全自主IP KungFu内核:实现从单核到多核的统一处理器架构

2022年11月14日,由盖世汽车主办,上海虹桥国际中央商务区管委会、上海闵行区人民政府指导,上海南虹桥投资开发(集团)有限公司协办的2022第二届智能汽车域控制器创新峰会上,芯旺微电子FAE总监卢恒洋提出,作为向上集成和扩展计算的设备,域控制器是实现软件定义汽车的第一步。基于对域控制器的理解,芯旺微电子认为,IO与计算的分离是接下来汽车电子电气架构发展的主要方向,且区域控制器作为作为实现电源管理、数据连接和功能集成的核心,将快速部署在电子电气架构中,形成关键的电子架构系统。

芯旺微电子是一家定位于汽车电子、工业控制等市场的芯片设计公司,拥有自主知识产权的嵌入式处理器内核–KungFu和全栈的开发工具系统。目前, KungFu内核的MCU已应用于汽车照明、电机电源控制、辅助驾驶、智能座舱、底盘动力以及车身控制等整车各域的零部件中。

卢恒洋 | 芯旺微电子 FAE总监

以下为演讲内容整理:

关于芯旺微电子

上海芯旺微电子是一家基于KungFu内核研发高性能MCU和DSP的高新技术企业,成立10多年来,一直专注于汽车、工业等高可靠领域,不仅为用户提供差异化的产品,还为用户提供完备的开发工具链,实现从产品到开发工具链的全覆盖。KungFu系列MCU具备低功耗、高可靠、高性能以及良好的批量一致性和稳定性,累计出货数亿颗。

在汽车电子这一关键领域,我们通过布局自主的处理器内核,来实现产品化的落地。通过KungFu内核的MCU,我们已经和很多国内Tier 1和主机厂建立起了深入的合作,我们的产品应用到了国内外各大主流主机厂的汽车上。

我们从2012年开始打造KungFu内核MCU产品,KungFu处理器架构也于2012年真正实现商业化。从刚开始最简单的8位MCU开始,我们在2019年时基于KungFu处理器内核成功推出32位MCU产品。2020年,汽车行业开始向我们国内半导体厂商打开大门,至今我们已经推出近五十款款汽车级KungFu内核8位和32位MCU产品。今年,我们会发布一款符合ISO 26262标准ASIL-B等级的更强大性能的MCU产品,接下来还会量产多核,实现ASIL-D等级面向域控和底盘控制的高端MCU产品。

区域控制器提升汽车智能化的重要一步

如今汽车电子电控系统正向软件定义汽车的方向发展,但软件定义汽车不是目的,我们的目的是在电气化越来越复杂的情况下,降低成本,减少线束,提高可靠性,快速进行软件和产品的迭代,实现千人千面、千车千面的目标。

传统电子电气采用的是分布式架构,分布式架构的特点是每个功能有一个单独的ECU,功能越多,ECU控制器、线束就越多,而这样的分布式架构将不适用于智能汽车。

作为向上集成和扩展计算的设备,域控是实现软件定义汽车的第一步,但域控解决不了根本性的问题。区域控制器此时的作用就非常关键,作为一个节点,扮演着集线器的角色,可满足车辆空间内物理设备(各种传感器、外围设备和制动器)的配电和数据连接需求,同时也是电源和数据的中心。例如Onebox把EPS、ESC等功能集成到一起,形成了线控底盘。区域控制器看似功能简单,但其对简化汽车架构,进一步提升汽车性能却是至关重要的一步。

根据以上理解,我们认为I/O与计算的分离是接下来汽车电子电气架构的一个主要方向。中央网关和域控实现的是信息中心、软件服务中心的高计算和硬件虚拟化需求,而区域控制器作为实现电源管理、数据连接和功能集成的核心,将快速部署在电子电气架构中,形成关键的电子架构系统

全自主IP KungFu内核实现从单核到多核的统一处理器架构

汽车的各个不同零部件对于MCU控制器性能的要求也已经发生了截然不同的变化。区域控制器在不断集成,但功能却不会变,比如未来汽车还是会有车灯系统,只是会把更多功能集成在一起。而不同的区域控制器、不同区域功能对MCU的性能也会提出更高要求。我们认为,接下来汽车照明的MCU可能会需要ASIL-B甚至ASIL-D的MCU产品,车身控制、电机、电源对MCU的性能要求也会发生非常大的变化,内存可能会达到4M甚至8M,主频甚至达到200兆的要求。智能驾驶域对MCU的要求也会如此,内存可能会达到8M、16M以上,主频会达到300兆以上的需求,且对于功能安全和信息安全的要求也会更高。

芯旺微电子推出自主的处理器内核KungFu是全自主IP,KungFu内核是独立于MIPS、ARM、RISC-V的完全自主知识产权处理器架构,实现了从简单到复杂,从单核到多核的统一处理器体系架构。

我们基于自己的KungFu IP架构引申出4个独立的产品架构,最早是KungFu8内核,第二是KungFu32的通用处理器内核,随后是KungFu32D数字信号控制器内核,以及KungFu32DA的多核功能安全系统。

图片来源:芯旺微电子

在KungFu32处理器内核上我们主要做了三代内核的引进。一是KungFu32F的通用处理器内核,目前我们的单核处理器都基于KungFu32F内核实现了量产。

第二是KungFu32D内核,它在KungFu32F内核的基础上集成了DSP处理单元以及支持MAC类运算指令、三角函数指令、倍数开方根指令和SIMD运算指令等。

KungFu32DA由多核系统集成,功能安全达到了ASIL-D,主要是用于域控制器和底盘控制,这款产品我们计划于明年年底或2024年初推向市场。

基于一整套底层的KungFu内核技术,我们推出了多款KungFu32产品。今年年底我们将推出符合ISO26262 ASIL-B等级的功能安全芯片KF32A158和KF32A168,主频最高为180兆赫兹。

域控和区域域控的发展除了对MCU性能有所提升之外,还有对功能安全和信息安全的提升。由于负责的功能越来越多,其安全性也变得越来越重要。基于自主的处理器内核实现功能安全,是我们芯旺微电子非常重要的核心技术和力量。基于自主的内核IP,我们通过硬件安全机制的设计实现功能安全,体现了自主研发能力和创新能力。

芯旺微电子MCU应用场景

图片来源:芯旺微电子

KungFu内核的MCU目前应用于汽车的各个零部件中,应用场景包括汽车照明、电机电源控制以及辅助驾驶、智能座舱、车身控制等。今年KungFu的MCU已顺利进入到底盘域控制的核心ECU控制器中,包括双控的EPB、EPS和ESC等核心模块,并搭载于国内的一些微型车、小型车顺利实现量产。接下来,芯旺高端MCU主要的应用方向包括汽车网关、域控制器、发动机ECU、电驱动系统、BMS,以及汽车底盘的域控和应用

芯旺希望成为中国半导体的坚实供应商,我们的定位是:在中国汽车芯片领域承担起探索者、创新者和突破者的角色。

(以上内容来自芯旺微电子FAE总监卢恒洋于2022年11月14日由盖世汽车主办,上海虹桥国际中央商务区管委会、上海闵行区人民政府指导,上海南虹桥投资开发(集团)有限公司协办的2022第二届智能汽车域控制器创新峰会发表的《KungFu内核车规MCU在汽车车身域控的布局》主题演讲。)