智能车的电子系统日益复杂，控制中枢亦须与时俱进。在车用微控制器 (MCU)／系统单芯片 (SoC) 独霸一方的瑞萨电子 (Renesas Electronics) 认为，当人们对油电混合车／电动车 (HEV / EV) 行驶距离的期望值越来越高，MCU 计算效能及功能整合势必随之升级，才能制造效率更高、体积更小的马达变频器；另须配备大容量闪存 (Flash) 与防护机制，以精确支持各国环境法规与标准，并允许空中传输 (OTA)，通过无线网络联机来诊断、更新或还原控制程序，简化维护作业与成本。值得留意的是，＂半导体工艺＂的世代更迭，居间角色十分吃重。
车用 MCU 要件：多核心、低功耗、大存储、高整合
瑞萨电子全球业务执行副总裁 MANABU KAWASHIMA (川嶋学) 主张，＂高效稳固的多核心、低功耗且预防过热、增加程序存储容量、高度整合前沿及通信功能，是今后自驾、环保智能车 MCU 的必要条件＂。首先，要与 3D 雷达合作无间，以监测车辆四周环境、实现高精度感测；其次，须整合多个传感器数据，并具备实时判断的能力；再者，须让电子控制单元 (ECU) 能快速处理复杂的控制任务，包括失效稳定运作能力，并协调、控制多个 ECU；最后是提高整体系统的能源效率及功能安全，以符合更严格的排放法规。
瑞萨电子全球业务执行副总裁 MANABU KAWASHIMA (川嶋学) 主张，＂高效稳固的多核心、低功耗且预防过热、增加程序存储容量、高度整合前沿及通信功能，是今后自驾、环保智能车 MCU 的必要条件＂。首先，要与 3D 雷达合作无间，以监测车辆四周环境、实现高精度感测；其次，须整合多个传感器数据，并具备实时判断的能力；再者，须让电子控制单元 (ECU) 能快速处理复杂的控制任务，包括失效稳定运作能力，并协调、控制多个 ECU；最后是提高整体系统的能源效率及功能安全，以符合更严格的排放法规。
照片人物：瑞萨电子全球业务执行副总裁 MANABU KAWASHIMA (川嶋学)
新世代环保汽车的引擎，需要强大计算效能来运作燃油系统，以及大容量的内嵌闪存来容纳更庞大的韧体程序。事实上，瑞萨对于工艺技术的投资一直相当积极。当同业大都还停留在 65 / 55 nm，瑞萨已率先使用 40 nm 量产 MCU；现今更与台积电 (TSMC) 合作最高端的 28 nm eFlash (嵌入式闪存) MCU 工艺——结合瑞萨高可靠、高速的＂金属氧化氮氧化硅＂(MONOS) eFlash，与台积电高效能、低功耗的 28 nm 高介电层金属闸技术。新产品拟于今年供样、2020 年开始量产，可较 40 nm 提升四倍以上的内存与效能。
MONOS 闪存单元的每个晶体管是以＂硅＂为基础、由氧、氮、氧三层组成，顶端有一个金属控制闸极；瑞萨立足先前 MONOS 的既有成果之上，研发适用于 MCU 内部闪存的分离闸 (SG) 结构；全新鳍状结构＂SG- MONOS＂闪存能赋予 MCU 高可靠性、高速和低功耗特点，以进行更实时、安全的计算和控制。KAWASHIMA 援引市调资料指出，预估车用电子 2015～2020 年之年复合成长率以油电混合车／纯电动车的 18% 最高，高级驾驶辅助系统 (ADAS) 的 17% 次之；因此，上述两者也是瑞萨的重点投资区块。
图1：瑞萨在半导体工艺处于领先地位
资料来源：瑞萨电子
●IMTS 电路技术与逆变器，改善电动车能源效率
