智能車的電子系統日益復雜，控制中樞亦須與時俱進。在車用微控制器 (MCU)／系統單芯片 (SoC) 獨霸一方的瑞薩電子 (Renesas Electronics) 認為，當人們對油電混合車／電動車 (HEV / EV) 行駛距離的期望值越來越高，MCU 計算效能及功能整合勢必隨之升級，才能制造效率更高、體積更小的馬達變頻器；另須配備大容量閃存 (Flash) 與防護機制，以精確支持各國環境法規與標準，并允許空中傳輸 (OTA)，通過無線網絡聯機來診斷、更新或還原控制程序，簡化維護作業與成本。值得留意的是，＂半導體工藝＂的世代更迭，居間角色十分吃重。
車用 MCU 要件：多核心、低功耗、大存儲、高整合
瑞薩電子全球業務執行副總裁 MANABU KAWASHIMA (川嶋學) 主張，＂高效穩固的多核心、低功耗且預防過熱、增加程序存儲容量、高度整合前沿及通信功能，是今后自駕、環保智能車 MCU 的必要條件＂。首先，要與 3D 雷達合作無間，以監測車輛四周環境、實現高精度感測；其次，須整合多個傳感器數據，并具備實時判斷的能力；再者，須讓電子控制單元 (ECU) 能快速處理復雜的控制任務，包括失效穩定運作能力，并協調、控制多個 ECU；最后是提高整體系統的能源效率及功能安全，以符合更嚴格的排放法規。
瑞薩電子全球業務執行副總裁 MANABU KAWASHIMA (川嶋學) 主張，＂高效穩固的多核心、低功耗且預防過熱、增加程序存儲容量、高度整合前沿及通信功能，是今后自駕、環保智能車 MCU 的必要條件＂。首先，要與 3D 雷達合作無間，以監測車輛四周環境、實現高精度感測；其次，須整合多個傳感器數據，并具備實時判斷的能力；再者，須讓電子控制單元 (ECU) 能快速處理復雜的控制任務，包括失效穩定運作能力，并協調、控制多個 ECU；最后是提高整體系統的能源效率及功能安全，以符合更嚴格的排放法規。
照片人物：瑞薩電子全球業務執行副總裁 MANABU KAWASHIMA (川嶋學)
新世代環保汽車的引擎，需要強大計算效能來運作燃油系統，以及大容量的內嵌閃存來容納更龐大的韌體程序。事實上，瑞薩對于工藝技術的投資一直相當積極。當同業大都還停留在 65 / 55 nm，瑞薩已率先使用 40 nm 量產 MCU；現今更與臺積電 (TSMC) 合作最高端的 28 nm eFlash (嵌入式閃存) MCU 工藝——結合瑞薩高可靠、高速的＂金屬氧化氮氧化硅＂(MONOS) eFlash，與臺積電高效能、低功耗的 28 nm 高介電層金屬閘技術。新產品擬于今年供樣、2020 年開始量產，可較 40 nm 提升四倍以上的內存與效能。
MONOS 閃存單元的每個晶體管是以＂硅＂為基礎、由氧、氮、氧三層組成，頂端有一個金屬控制閘極；瑞薩立足先前 MONOS 的既有成果之上，研發適用于 MCU 內部閃存的分離閘 (SG) 結構；全新鰭狀結構＂SG- MONOS＂閃存能賦予 MCU 高可靠性、高速和低功耗特點，以進行更實時、安全的計算和控制。KAWASHIMA 援引市調資料指出，預估車用電子 2015～2020 年之年復合成長率以油電混合車／純電動車的 18% 最高，高級駕駛輔助系統 (ADAS) 的 17% 次之；因此，上述兩者也是瑞薩的重點投資區塊。
圖1：瑞薩在半導體工藝處于領先地位
資料來源：瑞薩電子
●IMTS 電路技術與逆變器，改善電動車能源效率
在 HEV / EV 方面，瑞薩今年初推出專用于電機控制的＂智能電機定時器系統＂(IMTS) 電路技術，以改善電機控制的能源效率。這類車款的 ECU 需要高端的功能和復雜的控制軟件，會增加 MCU 處理負載；但另一方面，又須限制 MCU 熱能、讓 MCU 內部電路 (包括 CPU 核心或內核) 維持在較低的工作頻率，以免高溫環境有損組件可靠性。兩相權衡的結果，往往對整體性能形成桎梏；而瑞薩獨立于 CPU 之外的 IMTS 能自主運行，采集感測數據并加以計算、輸出數值至 CPU，可為 CPU 騰出更多容量供高階演算能源效率使用。
