當(dāng)人們享受以車代步的便利生活之余，汽車無形中也成為人類健康的“隱形殺手”。由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒汽油而向外排放的尾氣中含有大量的一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔?、?xì)微顆粒物以及硫化物等污染物，這些有害氣體擴(kuò)散到空氣中直接污染城市環(huán)境危害人類健康，還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)散到大氣中經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成二次污染物，對環(huán)境造成更不利的影響。近年來，隨著生態(tài)環(huán)境的惡化，各國政府逐步重視汽車尾氣排放的污染問題，半導(dǎo)體廠商也致力于開發(fā)新的節(jié)能技術(shù)及產(chǎn)品。 電子系統(tǒng)擔(dān)綱汽車節(jié)能臺(tái)柱 汽車制造商發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體在提高燃油經(jīng)濟(jì)、減少排放、提高安全和保持最低總成本方面起到非常重要的作用。半導(dǎo)體首先在發(fā)動(dòng)機(jī)方面發(fā)揮高精度控制的優(yōu)勢，發(fā)動(dòng)機(jī)約占整車15%的成本，電子控制燃油噴射系統(tǒng)約占發(fā)動(dòng)機(jī)成本的1/5，電子器件對汽車性能起到重要的支撐作用。 機(jī)械式噴油泵技術(shù)因燃燒汽油不完全而被市場淘汰，電控燃油噴射系統(tǒng)可有效改善燃油效率已全面取代機(jī)械式燃油泵的市場地位。飛思卡爾半導(dǎo)體大中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)殷鋼認(rèn)為，“最新的電子動(dòng)力系統(tǒng)控制技術(shù)已經(jīng)證明可以幫助降低排放量、提高燃油效率并將更多引擎動(dòng)力傳輸?shù)铰访?，使新車輛更加經(jīng)濟(jì)，并保護(hù)環(huán)境。”他還用具體數(shù)字比較了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和采用電子燃油噴射系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能效率。傳統(tǒng)的兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，30～40%的燃油沒有燃燒就直接排放到廢氣中。而采用電子燃油噴射的車輛可以減少大約75%的一氧化碳排放和大約90%的碳?xì)浠锱欧?，并且可以減少35%燃油使用量。 為滿足汽車舒適安全的訴求，符合日益嚴(yán)苛的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，汽車上的電子系統(tǒng)越來越復(fù)雜，依賴更多的電子控制單元（ECU）實(shí)現(xiàn)管理功能。因此，ECU的核心器件MCU的需求量也水漲船高，高功能和可快速執(zhí)行大型程序的高性能MCU在汽車上的搭載數(shù)量從過去的個(gè)位數(shù)攀升至如今的兩位數(shù)。市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Gartner預(yù)測，全球車用MCU市場規(guī)模將從2008年的53億美元迅速增長到2012年63億美元的水平。該機(jī)構(gòu)指出，車用MCU市場50%的收入源自節(jié)能環(huán)保汽車的相關(guān)需求。 節(jié)能議題抬升車用MCU性能指標(biāo) 隨著汽車工業(yè)向環(huán)保和節(jié)能的方向發(fā)展，在節(jié)能議題的前提下，間接對MCU的性能上有了更多細(xì)分的需求。英飛凌科技（中國）有限公司汽車電子業(yè)務(wù)部總監(jiān)劉魯偉分析MCU的性能將朝高運(yùn)算力、低能耗以及安全可靠方面繼續(xù)提升。MCU控制任務(wù)加重之后，相應(yīng)的運(yùn)算能力隨之提高，單純提高芯片的工作頻率已經(jīng)不能滿足這一需求，所以今后將進(jìn)入雙核甚至多核；其次，汽車搭載MCU為節(jié)省能源消耗，因而引入更多的MCU并不能加重系統(tǒng)能源的負(fù)擔(dān)，MCU節(jié)能的指標(biāo)就是每瓦功率能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算能力；由于汽車系統(tǒng)復(fù)雜度大大增加之后，片內(nèi)閃存和RAM的需求在不斷增加，預(yù)計(jì)帶有RAM和閃存的MCU在車載領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用比例；另外由于系統(tǒng)復(fù)雜度的提升，MCU數(shù)量大為增加之后，對于芯片的安全性、可靠性和保密性都有很高要求。 Atmel ASIC和ARM基礎(chǔ)微控制器傳訊經(jīng)理Peter Bishop觀察到，汽車行業(yè)通過采用電子控制單元（ECU）管理內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)作方式，來最大限度地減少燃料消耗。但是主要挑戰(zhàn)在于車輛系統(tǒng)日益復(fù)雜而MCU在滿足系統(tǒng)性能的同時(shí)，必須自身能耗最小化。此外，車用MCU的品質(zhì)、性能需要跟隨汽車網(wǎng)絡(luò)新興標(biāo)準(zhǔn)的同步演進(jìn)，符合車用電子產(chǎn)品的規(guī)格。 車輛電子控制需求的增加將大大促進(jìn)輸入輸出端口、存儲(chǔ)和計(jì)算的能力提升以滿足動(dòng)力總成、安全、底盤等復(fù)雜子系統(tǒng)的控制，車輛電子化控制的趨勢將進(jìn)一步刺激32位MCU在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。