上文我們回顧了歐洲車規(guī)芯片大廠恩智浦和飛思卡爾（原摩托羅拉半導(dǎo)體部門）在整合后豐富的產(chǎn)品矩陣，其實(shí)恩智浦在車規(guī)行業(yè)真正的崛起也正是依托于清晰的戰(zhàn)略定位和精確的產(chǎn)品風(fēng)向的捕捉。而今天我要跟大家講述的大佬--英飛凌（Infineon）的前身則是大名鼎鼎的西門子半導(dǎo)體，直到1999年英飛凌半導(dǎo)體才正式獨(dú)立。他的崛起主要是得益于德國聞名于世又賴以生存的汽車支柱產(chǎn)業(yè)。它選擇高可靠功率電子的賽道切入，并創(chuàng)造性地研發(fā)出高可靠性的集成功率模塊IPM，同時(shí)有自研Aurix CPU架構(gòu)，使得多核鎖步，安全監(jiān)控等MCU的新概念深入人心。如今的英飛凌在開發(fā)生態(tài)鏈的支持上更加多樣，產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合度也逐步完善，兼具護(hù)城河和技術(shù)高壘的英飛凌在中國市場更加如魚得水。在這次疫情引發(fā)的車規(guī)芯片斷供潮中，英飛凌的32位MCU SAK TC2XX&TC3XX系列在黑市上曾經(jīng)爆炒到6000元以上離譜的價(jià)格，今天我們深入走進(jìn)這家大廠，深入淺出地介紹一下他們家的明星產(chǎn)品，管中窺豹，揭秘這個(gè)潘多拉魔盒的力量所在。

放眼全球的汽車電子產(chǎn)品，其實(shí)英飛凌一直都屬于相對(duì)比較中規(guī)中矩，性能上也沒有友商那么激進(jìn)，在功能和安全的平衡上做到在保障安全的前提下性能適當(dāng)留有裕量。工具鏈上由于天然的德國制造的優(yōu)勢(shì)，所以對(duì)Vector，ETAS，EB等本土企業(yè)的操作系統(tǒng)有著很好的配合度，加上本土強(qiáng)勢(shì)Tier1，如博世，大陸，西門子等的長期合作伙伴關(guān)系，導(dǎo)致英飛凌的芯片系列在全球各地的應(yīng)用范圍非常廣，而且早在新能源汽車興起之前，它就活躍在燃油動(dòng)力地豪華車系里，導(dǎo)致很多公司都深度倚賴他家地產(chǎn)品并且在研發(fā)過程中沒有太多的話語權(quán)。而其中的明星產(chǎn)品就是他家的AurixTricore32位MCU系列。

翻開它相對(duì)冗長的家族產(chǎn)品介紹，可以發(fā)現(xiàn)英飛凌的微控制器系列，最早采用ARM-Cortex-M系列內(nèi)核，并且在這基礎(chǔ)上演化出了Embedded Power ICs,XMC1000,XMC4000三代產(chǎn)品，但是可能是由于早期的Arm內(nèi)核對(duì)實(shí)時(shí)控制的優(yōu)化還沒有做到爐火純青，也可能是Tricore的成熟度已經(jīng)可以媲美甚至超越ARM，總之在TC2X系列開始，Tricore開始逐漸走入大家的視野。其實(shí)Tricore系列內(nèi)核最早脫胎于AUDO(automotive unified processor)，主要經(jīng)歷了六代MCU的迭代變遷，才逐步孵化出了當(dāng)下市場主流應(yīng)用范圍較廣的TC2X和TC3X系列，而且很快TC4X系列也即將問世。

而Tricore架構(gòu)的歷史更是可以追溯到西門子半導(dǎo)體時(shí)期，早在8位和16位MCU上，Tricore的概念已經(jīng)被植入，直到32位機(jī)上，Tricore才完全釋放出了架構(gòu)上的性能優(yōu)勢(shì)，并且逐步發(fā)展演化至現(xiàn)在的TricoreV1.6.2P系列架構(gòu)，據(jù)悉最新的TC4X系列CPU將使用V1.8.2的最新Tricore架構(gòu)。