在 HEV / EV 方面，瑞萨今年初推出专用于电机控制的＂智能电机定时器系统＂(IMTS) 电路技术，以改善电机控制的能源效率。这类车款的 ECU 需要高端的功能和复杂的控制软件，会增加 MCU 处理负载；但另一方面，又须限制 MCU 热能、让 MCU 内部电路 (包括 CPU 核心或内核) 维持在较低的工作频率，以免高温环境有损组件可靠性。两相权衡的结果，往往对整体性能形成桎梏；而瑞萨独立于 CPU 之外的 IMTS 能自主运行，采集感测数据并加以计算、输出数值至 CPU，可为 CPU 腾出更多容量供高阶演算能源效率使用。
在 HEV / EV 方面，瑞萨今年初推出专用于电机控制的＂智能电机定时器系统＂(IMTS) 电路技术，以改善电机控制的能源效率。这类车款的 ECU 需要高端的功能和复杂的控制软件，会增加 MCU 处理负载；但另一方面，又须限制 MCU 热能、让 MCU 内部电路 (包括 CPU 核心或内核) 维持在较低的工作频率，以免高温环境有损组件可靠性。两相权衡的结果，往往对整体性能形成桎梏；而瑞萨独立于 CPU 之外的 IMTS 能自主运行，采集感测数据并加以计算、输出数值至 CPU，可为 CPU 腾出更多容量供高阶演算能源效率使用。
此外，有鉴于逆变器 (Inverter) 与电力效率关系匪浅，继数年前的 2.9 L、50 kW 级逆变器后，瑞萨近日再推出 3.9L、100 kW 方案，包括最大化电机性能软件以及 MCU、绝缘栅双极晶体管 (IGBT)、快速恢复二极管 (FRD) 等功率半导体器件，将原型变频器系统的规格分析、软／硬件开发和电机特性调整时间，从 2～3 年压缩至一年。瑞萨尤其看好中国大陆在纯电动车市场可望引领潮流；为壮大本土生态系并加速业务成长，今年三月在中国大陆增设业务单位，以自家 IGBT 芯片为起点，携手当地功率模块和一阶逆变器供货商，冀向外逐层串联系统代工厂。
图2：瑞萨拟在 2020 年之前，与中国大陆伙伴共同建立符合当地法规标准的新型商业模式
资料来源：瑞萨电子
●＂Autonomy＂开放平台，创新加速器与功能验证
至于 ADAS，从感测、认知、人机接口 (HMI) 到控制，瑞萨 RH850 / R-Car MCU 皆可应对自如；今年美国 CES 上，瑞萨更成功展示智能相机、雷达、车联网 (V2X)、自动驾驶计算、数据融合、路由、规划、导航、信息娱乐、驾驶监视、电动马达、煞车、操舵等多项自驾车技术。去年并购 Intersil 后，瑞萨将可在车内娱乐显示与 ADAS 的绝对利基外，补强在抬头显示、显示／摄像网络和电池管理的能量。特别一提的是，瑞萨日前发表一款名为＂Autonomy＂的开放平台，涵盖云服务、感测、决策和控制的＂端到端＂(End- to- End) 解决方案。
至于 ADAS，从感测、认知、人机接口 (HMI) 到控制，瑞萨 RH850 / R-Car MCU 皆可应对自如；今年美国 CES 上，瑞萨更成功展示智能相机、雷达、车联网 (V2X)、自动驾驶计算、数据融合、路由、规划、导航、信息娱乐、驾驶监视、电动马达、煞车、操舵等多项自驾车技术。去年并购 Intersil 后，瑞萨将可在车内娱乐显示与 ADAS 的绝对利基外，补强在抬头显示、显示／摄像网络和电池管理的能量。特别一提的是，瑞萨日前发表一款名为＂Autonomy＂的开放平台，涵盖云服务、感测、决策和控制的＂端到端＂(End- to- End) 解决方案。
