英飛凌最新MCU之TC4XX系列開始量產 壟斷智能駕駛

英飛凌的安全MCU幾乎壟斷智能駕駛領域，基本上國內95%以上的智能駕駛系統使用英飛凌的TC39X系列MCU做最后的安全控制，即管理底盤執行器。它也是汽車MCU里最昂貴的一種。也有少數廠家如蔚來不僅在智能駕駛領域使用，在座艙領域也有使用。目前，NXP主攻網關領域的MCU，瑞薩主攻座艙，意法半導體主攻車身。

TC4XX系列早在2021年底就已經宣布推出，但量產是在2024年初。主要原因是TC4XX系列MCU使用了RRAM，即阻變型NVM存儲器，其生產工藝難度極高，英飛凌到2022年11月才和臺積電完成RRAM的量產研發，又經歷一年，將RRAM和邏輯器件結合，最終在2024年初開始量產。

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汽車MCU尤其是高端MCU的難點不在MCU本身，而在MCU的制造，這也是為什么NXP、瑞薩、英飛凌和ST壟斷高端MCU的原因之一。高端MCU需要的NVM內存容量較高，至少5MB以上，高的可達32MB。NVM或者說Flash閃存的制造工藝與邏輯器件的制造工藝差別很大，將兩者結合在一顆die中難度不低，NVM的密度低，意味著不做技術革新，其die size尺寸很大，也就是說技術能力差的廠家的成本會很高。這也是為什么數字芯片中的AI芯片可以到3納米，而同為數字芯片MCU目前最頂級也只能做到16納米的原因。

隨著汽車軟件系統的日益復雜，汽車MCU需要的NVM存儲容量越來越高，因此大家都在考慮新技術來制造NVM。瑞薩的技術方向是STT-MRAM，2022年6月在VLSI大會上宣布推出STT-MRAM的22納米制造工藝技術，但至今未量產。2023年5月，NXP與臺積電合作領先一步推出16納米的FinFET工藝的MRAM，相信也是STT技術，NXP下一代MCU將會采取此項技術，預計量產在2024年底或2025年初。意法半導體的方向是PCM，相變存儲，也是計劃在2024年量產。英飛凌則選擇RRAM技術。

三種技術比較，PCM RESET后的冷卻過程需要高熱導率，會帶來更高功耗，且由于其存儲原理是利用溫度實現相變材料的阻值變化，所以對溫度十分敏感，無法用在寬溫場景。為了使相變材料兼容CMOS工藝，PCM必須采取多層結構，因此存儲密度過低，在容量上無法替代NAND Flash，成本偏高。不過意法半導體表示自己已經解決了這些缺點。MRAM雖然性能較好，但臨界電流密度和功耗仍需進一步降低。目前MRAM的存儲單元尺寸仍較大且不支持堆疊，工藝較為復雜，大規模制造難以保證均一性，存儲容量和良率爬坡緩慢。

再有就是RRAM技術，其缺點是器件級變化性。器件級變化性直接關乎芯片的可靠性，但由于RRAM器件狀態的轉變需要透過給兩端電極施加電壓來控制氧離子在電場驅動下的漂移和在熱驅動下的擴散兩方面的運動，使得導電絲的三維形貌難以調控，再加上噪聲的影響，因此容易造成器件級變化性。不過臺積電解決了這個問題。貌似是幾大MCU廠家在競爭，實際都是依靠臺積電，瑞薩的MCU也是臺積電生產的。

TC4XX系列MCU內部框架圖

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回到TC4XX系列MCU本身，現在可以為客戶提供TC49x以及TC4Dx樣片。

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相比TC39X系列，TC4XX系列有幾個亮點。

首先是無與倫比的安全性。

PUF工作原理

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基于RRAM的物理不可克?。≒UF：Physical Uncloneable Function）芯片相較于傳統的PUF具有隨機性更強、工作溫區更寬、單元面積更小和可刷新等諸多優點，具有廣闊的應用前景。硬件安全技術不局限于傳統的密碼芯片研究，而是芯片和固件的密不可分。硬件安全包括由證書和加密密鑰提供的保護，還需要一個物理安全錨，以確保這些密鑰和證書不能復制到假冒的非法設備中，提供這種安全錨的技術是物理不可克隆函數(physical unclonable function，PUF)。PUF 是一種物理結構，可以從中生成設備唯一且不可克隆的加密根密鑰。與利用半導體制造過程隨機性的安全電路相比，利用 RRAM 隨機切換機制和內在可變性的安全電路對各種類型的攻擊更具魯棒性。PUF 利用物理隨機性和制造可變性來提供安全源，RRAM 的隨機機制為 PUF 提供了真正的隨機來源。

再有就是信息安全，即ISO21434，聯合國歐洲經濟委員會(UNECE)頒布的UN R155法規旨在解決智慧聯網汽車日益受到關注的網絡安全問題。該法規自2022年7月開始生效，要求車廠在其產品和流程中采用安全設計(Security-by-design)方法。如要將新車銷售到R155法規所涵蓋的市場，車廠必須取得每種車型的有效網絡安全管理體系(CSMS)合規認證。為了獲得該認證，車廠必須在整個供應鏈中實施網絡安全實務，進而降低車輛在全生命周期(從初始概念到車輛報廢)內遭受攻擊的總體風險。

TC4XX系列特別增加了PPU，可以對應多個服務。

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TC4XX系列MCU特別添加針對AI運算的PPU，即并行處理單元。

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TC4XX系列MCU的AI運算例子

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TC4XX系列MCU的PPU實際就是一個SIMD的矢量DSP。

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PPU專門用于并行計算。

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TC4XX系列可以支持小型虛擬機，也支持CPU虛擬化。

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TC4XX系列的典型應用，包括對AUTOSAR的支持。

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另一大亮點是關于軟件開發，即虛擬原型和模型生成，TC4X系列MCU開發之初就和Synopsys和Mathworks合作。

HSP支持包

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AI領域，基于模型的開發，可靠性、成本和開發周期都比手動要好很多。

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新思科技有ARC MetaWare開發工具對應TC4XX系列。

TC4XX系列自然是為Zonal E/E中央計算架構而來的，網絡方面得到了加強，包括以太網帶寬增加到5Gbps，支持最新的10BASE-T1型以太網，也支持超高帶寬的PCIe，同樣支持CAN的升級版本CAN-XL。不過TC4XX系列仍然是28納米工藝。

英飛凌一枝獨秀，NXP和瑞薩反應明顯很慢，意法半導體則對高端產品興趣不大。TC4XX的出現，讓英飛凌智能駕駛或者說底盤MCU的壟斷地位更加穩固。

審核編輯：劉清