“天际汽车周毅：芯片升级下的域控硬件开发”

6月29日-30日，列支敦士登汽车主办的“2021中国汽车半导体产业大会”隆重举行。 此次会议主要围绕中国汽车企业核心短缺的现状、供应链国产化安全建设、车载芯片平台构建设计、自动驾驶、智能座舱行业的芯片诉求和应用实例、电力半导体在三电的应用、芯片测试和功能安全等话题展开讨论，共谋产业未来快速发展的道路， 接下来是天空树汽车基础硬件总监周毅在这次大会上的发言。

天际线汽车基础硬件总监周毅

你好，我是周毅。 目前在天车上负责域控制器的硬件开发。 我们也是制造新车的势力。 在座的各位可能不太了解天车。 我花点时间向您介绍一下天车的基本情况。

空车的愿景是成为绿色智能旅行的探险家和领导者。 天车已于年成立，当时被称为电动汽车； 年发布了中高端企业品牌enovate，同年更名天车。年12月获得整车生产资格。 这里包括以前流传下来的汽车、混合动力、新能源、商用车。 在生产方面，天空有绍兴、长沙、青岛(商用车制造基地) 3个制造基地。 去年9月正式发布了首款B级suv me7，去年10月完成了新的50亿融资。 去年11月，我们交货给了空天me7的第一位业主。 从产品发布到最终交付，企业只花了40多天，但这一速度在领域内还很快。

今年3月，我们访问了浙江卫视&； 嘀嗒制作了跨界音乐综艺节目《为歌而赞》，之后也受到好评。 今年5月，与京东达成战术合作，双方将在企业品牌、产品、顾客、渠道全方位实现资源共享。 今年6月，空际汽车第二个产品a+suv me5在空际长沙功夫工厂正式下线，开始了空际me5的预售。 两周前，6.18 me5京东定制版也在京东同时发售。

空际me7由原保时捷设计师hakan亲自设计，车身轴距达到2830毫米，目前有530公里续航和410公里续航两个版本。 在智能或座舱这个部分，我们支持五个屏幕的即时通讯。 ai语音助手小天、脸部识别、整车也支持全时ota在线升级。 名为智驾的我们具备l2.5级智能驾驶辅助性能。

右边是天际线me5。 这里是定位a+suv，脸部也在线。 这辆车整体还年轻，正在运动，轴距为2750mm毫米。 这辆车也有两个版本。 第一个版本是增速版本，综合里程达到1012公里，支持智驾驶这种l2+智能驾驶。

让我们回到主题上来。 今天和大家分享的主题是芯片化域控制的硬件开发，主要从三个方面分享。 1、电子控制系统的变革和坚守。 2、电控硬件设计的新趋势。 3、域控制硬件设计的新挑战。

第一个变化是ee体系结构的集中化。 体系结构整体的趋势也是从分布式体系结构到域控制，最后到zone体系结构的过程。 整体逻辑还是决定对中央计算平台的集中、执行和传感下放。

第二个变化是软件的服务化，即现在非常热门的soa架构。 以前流传下来的汽车软件架构，比如classic autosar，还是面向信号的软件架构，我们在进行设计变更、ota升级时，整体难度很大。 该体系结构像齿轮组一样，中间某个齿轮的尺寸变更会对其相关齿轮产生非常多的影响，整体变更效率和ota更新的技术难度比较高。

在软件定义汽车的背景下，该软件体系结构逐渐变化为服务型软件体系结构，车内功能逐渐像积木一样成为标准服务，服务之间低耦合，同时具备非常精细的粒度，这

第三个变化是传感和泛化的执行。 我们现在一辆车可能有80-100个控制器。 每个控制器都不同。 但抽象来看，对典型的嵌入式系统来说，有输入，有控制，有输出，对输入来说，有硬线信号输入，有总线输入，还有其他特殊输入。 输出包括高低边驱动、h桥、三相全桥等，也有通过总线输出的。 对于传感行和泛化，根据接口形式、接口数量、驱动能力以及通信接口的类型、通信速度将这些传感和执行单元标准化为zone的控制器。 然后，将这种接近顾客的上层逻辑集中在车载计算平台上。 车载计算平台具有较大的计算能力、较大的数据吞吐量率，这就是我们所说的传感和执行泛化。

第四个变化是组织敏捷化，这张图是以前传到oem动力总成部门的组织结构。 包括整车控制部门、电池管理部门、混合动力部门、电机部门等。 在以前流传下来的oem架构中，每个部门都有硬件开发、软件开发、APP应用层开发。

