriadená konzola tiež vyžaduje jeden MCU;
2.Riadiaca jednotka vozidla VCURiadenie energie elektrických vozidiel musí zvýšiť výkon ovládača vozidla a zároveň je vybavené 32-bitovými špičkovými MCU, ktoré sa líšia od plánov jednotlivých tovární;
3.Riadiaca jednotka motora/ovládač prevodovkyNáhrada za sériovú výrobu, riadiaca jednotka meniča pre elektrické vozidlá, MCU s alternatívnym olejom, riadiaca jednotka motora vozidla. Kvôli vysokým otáčkam motora je potrebné reduktor spomaliť. Riadiaca jednotka prevodovky.
Inteligencia:
1. V súčasnosti sa domáci automobilový trh stále nachádza vo fáze penetrácie vysokorýchlostných systémov L2. Z hľadiska komplexných nákladov a výkonu výrobca originálnych dielov (OEM) zvyšuje funkciu ADAS a stále využíva distribuovanú architektúru. So zvyšujúcou sa rýchlosťou načítania sa zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje aj MCU spracovania informácií zo senzorov.
2. Vzhľadom na rastúci počet funkcií kokpitu sa úloha nových energetických čipov stáva čoraz dôležitejšou a zodpovedajúci stav MCU klesá.
Remeslo
Samotný MCU má prioritné požiadavky na výpočtový výkon a nemá vysoké nároky na pokročilé procesy. Zároveň jeho vstavané úložisko obmedzuje zlepšovanie procesu MCU. Pri produktoch MCU sa používa 28nm proces. Špecifikácie predpisov pre vozidlá sa týkajú hlavne 8-palcových doštičiek. Niektorí výrobcovia, najmä IDM, začali prechádzať na 12-palcovú platformu.
Súčasné 28nm a 40nm procesy sú hlavným prúdom na trhu.
Typické podniky doma a v zahraničí
V porovnaní so spotrebnými a priemyselnými mikrokontrolérmi majú automobilové mikrokontroléry vyššie požiadavky na prevádzkové prostredie, spoľahlivosť a dodávateľský cyklus. Okrem toho je ťažké na trh vstúpiť, takže štruktúra trhu s mikrokontrolérmi je vo všeobecnosti relatívne koncentrovaná. V roku 2021 päť najväčších spoločností zaoberajúcich sa mikrokontrolérmi na svete predstavovalo 82 %.
V súčasnosti je MCU na úrovni automobilov v mojej krajine stále v zavádzacom období a dodávateľský reťazec má veľký potenciál pre alternatívu na pozemkoch a v domácnostiach.
Čas uverejnenia: 8. júla 2023