＂Autonomy＂开放平台为系统制造商提供 IP 内核选项 (包括硬件加速器)，协助在最低功耗下、实现最高性能的架构和算法，兼顾安全与灵活，亦深受半导体同业赞许。亚德诺 (ADI) 近期便与瑞萨展开 77 / 79 GHz 汽车雷达的技术合作，将瑞萨 RH850 / V1R-M MCU 与 ADI Drive360 高端 28nm CMOS 射频到位 (RF-to-bit) 技术无缝连结；新诞生的传感器展示器件可在更远的距离，更早侦测到体积更小、速度更快的移动物体，提升驾驶安全性并减少雷达系统整合工作，为用户提供系统级的数字互通，进而降低汽车 OEM 和一线供货商的评估风险。
图3：瑞萨＂Autonomy＂开放平台，贯穿感测、认知决策、控制及云服务
资料来源：瑞萨电子
●R-Car V3M：基于＂Autonomy＂平台的首款图像识别 SoC
聚焦于启动＂新车评估程序＂(NCAP) 的瑞萨，本身亦为＂Autonomy＂开放平台发表首款高性能图像识别 SoC——R-Car V3M。因为观察到安装在挡风玻璃旁的 ADAS 相机常曝露在阳光直射的环境中，低功耗 SoC 及散热至关重要，否则可能影响到自动紧急煞车等功能；而内建影像信号处理器 (ISP) 的 R-Car V3M，不需额外前置摄像头或外部影像组件，既可降低功耗和系统成本、又能增强传感器的原始图像质量，适用于智能型摄像、环景影像、光学雷达 (LiDAR) 等电脑视觉。
聚焦于启动＂新车评估程序＂(NCAP) 的瑞萨，本身亦为＂Autonomy＂开放平台发表首款高性能图像识别 SoC——R-Car V3M。因为观察到安装在挡风玻璃旁的 ADAS 相机常曝露在阳光直射的环境中，低功耗 SoC 及散热至关重要，否则可能影响到自动紧急煞车等功能；而内建影像信号处理器 (ISP) 的 R-Car V3M，不需额外前置摄像头或外部影像组件，既可降低功耗和系统成本、又能增强传感器的原始图像质量，适用于智能型摄像、环景影像、光学雷达 (LiDAR) 等电脑视觉。
R-Car V3M 集成两个用于编程的 ARM Cortex-A53 和两个执行＂汽车开放系统架构＂(AUTOSAR) 的 Cortex-R7 锁步 (lock-step) 内核，支援光流 (optic flow)、物体检测／分类和＂卷积神经网络＂(Convolutional Neural Network, CNN) 等算法，能实时检测交通标志、车道、行人、车辆和其他障碍物，且符合 ISO26262 ASIL-C 安全需求。瑞萨另有多种 ASIL-B SoC (R-Car M3 和 R-Car H3) 和 ASIL-D MCU (RH850 / P1X 系列) 的 ADAS 应用；其中，以 R-Car H3 SoC 为基础的第二代 ADAS 检视套件最多可配置八部摄像头，以加速检视应用软件之评估与开发。
图4：R-Car V3M 适用于智能型摄像、环景影像、光学雷达 (LiDAR) 等电脑视觉
数据源：瑞萨电子
●＂检视应用＂是下一个 ADAS 与自驾技术的未来
瑞萨预言，能辨识四周环境的 360∘环景检视，可经由传感器融合 (Sensor Fusion) 处理从汽车摄像头与雷达所收集到的信息，将成为所有汽车的基本配备。与此同时，＂后视镜将被摄像头取代，而驾驶监控将成为自动驾驶安全的必要功能＂——以摄像头为基础的电子后视镜具备物体侦测能力、可改变检视的视角，并提供影像缩放功能；另由于自动驾驶等级三以上的汽车，在某些情况下仍需驾驶者介入操作，驾驶监控将建构更安全的驾驶环境，且有助于监控驾驶人的注意力。简言之，新一代电子后视镜、驾驶监控及环景系统等检视应用，未来将成为标配。