这里首要有两个问题。 第一，整个组织的效率很低。 动力系统的各个子系统密切相关，在不同部门的分工下，信息表达的价格非常高。 二是技术资源共享或人力资源共享问题。 常见的是，一些企业整车控制部门的工具链、基础包、bms部门可能不同。 在芯片升级和软件定义的汽车发展趋势中，必须打破这个边界。 事实上，技术迫使整个组织升级。 我们可以穿透硬件，基础软件，控制和算法。 从组织效率来说，从资源来说，其利用率都是最大的。 这是以前流传的动力总成部门的例子，其实从整个企业来说，也可以看到很多企业发生这样的组织变更的事件。 此外，汽车领域目前仍采用v型开发模式。 该模型是典型的瀑布模型开发，可能定义了包括诉求、设计、开发、验证环节在内的整个开发流程，还是分部门的流程，从诉求到设计、开发、测试的各个阶段。

其实所谓智能车，比如硬件这个开发还是需要这样的模型，硬件迭代的周期和价格还很大。 但是从软件来看，这个模型已经不适用了。 为了迅速响应客户的最终诉求，需要敏捷开发模式。

第五个变化是合作模式的深度化。 以前流传下来的合作模式主要有两种，第一种是tier1提供完善硬件和软件(交给钥匙的工程)，主机厂只需要诉求，其他的由tier1实现。 第二个是联合开发模式，第一层提供硬件和中间件，oem开发高级算法。 随着智能车的迅速发展，其实这种模式也在改变。 也就是说，整车厂和oem的分工和边界也略有调整。 主机厂可能需要制造与众不同的产品。 因为市场竞争越来越激烈，差异化是主机厂必争的高地，可以获得越来越多的顾客价值。 作为第1层，无论硬件、软件，越来越多的产品都是标准、批量、可靠的。 这是整个合作模式的变化。

第六个变化是供应链系统。 以前我们传来购买零件的可能是遵循底盘系统、动力系统、智能驾驶系统、座舱系统等系统。 每个系统都有控制器、传感器和执行器。 我们是这个供应链的典范。

智能汽车和芯片升级中的供应链模式可能会发生一些变化。 从主机制造商的角度来看，以前有消息说ecu、芯片还是要去买，但购买的对象可能会越来越多。 例如，oem向操作系统付款。 我们还将购买基础软件、中间件、视觉算法、高清晰度地图等软件。 在云中租赁和购买云计算平台，然后购买云服务。 在道路协同趋势下，也向道路方面的基础设施支付费用。 这是供应链体系的

刚才说了这么多变化，电控产品和汽车产品应该保护什么呢？ 我们可能需要保护很多，但是在这里首先向大家分享产品的可靠性和安全性。 我们经常在各种媒体论坛上看到，据说汽车是一个手机和四个轮子。

从智能硬件的角度来说，汽车可能是有史以来最大的智能硬件。 不得不承认，在技术趋势、开发模式、智能ota升级等许多方面，汽车和手机越来越相似。 同时，这一趋势也更加明显，汽车需要与通信领域、手机领域更深入地融合。 从这个意义上说，汽车确实是有四个轮子的手机。 但是，作为汽车产品，交通工具始终是其第一位的属性，对于汽车领域的工作人员来说，无论是制造芯片、制造控制器、制造系统、最后制造整车，车规级的电控产品始终是第一位的。 那么，你怎么保证它是车规级的产品呢？ 我从四个方面说。

第一，体系文化的保证。 我们设计产品一定要从安全出发。 安全和可靠性是汽车电控产品和汽车领域工程师的dna。 关于安全或体系文化有各种各样的车规级标准。 我们有质量体系iatf16949、iso26262等。

第二，可靠性高的设计。 可靠性首先是设计的，应该不是经过测试的。 从设计的角度来说，有wcca的分解计算、各种模拟、各种应力的分解，还有fta/fmea等，保证了整个产品在设计阶段是车的规级。

第三，可靠性验证。 例如，在芯片级上有aec-q100、aec-q200等； 在环境、电气性能、emc、寿命试验等控制器产品的可靠性方面也进行了大量验证； 在电控系统级也进行相应的可靠性试验的整车级有三高试验、整车耐久试验、城市综合道路试验等，从多维度保证整个产品处于车的规律水平。

第四，制造。 这里也有质量体系的保证、制造技术的保证、生产测试的保证。 同时我们的生产测试目标是保证测试覆盖率100% coverage。 同时对于零公里的缺陷，汽车领域也有非常严格的标准。