其實(shí)Tricore之所以這么叫不是因?yàn)樾酒杏腥齻€(gè)內(nèi)核，而是MCU每個(gè)內(nèi)核都兼?zhèn)淞薓CU，DSP和RISC三種不同CPU架構(gòu)的特點(diǎn)；也就是實(shí)現(xiàn)real time控制的同時(shí)，兼?zhèn)溥M(jìn)行快速的數(shù)字信號(hào)處理的能力，并且采用了精簡指令集的架構(gòu)，功耗更小，指令操作速度更快。

TC-2X Tricore系列

仔細(xì)翻開TC2X家族系列的產(chǎn)品簇，可以觀察到TC21X-TC23X系列手冊(cè)上“Lockstep Core（鎖步核）”的字眼赫然醒目，這種冗余的內(nèi)核設(shè)計(jì)意在運(yùn)行程序時(shí)，可以將相同的指令放到兩個(gè)相同的內(nèi)核中，并實(shí)時(shí)對(duì)比兩個(gè)內(nèi)核的輸出，通過周期性的比較程序執(zhí)行結(jié)果，發(fā)現(xiàn)潛在內(nèi)核故障，鎖步的機(jī)制長應(yīng)用在工業(yè)控制和汽車電子，飛行裝置等對(duì)安全要求較高的領(lǐng)域。但是問題是這樣的鎖步設(shè)計(jì)常常使軟件開發(fā)受到鉗制，無法在單一芯片上將多任務(wù)，多系統(tǒng)進(jìn)行有效的隔離，換言之，無法在兩個(gè)core上跑不一樣的程序，浪費(fèi)了CPU的資源；基于這樣的考慮，TC26X系列將兩個(gè)鎖步核沒有強(qiáng)行設(shè)置成鎖步模式，可以由用戶自由配置是工作在lockstep還是dual core模式，解放了內(nèi)核的生產(chǎn)力。進(jìn)一步的，在TC27X系列中，英飛凌將內(nèi)核擴(kuò)展成三核模式，既保留了雙核鎖步的安全支撐，又將第三個(gè)內(nèi)核讓出來處理一些優(yōu)先級(jí)或者的調(diào)度周期要求不高的任務(wù)；可以看到主頻從133Mhz-300Mhz范圍可選，內(nèi)置Flash也從512kB最高可擴(kuò)展到8MB，雖然和目前高算力芯片的計(jì)算性能不可同日而語，但是放在絕大多數(shù)算力要求不高實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的場景下可謂量身定制。

如果仔細(xì)觀察Tricore的內(nèi)核架構(gòu)，每個(gè)Core都有自己的內(nèi)置SRAM單元，還有分別用于存放數(shù)據(jù)(DSPR)和指令(PSPR)。而每個(gè)內(nèi)核又都擁有獨(dú)立的緩存單元，Pcache和Dcache的模式使能情況下，可以將一些常用的數(shù)據(jù)堆棧存放在Cache中，CPU可以更快速的存取計(jì)算。同時(shí)支持核間的內(nèi)存訪問，通過SRI(system resource interface)接口可以跨總從而讀取存放在另一個(gè)CPU內(nèi)存地址空間的數(shù)據(jù)。

目前很多市面上在售的ECU，PCU, BMS，VCU等多數(shù)車身域，底盤域，動(dòng)力域控制器都采用了TC2X系列的芯片。越是廣泛的應(yīng)用越是證明英飛凌Aurix系列的安全可靠，但誠如之前所說，目前TC2X系列已經(jīng)走到了壯士暮年的階段，不管是內(nèi)外存還是主頻已經(jīng)和許多當(dāng)下智能汽車的應(yīng)用無法匹配，所以TC3X系列就肩負(fù)起了TC2X“平替”的歷史使命。

TC-3XTricore系列

如果說CPU算力在TC2X這一代還只是D檔起步的話，最多支持6核（可兩兩鎖步）的Tricore則直接讓TC3X系列上了高速。在某些安全要求等級(jí)非常高的如自動(dòng)駕駛等場景下，三對(duì)鎖步核可以作為自動(dòng)駕駛主芯片的輔助，用于處理實(shí)時(shí)計(jì)算，路徑規(guī)劃和底盤控制等安全要求相對(duì)較高的任務(wù)，所以TC3X系列除了上述的典型應(yīng)用外，也往往以異構(gòu)芯片的角色出現(xiàn)在各大新勢(shì)力造車企業(yè)的自動(dòng)駕駛域控或中央計(jì)算單元的解決方案中；