瑞萨预言，能辨识四周环境的 360∘环景检视，可经由传感器融合 (Sensor Fusion) 处理从汽车摄像头与雷达所收集到的信息，将成为所有汽车的基本配备。与此同时，＂后视镜将被摄像头取代，而驾驶监控将成为自动驾驶安全的必要功能＂——以摄像头为基础的电子后视镜具备物体侦测能力、可改变检视的视角，并提供影像缩放功能；另由于自动驾驶等级三以上的汽车，在某些情况下仍需驾驶者介入操作，驾驶监控将建构更安全的驾驶环境，且有助于监控驾驶人的注意力。简言之，新一代电子后视镜、驾驶监控及环景系统等检视应用，未来将成为标配。
因应上述趋势，瑞萨推出全功能 ADAS 检视套件，包括＂R-Car 入门套件 Premier＂汽车软件开发环境、可在线取得的 ADAS 应用程序软件范例，以及校正环景检视影像失真的软件。其软件范例的二进制代码及任意视点的 R-Car H3 内嵌 GPU 核心，能以 4k 超高分辨率 (UHD) 组合环景检视与智能型摄像头画面的迭层并动态呈现；再利用瑞萨的影像转换处理 (IMR) 技术针对原始码修正影像失真，不需另加 GPU 或 CPU 即能达到静态效果。此外，GPU 的 OpenCL 可供软件工程师借助认知功能实作强化安全功能。
图5：瑞萨 ADAS 检视套件
数据源：瑞萨电子
智能车朝自动／无人驾驶前进，＂安全＂是最大挑战
台湾瑞萨电子营销事业部兼营业暨应用技术事业部协理王裕瑞补充，智能车朝自动／无人驾驶方向发展实属必然，惟具体时程仍取决于市场与各国法规；预估先进国家的步伐应会较早。自动驾驶在不同时间点会有不同的技术和法规压力，须经历过渡期考验，而＂安全＂是最大挑战。瑞萨 R-Car SoC 安全驾驶系统方案，以 eFlash MCU 为基础，支持安全驾驶必备的自动煞车、自动转向及自动姿态控制等功能，结合防护感测、连网及安全技术，就是专为自动驾驶时代而生。
台湾瑞萨电子营销事业部兼营业暨应用技术事业部协理王裕瑞补充，智能车朝自动／无人驾驶方向发展实属必然，惟具体时程仍取决于市场与各国法规；预估先进国家的步伐应会较早。自动驾驶在不同时间点会有不同的技术和法规压力，须经历过渡期考验，而＂安全＂是最大挑战。瑞萨 R-Car SoC 安全驾驶系统方案，以 eFlash MCU 为基础，支持安全驾驶必备的自动煞车、自动转向及自动姿态控制等功能，结合防护感测、连网及安全技术，就是专为自动驾驶时代而生。
王裕瑞并提到，媲美飞机驾驶舱的汽车驾驶舱数字控制环境技术已到位，BMW 等高级车都有类似配备；于是，瑞萨第二代整合式驾驶舱平台，旨在为仪表显示系统、车辆信息、以及信息娱乐领域同时带来弹性、扩充性与个人化。最新的第三代更直奔汽车运算平台而来，高端的 40 nm eFlash MCU、90 nm BiCD 模拟器件、小巧的 HEV 变频器，以及 40 nm 马达微控制器与高效率 IGBT 功率器件，并将信息科技融入车辆，皆是为了追求更好的安全驾驶体验与更高的引擎效率。
照片人物：瑞萨电子营销事业部兼营业暨应用技术事业部协理王裕瑞
＂半导体的开发需要冗长的时间并建立良好的信用与合作关系，加上软件与硬件的整合，才能架构整体解决方案，在汽车电子领域更是如此；而瑞萨在此领域已建立优良信誉，不断创新以迎合市场需求，加上 R-Car 联盟在全球拥有 195 个关键技术厂商的社群支持，系统商可依据本身需求寻找适当合作伙伴，创造最大价值，是我们最大优势所在＂，王裕瑞总结。