在 HEV / EV 方面，瑞薩今年初推出專用于電機控制的＂智能電機定時器系統＂(IMTS) 電路技術，以改善電機控制的能源效率。這類車款的 ECU 需要高端的功能和復雜的控制軟件，會增加 MCU 處理負載；但另一方面，又須限制 MCU 熱能、讓 MCU 內部電路 (包括 CPU 核心或內核) 維持在較低的工作頻率，以免高溫環境有損組件可靠性。兩相權衡的結果，往往對整體性能形成桎梏；而瑞薩獨立于 CPU 之外的 IMTS 能自主運行，采集感測數據并加以計算、輸出數值至 CPU，可為 CPU 騰出更多容量供高階演算能源效率使用。
此外，有鑒于逆變器 (Inverter) 與電力效率關系匪淺，繼數年前的 2.9 L、50 kW 級逆變器后，瑞薩近日再推出 3.9L、100 kW 方案，包括最大化電機性能軟件以及 MCU、絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)、快速恢復二極管 (FRD) 等功率半導體器件，將原型變頻器系統的規格分析、軟／硬件開發和電機特性調整時間，從 2～3 年壓縮至一年。瑞薩尤其看好中國大陸在純電動車市場可望引領潮流；為壯大本土生態系并加速業務成長，今年三月在中國大陸增設業務單位，以自家 IGBT 芯片為起點，攜手當地功率模塊和一階逆變器供貨商，冀向外逐層串聯系統代工廠。
圖2：瑞薩擬在 2020 年之前，與中國大陸伙伴共同建立符合當地法規標準的新型商業模式
資料來源：瑞薩電子
●＂Autonomy＂開放平臺，創新加速器與功能驗證
至于 ADAS，從感測、認知、人機接口 (HMI) 到控制，瑞薩 RH850 / R-Car MCU 皆可應對自如；今年美國 CES 上，瑞薩更成功展示智能相機、雷達、車聯網 (V2X)、自動駕駛計算、數據融合、路由、規劃、導航、信息娛樂、駕駛監視、電動馬達、煞車、操舵等多項自駕車技術。去年并購 Intersil 后，瑞薩將可在車內娛樂顯示與 ADAS 的絕對利基外，補強在抬頭顯示、顯示／攝像網絡和電池管理的能量。特別一提的是，瑞薩日前發表一款名為＂Autonomy＂的開放平臺，涵蓋云服務、感測、決策和控制的＂端到端＂(End- to- End) 解決方案。
至于 ADAS，從感測、認知、人機接口 (HMI) 到控制，瑞薩 RH850 / R-Car MCU 皆可應對自如；今年美國 CES 上，瑞薩更成功展示智能相機、雷達、車聯網 (V2X)、自動駕駛計算、數據融合、路由、規劃、導航、信息娛樂、駕駛監視、電動馬達、煞車、操舵等多項自駕車技術。去年并購 Intersil 后，瑞薩將可在車內娛樂顯示與 ADAS 的絕對利基外，補強在抬頭顯示、顯示／攝像網絡和電池管理的能量。特別一提的是，瑞薩日前發表一款名為＂Autonomy＂的開放平臺，涵蓋云服務、感測、決策和控制的＂端到端＂(End- to- End) 解決方案。
＂Autonomy＂開放平臺為系統制造商提供 IP 內核選項 (包括硬件加速器)，協助在最低功耗下、實現最高性能的架構和算法，兼顧安全與靈活，亦深受半導體同業贊許。亞德諾 (ADI) 近期便與瑞薩展開 77 / 79 GHz 汽車雷達的技術合作，將瑞薩 RH850 / V1R-M MCU 與 ADI Drive360 高端 28nm CMOS 射頻到位 (RF-to-bit) 技術無縫連結；新誕生的傳感器展示器件可在更遠的距離，更早偵測到體積更小、速度更快的移動物體，提升駕駛安全性并減少雷達系統整合工作，為用戶提供系統級的數字互通，進而降低汽車 OEM 和一線供貨商的評估風險。
圖3：瑞薩＂Autonomy＂開放平臺，貫穿感測、認知決策、控制及云服務
資料來源：瑞薩電子
●R-Car V3M：基于＂Autonomy＂平臺的首款圖像識別 SoC