從上表中可以得到除了TC32X和33X以外的全系標(biāo)配一對(duì)或以上鎖步核，單個(gè)core可以提供1000DMIPS的算力，對(duì)比TC2XX系列700DMIPS左右的性能又提升了將近40%。這些冗余的算力可以更好的服務(wù)于多外設(shè)的間數(shù)據(jù)交換，例如CANFD, 千兆以太等區(qū)域網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用。也可以以片區(qū)為單位從內(nèi)外部Flash,DDR等內(nèi)存單元中快速地搬運(yùn)和讀取指令數(shù)據(jù)，例如SOTA這樣的在線升級(jí)應(yīng)用。在內(nèi)核頻率上除了TC32X和TC33X系列，全系支持300Mhz的工作主頻。同時(shí)TC3X系列更加強(qiáng)調(diào)性能和功耗的平衡，全系內(nèi)置SCR(standby controller)和SCU(system controll unit)模塊，負(fù)責(zé)系統(tǒng)上下電時(shí)的模式管理和能耗控制，可以由用戶自己定義來控制內(nèi)核的開啟和關(guān)閉，亦或是某個(gè)較低的工作頻率（XTAL 24M）?？傊甌C3X系列的內(nèi)核升級(jí)有亮點(diǎn)，但是并沒有主頻等性能上質(zhì)的飛躍。

不過據(jù)悉新一代TC4X內(nèi)核處理器，最高主頻將升級(jí)到500Mhz,并且集成PPU協(xié)處理器。PPU協(xié)處理器可以實(shí)現(xiàn)矩陣運(yùn)算加速，以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及其他一些高速控制等應(yīng)用，可以被應(yīng)用于建模，模型預(yù)測和防入侵檢測等信息安全的算法和架構(gòu)中。因?yàn)镻PU的存在，使得在TC3X系列上的對(duì)稱及非對(duì)稱的多任務(wù)處理機(jī)制得到了升級(jí)，他可被用來加速軟件堆棧并且協(xié)調(diào)跨內(nèi)核跨系統(tǒng)之間的服務(wù)。而TC4X的單顆Tricore算力也將突破1200DMIPS,并且PPU協(xié)處理器可以提供72GFLOPS的浮點(diǎn)運(yùn)算能力。另外值得一提的是，在TC3X和TC4X系列上，針對(duì)內(nèi)核中的存儲(chǔ)區(qū)域，可以通過MPU(MemoryProtectionUnit)單元進(jìn)行訪問權(quán)限的設(shè)置(通過設(shè)置內(nèi)核在SRI總線上的Master ID)，未經(jīng)授權(quán)的內(nèi)核ID無法訪問到超出權(quán)限的地址空間，這樣的硬件隔離措施可以防止多操作系統(tǒng)在運(yùn)行任務(wù)的過程中的一些異常訪問的行為而導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰。除此之外TC3X和TC4X系列的內(nèi)核都配有獨(dú)立內(nèi)置Flash，可以在SOTA等在線軟件升級(jí)應(yīng)用中，通過A/Bbank分區(qū)的形式將主程序和升級(jí)軟件同時(shí)下載到內(nèi)核Flash中，并通過內(nèi)部總線加載到SRAM中運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)不停車即實(shí)現(xiàn)軟件升級(jí)的無感切換。

寫在最后:

英飛凌憑借強(qiáng)大的安全內(nèi)核以及自研架構(gòu)，在車規(guī)MCU市場可謂風(fēng)光無量，但是隨著當(dāng)下缺芯潮的持續(xù)蔓延，各大OEM和供應(yīng)商也慢慢開始對(duì)歐洲大廠的供貨模式，服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生越來越多的質(zhì)疑。換言之，當(dāng)下國產(chǎn)車規(guī)芯片的興起,也許在短期內(nèi)對(duì)英飛凌等大廠還沒有潛在的威脅，但值得引起足夠的態(tài)度上的重視。打鐵還需自身硬，期待英飛凌的持續(xù)科研投入和TC4X系列問世可以再續(xù)Tricore的輝煌。

審核編輯 ：李倩