2022年11月8日至10日，由中国汽车工业协会主办的第十二届中国汽车论坛在上海嘉定举行。作为党的二十大后汽车行业的首场盛会，本届论坛以“凝心聚力 稳中求进 蓄势待发 迈向新征程”为主题，设置了“1场闭门峰会+1场大会论坛+16场主题论坛”，以汽车产业高质量发展为主线，与行业精英们一起贯彻新精神，剖析新形势，共商新举措。其中，在11月9日下午举行的“主题论坛三：汽车与芯片融合发展”上，恩智浦大中华区高级市场经理余晨杰发表了精彩演讲。以下内容为现场演讲实录：
谢谢杨秘书长，也谢谢参加会议的各位同事。接下来我跟大家分享一下NXP最新的实时处理器S32Z/E系列产品如何帮助OEM和Tier1实现新型电子电气架构和控制器产品。
我的演讲题目分为三个部分，首先我会介绍整车电子电气架构从分布式到集中式的演进过程，包括最终的中央计算形态。同时我会为大家介绍恩智浦基于16纳米先进制造的最新划时代实时处理器产品。最后我会介绍恩智浦汽车处理器业务的生态系统，特别是在中国市场的生态系统，以及我们与一些本土生态伙伴的合作，比如友好的汽车芯片公司地平线机器人，以及东软、普华等国内软件供应商。
电子电气架构是最近讨论比较多的一个话题，屏幕最左边是传统的分布式架构，会逐步转变为按照功能进行逻辑划分的域控架构，比如座舱域、智能驾驶域、一体动力域、底盘域等等。
较新的架构基于区域控制器架构。区域控制器所包含的功能取决于相邻物理节点的执行器所负责的任务。例如，汽车的左前域可能将底盘甚至转向功能与车身的某些功能集成在一起。
最终的形态就是最右边，整车的电子电气架构围绕着一个很大的中央计算平台，这个平台可能把智能驾驶、座舱、车身等所有需要高算力的任务都整合起来，然后在边缘节点上，还有一些智能的执行器。
我们可以看到大的趋势，无论是从域出发，还是域和传统的分布式节点相结合的中间方案，还是逐渐过渡到区域化，这有什么好处呢？首先域架构肯定会让我们的软件更加集中化，把一些可能逻辑上相似但是分布在不同的ECU中的功能，整合到一个域控制器中。同时这也会优化传感器输入的延迟，以及ECU之间数据交互的延迟。还有OTA升级的策略，原来一个功能是分布在几个ECU节点中的，现在会集中在一个ECU中，简化了升级的过程。
区域控制器带来的好处更加直观，一些原本分散在不同物理位置的控制器现在都集中在一处，减少了线束的重量，而且区域控制器中原本多个低性能的MCU被高计算的实时处理器所取代，比如后面我会重点介绍的NXP S32Z/E系列SoC。
轻量化是汽车行业永恒的话题，今天晚些时候，嘉宾将讲解功率电子，例如采用宽带隙半导体功率器件来提高动力系统的功率密度。同时，电子电气架构的演进导致线路长度和重量的减少，也是不容忽视的。电子电气架构演进的根本驱动力是处理器性能的迭代。
在NXP看来，不论电子电气架构如何，汽车ECU控制器大致可以分为两大平台。一个叫基础设施平台。我们认为，不管是低端车、高端车，还是燃油车、新能源车，总要有一个动力控制部分来驱动汽车，一个车身网络中枢来保证ECU之间安全可靠的交互数据，还有一个车身控制部分，比如控制车门、车窗、座椅等等。我们把以上这些统称为汽车的基础设施平台。
另一大类则定义为可选、可定制部分，比如有的车主打智能驾驶功能，有的车主打酷炫座舱体验，这些个性化功能越来越受到消费者的重视，但从汽车本质来看，这些功能并非必要。
NXP在基础平台和选配部分都有非常广泛的产品布局，基础平台上有最近推出的S32Z/E，用于电源域控制；网络处理方面，S32G系列芯片也得到了不少中国OEM和Tier 1的认可；车身控制方面，从功能安全等级相对较低的上一代S32K1升级到最高可支持ASIL D级别的S32K3。
可选平台方面，i.MX系列座舱SoC一直是NXP非常强势的产品，针对ADAS77Ghz毫米波雷达，NXP有最新一代支持4D成像的S32R SoC产品。
当然我们还有像S32V这样的视觉芯片，定位在一些低速场景，有初级智能驾驶或者环视视觉。后面会讲，在高级别自动驾驶领域，我们跟中国的地平线等生态伙伴有深入的合作。
我们讨论了电子电气架构的演进，以及整个ECU如何分为基础设施平台和可选平台。那么，映射到处理器芯片上，性能要求有哪些不同呢？可以看到，图中越往下，也就是越靠近边缘执行器侧，对处理器要求的实时性就越高。比如刹车或者踩油门的时候，你希望力量能够快速反映出来。这些往往都是以实时控制计算能力来衡量的，而这些节点的计算逻辑也是以信号为导向的。
NXP最近发布的S32Z/E产品已经不能再归类为MCU了，因为它的实时计算能力已经远远超过了传统主频200到300MHz的多核MCU。所以我们把它重新定义为实时处理器，也就是图中间的位置。
