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據(jù)StrategyAnalytics研究報告顯示，未來幾年，汽車電子半導體市場將以7.7的年均復合增長率(CAGR)穩(wěn)定增長，到2010年，預計會有約216億美元的汽車電子半導體產(chǎn)品在汽車中使用；每輛車中使用的半導體元件數(shù)量則將以年均9.6的速度增長，到2010年將達到283億美元的水平。

隨著汽車電子向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、舒適化趨勢發(fā)展的不斷深入，半導體在汽車電子化中的應用規(guī)模及其作用越來越引起關(guān)注，整個行業(yè)對MCU、傳感器、模擬IC等關(guān)鍵半導體元器件也提出更多挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)一：海量應用帶來管理復雜度提高

勿庸置疑，高速成長的汽車電子領(lǐng)域使得半導體器件大有用武之地，然而半導體器件的大量使用也會給系統(tǒng)管理帶來很多挑戰(zhàn)?！皢尉蚆CU而言，在1996年，典型的汽車僅有6個MCU，到2008年，高檔汽車應用MCU的數(shù)量會超過100個，這無疑使管理復雜性大大增加?！憋w思卡爾全球汽車電子戰(zhàn)略市場經(jīng)理StephanLehmann表示。Lehmann認為，汽車智能化的設(shè)計理念將不斷深入，包括技術(shù)合作和開放的標準，鼓勵即插即用的軟件模塊以及跨企業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)合作環(huán)境。

“車身有很多的位置需要控制和監(jiān)測，而且有很多地方的節(jié)點是非常集中的，應該把發(fā)動機、動力傳動系統(tǒng)、感應點等分為幾個ECU(電子控制單元)網(wǎng)絡(luò)，各ECU間通過總線相連，來進行分布式控制?！憋w思卡爾德國公司汽車系統(tǒng)工程部經(jīng)理RainerMakowitz介紹。飛思卡爾德國公司的總部位于慕尼黑，貼近世界頂尖級汽車制造商寶馬、奧迪、奔馳的設(shè)計和制造中心，可謂“近水樓臺”，因此在車身控制、車載信息娛樂、安全系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)等領(lǐng)域也走在世界前列。

分布式車身控制系統(tǒng)基于CAN/LIN總線，ECU將通過CAN總線提供穩(wěn)定、可靠的低成本網(wǎng)絡(luò)連接；電機、開關(guān)、傳感器和車燈等則通過LIN進行網(wǎng)絡(luò)連接。另外，Makowitz還談到，車身控制需要更高的集成度，通過飛思卡爾專有的SmartMOS技術(shù)，設(shè)計人員可以將模擬、功率器件和數(shù)字電路集成在一起，從而提供更好的性能調(diào)節(jié)、簡化設(shè)計，并節(jié)省電路板空間。

挑戰(zhàn)二：自預警對傳感器提出新需求

圖像傳感器和雷達技術(shù)可以為司機提供自我預警功能。Lehmann認為，新的傳感需求是當前汽車電子面臨的第二個挑戰(zhàn)，對于這一功能的實現(xiàn)，他指出幾個關(guān)鍵點：“車身需要安裝有多個傳感器，雷達器件成本的降低是一個關(guān)鍵因素，同時兩種不同傳感器的數(shù)據(jù)是可融合的。”此外，在降低成本方面，他還提到，可以用系統(tǒng)封裝方案代替板級模塊、采用標準化的衛(wèi)星通訊，以及更高集成度解決方案。

以輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)為例，Lehmann提到，美國要求在2007年8月前在所有出售的客車和輕型卡車上安裝TPMS，預計未來5年輪胎傳感器的需求量達到7億只。他接著指出，飛思卡爾的TPMS解決方案MPXY8300由電容性壓力傳感元件、溫度傳感器、2軸加速度傳感器、MCU、SMARTMOSRF發(fā)射器等組成，所有這些均被集成在一個小型封裝內(nèi)。

而半年前，飛思卡爾首次公布的使用硅鍺(SiGe)技術(shù)的77GHz頻帶毫米波雷達射頻芯片，正是用于在配備了車間距控制系統(tǒng)及預防碰撞安全系統(tǒng)(PrecrashSafetySystem)的汽車間進行間距檢測。該芯片將發(fā)射器數(shù)量由原來的3片降到單片，并采用了專為雷達設(shè)計的FirstPower架構(gòu)MCU，其成本僅有采用GaAs技術(shù)的1/4，使大批量使用成為可能。Lehmann透露，該芯片會用在2010年前后推出的汽車上。