根據(jù)上述趨勢，偉世通亞太區(qū)電子產(chǎn)品研發(fā)總監(jiān)Matt Cole預(yù)測，“汽車電子將繼續(xù)朝高集成度方向發(fā)展，因?yàn)槠囆枰腅CU越來越多，集成化是降低價(jià)格和復(fù)雜度的唯一途徑?！碑?dāng)更多的功能集成化之后，低端的ECU和MCU的使用率將大幅下滑，而功能強(qiáng)大的ECU和MCU將獲得市場青睞并廣泛應(yīng)用。偉士通現(xiàn)已觀察到底盤和車輛控制方面出現(xiàn)集成化的趨勢。 毋庸置疑，MCU在能源節(jié)省中所扮演的重要角色。當(dāng)系統(tǒng)功能膨脹化帶動(dòng)MCU使用數(shù)量增加，接踵而至的是功耗、板級(jí)面積等問題，汽車制造商正在全力進(jìn)行系統(tǒng)集成，力爭減少ECU的數(shù)量以降低成本，一般的策略是增加ECU的功能，因此就需要采用32位的MCU集中處理運(yùn)算任務(wù)。 各國相繼推出汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率、減少排放對于動(dòng)力系統(tǒng)提出更高的要求，排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施從另一側(cè)面幫助32位MCU主導(dǎo)汽車市場。 “隨著日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，更多32位處理器被應(yīng)用到動(dòng)力總成系統(tǒng)領(lǐng)域?！眲Ⅳ攤ピu價(jià)排放標(biāo)準(zhǔn)對車用MCU的影響時(shí)說到，“從現(xiàn)實(shí)意義上說，反觀歐洲北美甚至鄰國日本，現(xiàn)行新車80%左右已經(jīng)采用32位系統(tǒng)，在中國，只是由于生產(chǎn)的慣性和廠家產(chǎn)品線的延續(xù)性還保留在16位平臺(tái)，但32位MCU一定是未來5年的大趨勢。” 汽車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，除了降低動(dòng)力引擎部分帶來的能耗，還可借助間接手段輔助汽車系統(tǒng)降低能源消耗。劉魯偉強(qiáng)調(diào)，在汽車節(jié)能中，單單依靠MCU性能的提升是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要考慮更多排放控制策略，例如直噴發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒等，這些都還需要從外部功率部件，甚至執(zhí)行器件入手做更多細(xì)致的工作。歸根結(jié)底就是開源節(jié)流，節(jié)能可以從簡單的細(xì)節(jié)開始，比如水泵/風(fēng)扇/發(fā)電機(jī)的PWM控制甚至按需配置功率等，都能系統(tǒng)性的減少能源消耗。 他特別指出，電子系統(tǒng)節(jié)能初期成本必然“欲揚(yáng)先抑”，會(huì)增加系統(tǒng)的開支，但長遠(yuǎn)來看添加電子元件的成本在未來的節(jié)能中輕而易舉就可收回成本。節(jié)能先期需以成本為代價(jià)換取，類似的例子在汽車電子領(lǐng)域并不罕見。例如改變現(xiàn)有的油泵繼電器為單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，成本可能增加15～20歐元，但是能減少80W電力消耗，換算成用戶的燃油一年就能收回成本。以水泵為例，水泵現(xiàn)在大多是發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶直接帶動(dòng)，如果通過三相無刷電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，整體成本增加大約55歐元，但是能給整車減少300瓦電力消耗，行駛12,000公里約半年就能收回成本。熱門的EPS（電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向）能減少250瓦消耗，行駛15,000公里就能收回成本。 “間接節(jié)能的方式還包括可編程速度限制和板載導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠節(jié)省因迷路所浪費(fèi)的能源?！盉ishop補(bǔ)充道。 混合動(dòng)力車只是過渡方案？ 面對日益高漲的原油價(jià)格，汽車制造商試圖尋求新的解決方式，混合動(dòng)力車市場正在逐步興起。混合和燃料電池車輛對電源半導(dǎo)體和額外計(jì)算性能有特殊的電子需求，以操作指定性能范圍內(nèi)的電動(dòng)機(jī)，提供最大效率。殷剛指出，混合動(dòng)力車以極少的散熱來切換超高電流的需求將促進(jìn)半導(dǎo)體公司迅速生產(chǎn)更強(qiáng)大、更快速甚至更智能的半導(dǎo)體。這些半導(dǎo)體可在保護(hù)設(shè)備和負(fù)荷的同時(shí)，處理日益增強(qiáng)的電流。此外，根據(jù)預(yù)測，這些相同的電源設(shè)備將能檢測故障條件，并通知潛在問題的主要微控制器。 Atmel則對混合動(dòng)力車的前景持不同看法，Bishop認(rèn)為，“從中期來看，混合動(dòng)力車輛是向全電動(dòng)車輛轉(zhuǎn)變的一個(gè)中間解決方案。”混合動(dòng)力車同時(shí)裝有汽油動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)兩套系統(tǒng)，在啟動(dòng)、加速、剎車等過程中協(xié)調(diào)運(yùn)作，可減少尾氣排放節(jié)省油耗，但兩套系統(tǒng)對汽車成本的增加，市場接受度仍待考察。 相比之下，Cole對混合動(dòng)力車的前景較為樂觀，“只要油價(jià)居高不下的情況一天不改善，未來消費(fèi)者將傾向于選購經(jīng)濟(jì)節(jié)能的汽車。此外，政府頒布的法規(guī)將堅(jiān)定這樣的選購意愿?！彼J(rèn)為制約混合動(dòng)力汽車發(fā)展的價(jià)格因素在稅收優(yōu)惠的支持下，伴隨OEM生產(chǎn)能力的提高以及混合技術(shù)成本的下降，混合動(dòng)力車的能源節(jié)省經(jīng)濟(jì)效應(yīng)終將沖破價(jià)格的羈絆。