当然我们也看到了一些车身区域控制器的设计，虽然大部分都是负责实时控制，但是也有一些主机厂提出了采用SOA架构的想法。但是目前主流还是以CAN网络为导向的信号处理为主，强调实时性，对I/O驱动能力要求较高。这也是我想跟大家分享的，因为从半导体厂商的角度来说，要满足芯片高算力的需求，一直以来的做法都是不断迭代先进工艺，提高集成度，增加核心数，提高主频。但是这样做未来可能会越来越难，特别是像MCU这样的实时处理器。因为从工艺角度来说，当传统CMOS工艺下沉到22nm以下时，很难在同一块硅片上集成内嵌式flash和数字、模拟部分。
下面要介绍的S32Z/EI是基于16nm工艺的，Flash放在哪里呢？外扩是必然的，但是速度怎么保证呢？当核心达到1GHz主频的时候，如果要做XiP，内存接口带宽需要多大呢？如果只扩展负责存储的Flash，就要扩展昂贵的片上SRAM，还要增加额外的Shadow Flash，这是一个成本很高的实现方式。另外还有I/O驱动能力的问题，16nm工艺怎么能把3.3V、5V的I/O做出来呢？这也是汽车控制应用必须要解决的问题。后面会介绍S32Z/E是如何攻克这些难关的。
再往上，我们有高算力的S32G域控芯片，它是一颗多核异构SoC，有一部分M核负责实时计算，一部分A核负责计算要求高但实时性要求不高的任务。目前NXP也标配了5纳米的车规SoC，不过这部分我只能透露，今年会有一些试产样品。
接下来说说我们今天的主角S32Z/E实时处理器。从传统角度来讲，你可以把这颗芯片理解为MCU，但这款MCU的算力有了质的飞跃，每个核心的主频可以达到1GHz，还集成了轻量级AI算力，可以支持自动驾驶系统中横向和纵向控制计算的MPC算法。
当然，由于其强大的计算能力和丰富的以太网接口能力，使得它相比传统 MCU 可以支持 SOA 软件架构。另外需要强调的是，NXP 是业界第一个使用真正先进工艺，也就是 16nm 节点来实现实时汽车处理器的半导体厂商。另外，正如我前面提到的，S32Z/E 对应的下一代 5 纳米产品已经在我们的规划中。
什么是实时？这个概念其实不太好定义，你可以认为是一种非常快的响应速度，但是这个速度是相对的，要看应用场景。比如你控制的是一辆车，实时性要求比较高，但是如果是一架飞机，可能速度会慢一些，因为飞机在天上。对一些任务的响应稍微延迟几秒的后果可能还不如在复杂交通条件下高速行驶的汽车那么危险。上图列出的应用一般被认为是车载电子系统中实时性要求比较高的场合。
它们也是我们S32Z/E所涵盖的应用。其实这款芯片真正的发布是在今年6月份德国的一个电子展上，但是我从三四年前就开始负责这款芯片的市场营销了。要知道，业界一个工艺节点成熟之后，是要经过一个漫长而严苛的工艺开发过程，才有资格成为相应的汽车工艺节点。特别是当你是业界第一个尝试用这个工艺来设计汽车芯片的时候，面临的风险和投入是不可控的。NXP就是这样一家引领技术变革的公司。
我前面也提到了，S32Z/E的算力有了质的提升，核心数量也非常多，最多达到八个，可以独立使用，也可以作为四对锁步核心使用。大家可以在屏幕的左边看到，有一个传统的电子电气架构，里面可能有一个集中式的电源域控制器，下面挂着分布式的独立功能ECU。
但是现在您有了可以提供高达 8 个 1Ghz 时钟速度的 S32Z/E，您可能希望将所有这些功能集中到一个控制器甚至一个芯片中。
不过，即使硬件性能支持你这么做，更大的挑战在于软件，在于对系统的理解。对于一些能力强的Tier 1，他们自己开发了这些独立功能的ECU，我想他们会非常乐意接受这样的芯片。他们可以定义一个新的电子电气架构或者局部架构，把这些东西都收集起来，然后用S32Z/E设计出性价比更高的产品，推荐给OEM。但对于大多数供应商来说，很少有他们同时做这么多不同类型的控制器。我认为这会催生一种新的商业模式，我称之为“软件即产品”。也就是会出现一系列专注于某一类应用的上层算法的软件供应商。当然，要支撑这种软件商业模式，除了高算力，硬件还需要有虚拟化和隔离机制，让不同的应用可以互不干扰地运行。S32Z/E无论在内核还是SoC架构方面，都设计了必要的虚拟化隔离机制。
其实中国的新能源行业发展很快，一些领先的新能源主机厂，已经建立了比较完善的内部元器件研发体系，对于这样的主机厂来说，S32Z/E也会是他们比较理想的选择。因为他负责定义电子电气架构，同时他也积累了开发这些不同功能的ECU的经验。当然对于更多的主机厂来说，我觉得还需要一个过程，在这个过程中可能会有一个中间的角色负责硬件和底层软件的开发，加上一些上层的算法服务商，最后还有一个系统集成商。整个汽车电子的游戏规则会变得比现在更加复杂。