挑戰(zhàn)三：性能、成本驅(qū)使MCU架構(gòu)升級

該行業(yè)對更多處理器及更強處理性能的需求漸趨明顯。Lehmann給出了這樣一組數(shù)據(jù)：2008年，汽車內(nèi)的ECU單元數(shù)預計將增加到60個，這需要處理器速度達到2000MHz，MCU要具備19MB可編程存儲器和1.25MB數(shù)據(jù)存儲器，晶體管數(shù)量更將高達3.4億。然而，高性能并不意味著成本的無約束，Lehmann稱要提供買得起的高性能產(chǎn)品。

Lehmann進一步指出，新算法的采用對MCU提出了創(chuàng)新要求，要增加了單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)DSP能力，同時，需要為大數(shù)據(jù)吞吐量和通信的優(yōu)化提供更加智能的MCU架構(gòu)，以及面向多核架構(gòu)的有效工具和深入了解。

在16位MCU產(chǎn)品方面，飛思卡爾微控制器部門IC設(shè)計中心經(jīng)理JoachimKrücken指出，飛思卡爾的S12系列MCU提供高性能和低成本兼容的產(chǎn)品。按照他公布的演進路線圖，2007年飛思卡爾將會推出支持更高性能的S12XF系列、S12XE系列，以及成本優(yōu)化的S12XS系列，并將在未來一兩年內(nèi)進一步推出外設(shè)更加簡化、成本最優(yōu)化的S12P系列，以超低成本支持LIN/CAN網(wǎng)絡(luò)。

Krücken介紹，S12系列MCU性能的提升主要在幾個方面：一是總線速度的提升，例如S12典型的總線速度為25MHz，到S12XD時的40MHz，再到S12XE的50MHz；二是CPU性能的提升，S12XD在S12的基礎(chǔ)上，進一步采用了更快速的乘法器、存儲訪問方式在整個系列中保持一致(Globalpaging)和更多16位操作，而S12XE又在S12XD上加入了同步不可屏蔽中斷(SYSnon-maskableinterrupt)；三是內(nèi)建可提供高達100MIPS額外處理能力的XGATE協(xié)處理器模塊；四是外設(shè)的增強。

以S12XEMCU系列為例，升級產(chǎn)品擁有更多的存儲器選擇，如S12XEP100將存儲器容量提高到1MB，顯著提高了MCU在各種應用中的性能，包括中央車身控制、儀表檢測、車門模塊和底盤節(jié)點。同時，S12XE系列包括一個存儲器保護單元(MPU)，用于防止軟件中的系統(tǒng)錯誤，這項特性在汽車設(shè)計中非常關(guān)鍵。XGATE協(xié)處理器模塊提供多種功能，比如顯示驅(qū)動、先進脈沖調(diào)制(PWM)功能和中斷處理，可以顯著降低CPU的負荷，使CPU能夠集中資源運行關(guān)鍵的系統(tǒng)活動，從而縮短響應時間。

32位MCU產(chǎn)品方面，飛思卡爾和ST聯(lián)合致力于PowerPC在汽車電子應用中的標準化工作，加強PowerPC的實用性，適用于動力傳動系統(tǒng)、車身與底盤控制以及安全系統(tǒng)應用。基于PowerPC架構(gòu)的MPC5561集成了高性能處理功能、閃存和行業(yè)標準接口，如FlexRay協(xié)議，適用于高級汽車安全應用，目前已應用于BMW自適應駕駛系統(tǒng)。Lehmann稱：“這是市場第一個且目前在路上運行的解決方案。”MPC5561還包括一個單指令多數(shù)據(jù)流(SIMD)引擎，支持信號處理和浮點運算密集的應用。

挑戰(zhàn)四：“零缺陷”的可靠性

汽車應用要求最基本的，就是可靠性要求?！捌嚢踩康氖橇闳毕莸目煽啃?，”Lehmann指出，“下一個十年，主動安全系統(tǒng)將驅(qū)動汽車電子工業(yè)的增長，在絕對零缺陷的發(fā)展趨勢下，當前百萬分不合格品率將會提升到十億分之一的水平。”

在保證質(zhì)量的同時還要降低成本，這是業(yè)界共同面臨的課題。無疑，改進的方法和架構(gòu)有助于在設(shè)計初期就考慮到質(zhì)量要求，但這需要在“把新技術(shù)更快推向市場”和“需要更多時間來保證質(zhì)量”之間尋求平衡點。