在这样的趋势下，电控硬件有什么新的变化吗？

首先，控制器级硬件架构的一些变化以前被告知ecu可能是单mcu系统。 目前，域控制硬件架构需要偏向于实现安全的mcu和多个soc。 芯片架构也向多核异构化趋势迅速发展，整个芯片也向集中化方向迅速发展。 芯片计算力方面也有了很大的提高，之前传来了mcu，但是英飞凌aurix tc275的计算力为0.61tops (估计值)，NVIDIAOrin的计算力将达到254tops。 在存储方面，芯片上存储向芯片外高存储容量的趋势也在迅速发展。

第二，电源架构的趋势，控制器的电源拓扑越来越复杂，电源种类大幅增加，相对于某分布式ecu的电源拓扑——域控制器，电源种类从9种增加到24种。 分布式ecu通常没有严格的通电定时要求，soc或mpu有非常严格的通电定时要求，电源完整性要求也越来越高。

第三，通信接口的一些变化。 无论是板内通信接口还是现场总线，首先通信接口的种类很多，整体趋势也从低速迅速发展。 未来的现场总线，如以太网，包括千兆以太网，后面可能会有大量10g以太网应用于汽车，因此整体发展很快。

那么，在这样的变化中，域控制器级的硬件设计有哪些挑战呢？

第一个是电源完整性的课题。 这里有两个原因。 第一个原因是信号速度越来越快，电源系统的阻抗变大了。 我们期待着比较稳定的电源，但到芯片一侧已经处于比较不稳定的状态。 第二个原因是电压电平下降，噪声信号的噪声容限下降。 第一是应对两个方面，第一是加大电源完整性仿真力度，第二是充分进行电源完整性测试。

第二个是信号的完整性的问题，由于信号的上升速度加快，会产生信号的反射、串扰、延迟等。 对策是自上而下的si分解方法，目前很多厂家的信号完整性不是特别好，首先依靠压力测试来保证信号的完整性，但越来越多的是通过仿真和比较全面的信号完整性测试来保证

第三个是emc。 这里分为两个块，强化了emi骚扰。 为什么会这样呢？ 电源电路、高速接口、时钟电路的增加，引起了比较多的骚扰源。 抗干扰性的首要原因是车内的emc环境越来越复杂，以及高速信号噪声的抗干扰性低，对干扰敏感。 此外，整车厂也在提高emc的测试等级。 第一项措施与前面提到的si/pi一样，强调在设计阶段和前期模拟阶段尽早发现问题，以降低硬件迭代的成本。

四是功耗和散热问题。 以前传来的分布式控制器的功耗可能不到10w。 域控制方面，特斯拉fsd耗电量可能在70瓦以上，中央计算平台耗电量可能在数百瓦到数千瓦之间。 热量可能对可靠性有非常大的影响。 因此，结构设计除了采用空冷、水冷、板级、系统热模拟等积极的散热措施外，还需要重视。

五是设计寿命问题，这是电动汽车比较共同的问题。 就整车15年、30万公里的设计寿命而言，以前曾有消息称分布式ecu只需要8000个小时，而域控制器还从事充电时间，同时现在充电时间占车辆的首要工作时间，所以域控制为2.6万小时。 对于设计寿命的延长，对应的验证要求也越来越高。 我们就零件的高温耐久来说，以前传过来的控制器只能验证1800个小时，域控制可能需要5900个小时。 这个我们的提案，由于半导体厂家提供的寿命曲线和控制器级的工作情况，甚至整车的工作情况不一致，所以大家遵循的标准不一致。 因此，从设计方面出发，需要详细分解相关器件、材料寿命曲线和实际控制器工作环境，判断器件、材料是否满足寿命要求，并提出前期进行相关可靠性或低效率的仿真。

在验证阶段，由于控制器的配置位置与oem不同，因此需要判断各控制器在实际状况下的温度分布，使不同位置的控制器的温度曲线尽可能准确，以免设计过度。 另外，从测试计划方面，我们刚才看到高温耐久需要近6000个小时，控制器的验证需要适当增加样本以减少测试时间，保证项目节点。

第六是测试和验证，整体测试多，复杂度提高，测试工作量增加。 包括测试仪器、测试环境的建立、测试项目以及对测试人员的技术要求。

最后介绍制造技术诉求，包括三个方面: 1、设备和pcb设计尺寸的缩小。 目前，已大量采用0402封装，0201也有可能被引入汽车领域，对pcb制造工艺和贴片工艺有更高的要求，如减少pcb的线宽线间距、盲孔设计等。 2、大量采用bga封装，对焊接质量和生产线检测设备也有更高的要求。 3、装配测试技术、域控制和中央计算平台的应用对装配技术提出了更高的要求。 例如点胶、气密等技术方面。 在高速信号测试中，信号的完整性生产测试也有特殊的诉求。

以上是我的分享。 谢谢你。