这是整个芯片的框图，大家可以看到，它的主要计算部分由四对锁步的R52组成，我们希望这些主要是用来做业务逻辑的。中间还有一对深蓝色的M33锁步核心，我们称之为System Manager，它可以用来完成一些系统功能，比如安全启动或者整个芯片系统的功能安全监控等，并且和处理主要业务逻辑的R52是完全隔离的。
在计算方面，我们还集成了一个 DSP 核心，可以执行一些轻量级的机器学习任务，主要针对 ADAS 和新能源应用，例如基于 MPC 的横向和纵向控制算法，因为它们往往需要大量的浮点计算能力。如果把它们运行在传统的标量核心上，它们的效率非常低，因为 Simulink MPC 工具箱生成的代码很多都是基于 Vector C 库的。
关于网络安全引擎HSE这里就不多说了，S32Z/E中集成的HSE加密引擎支持业界所有主流的对称和非对称加密算法。这里我还会重点介绍一下S32Z/E中集成的一个网关子系统，叫FlexLLCE，也是一个由两对负责调度的400M M33核心和24个CAN Controller通过一个CAN Hub组成的CAN网关子系统。所有CAN网关相关的功能都可以在这个子系统中完全闭环处理。
我们还集成了博世最先进的GTM4.1IP，用于高精度PWM输出，它的主要应用场景包括发动机燃油喷射点火、新能源汽车主驱控制等。当然我们还有支持TSN的以太网接口。NXP处理器部门的前身是飞思卡尔，飞思卡尔以网络处理器闻名，因此在以太网方面有非常深厚的积累，特别是对时间敏感的网络处理。
最后说一下内存部分，前面也说了，因为S32Z/E是16nm芯片，在目前的工艺水平下不可能集成嵌入式Flash，所以需要额外加一个FlashShadow放在外面，在系统初始化的时候，shadowflash里的程序会直接加载到内部19MB的SRAM中，它的好处是显而易见的，因为SRAM的运行速度肯定会更快。
你可能会有疑问，如果19M SRAM不够用，有没有可以支持XIP的高带宽外部存储介质访问接口呢?答案是有的，我们还会提供LPDDR4和Hyperbus接口，可以方便用户灵活扩展高速存储介质。
右边是Z2的升级版，我们称之为E2，主要弥补了Z2不支持5V模拟I/O的问题。
正如开头提到的，S32Z/E 拥有 8 个 R52 核心，最高主频 1Ghz。这个配置对于大部分中国 OEM 或 Tier 1 来说太高了。所以我们后续会有一个弱化版本 S32Z1，其主要计算能力来自 4 个 R52 核心，相当于性能降低了一半。我们相信这款芯片对于中国市场会有更多适用场景。
最后讲一下NXP汽车处理器的生态，也呼应地平线生态官徐建提到的软件生态对现代处理器产品的重要性。苹果的一位产品经理曾经说过，“如果你真的关心你的软件，那么你就应该设计你的硬件”。我想说这句话在今天的汽车处理器行业应该反过来说，“如果你真的关心你的硬件，那么你就应该设计你的软件”。NXP作为全球最大的汽车处理器供应商，在芯片底层软件上的投入非常大。无论是MCAL、HSEFirmware，还是一些私有网络加速器IP驱动，NXP都投入了大量的研发资源。对于客户来说，这些由NXP直接提供的软件，大部分都有非常友好的商业模式。特别是对于中小客户来说，软件前期投入的门槛已经降到非常低的程度。 但在这里我也想说，即便是像恩智浦这样的汽车芯片厂商，我们当然关心我们的硬件产品，但这并不意味着在这个软件定义汽车的时代，我们会变成一家软件公司。其实我们只能专注于跟硬件最密切相关的底层软件，这也是我们需要一个强大的生态系统的原因。
例如在AUTOSAR软件中，MCAL和HSE Firmware仅仅是与硬件相关的驱动层，而整个AUTOSAR框架中的大部分模块都是独立于硬件的上层协议栈。另外，随着以太网成为新型电子电气架构中的骨干网络，以及SOA框架的日益被接受，传统汽车软件的边界被大大扩展，而这些软件组件大部分都是独立于硬件的，无法也不应该由NXP等芯片厂商来实现。
过去我们依靠Vector、EB等国际供应商为NXP的全球客户提供此类软件，如今我们在中国也有普华永道、东软等专注于服务本地客户的优质生态合作伙伴。
此外，我们与硬件合作伙伴也有很多实践，比如在高级别自动驾驶解决方案上，我们选择与地平线合作，共同开发基于征程5和NXP S32G的Matrix Superdrive参考设计，这一方案也得到了国内多家主机厂的认可。
作为真正深耕中国市场的外资芯片厂商，NXP一直注重拓展本土生态。我们坚信NXP在中国的成功离不开本土生态伙伴的支持和帮助。谢谢。
（注：本文根据现场速记整理，未经主讲人审核）
↙