聚焦于啟動＂新車評估程序＂(NCAP) 的瑞薩，本身亦為＂Autonomy＂開放平臺發表首款高性能圖像識別 SoC——R-Car V3M。因為觀察到安裝在擋風玻璃旁的 ADAS 相機常曝露在陽光直射的環境中，低功耗 SoC 及散熱至關重要，否則可能影響到自動緊急煞車等功能；而內建影像信號處理器 (ISP) 的 R-Car V3M，不需額外前置攝像頭或外部影像組件，既可降低功耗和系統成本、又能增強傳感器的原始圖像質量，適用于智能型攝像、環景影像、光學雷達 (LiDAR) 等電腦視覺。
聚焦于啟動＂新車評估程序＂(NCAP) 的瑞薩，本身亦為＂Autonomy＂開放平臺發表首款高性能圖像識別 SoC——R-Car V3M。因為觀察到安裝在擋風玻璃旁的 ADAS 相機常曝露在陽光直射的環境中，低功耗 SoC 及散熱至關重要，否則可能影響到自動緊急煞車等功能；而內建影像信號處理器 (ISP) 的 R-Car V3M，不需額外前置攝像頭或外部影像組件，既可降低功耗和系統成本、又能增強傳感器的原始圖像質量，適用于智能型攝像、環景影像、光學雷達 (LiDAR) 等電腦視覺。
R-Car V3M 集成兩個用于編程的 ARM Cortex-A53 和兩個執行＂汽車開放系統架構＂(AUTOSAR) 的 Cortex-R7 鎖步 (lock-step) 內核，支援光流 (optic flow)、物體檢測／分類和＂卷積神經網絡＂(Convolutional Neural Network, CNN) 等算法，能實時檢測交通標志、車道、行人、車輛和其他障礙物，且符合 ISO26262 ASIL-C 安全需求。瑞薩另有多種 ASIL-B SoC (R-Car M3 和 R-Car H3) 和 ASIL-D MCU (RH850 / P1X 系列) 的 ADAS 應用；其中，以 R-Car H3 SoC 為基礎的第二代 ADAS 檢視套件最多可配置八部攝像頭，以加速檢視應用軟件之評估與開發。
圖4：R-Car V3M 適用于智能型攝像、環景影像、光學雷達 (LiDAR) 等電腦視覺
數據源：瑞薩電子
●＂檢視應用＂是下一個 ADAS 與自駕技術的未來
瑞薩預言，能辨識四周環境的 360°環景檢視，可經由傳感器融合 (Sensor Fusion) 處理從汽車攝像頭與雷達所收集到的信息，將成為所有汽車的基本配備。與此同時，＂后視鏡將被攝像頭取代，而駕駛監控將成為自動駕駛安全的必要功能＂——以攝像頭為基礎的電子后視鏡具備物體偵測能力、可改變檢視的視角，并提供影像縮放功能；另由于自動駕駛等級三以上的汽車，在某些情況下仍需駕駛者介入操作，駕駛監控將建構更安全的駕駛環境，且有助于監控駕駛人的注意力。簡言之，新一代電子后視鏡、駕駛監控及環景系統等檢視應用，未來將成為標配。
瑞薩預言，能辨識四周環境的 360°環景檢視，可經由傳感器融合 (Sensor Fusion) 處理從汽車攝像頭與雷達所收集到的信息，將成為所有汽車的基本配備。與此同時，＂后視鏡將被攝像頭取代，而駕駛監控將成為自動駕駛安全的必要功能＂——以攝像頭為基礎的電子后視鏡具備物體偵測能力、可改變檢視的視角，并提供影像縮放功能；另由于自動駕駛等級三以上的汽車，在某些情況下仍需駕駛者介入操作，駕駛監控將建構更安全的駕駛環境，且有助于監控駕駛人的注意力。簡言之，新一代電子后視鏡、駕駛監控及環景系統等檢視應用，未來將成為標配。
因應上述趨勢，瑞薩推出全功能 ADAS 檢視套件，包括＂R-Car 入門套件 Premier＂汽車軟件開發環境、可在線取得的 ADAS 應用程序軟件范例，以及校正環景檢視影像失真的軟件。其軟件范例的二進制代碼及任意視點的 R-Car H3 內嵌 GPU 核心，能以 4k 超高分辨率 (UHD) 組合環景檢視與智能型攝像頭畫面的迭層并動態呈現；再利用瑞薩的影像轉換處理 (IMR) 技術針對原始碼修正影像失真，不需另加 GPU 或 CPU 即能達到靜態效果。此外，GPU 的 OpenCL 可供軟件工程師借助認知功能實作強化安全功能。
圖5：瑞薩 ADAS 檢視套件
數據源：瑞薩電子
智能車朝自動／無人駕駛前進，＂安全＂是最大挑戰
臺灣瑞薩電子營銷事業部兼營業暨應用技術事業部協理王裕瑞補充，智能車朝自動／無人駕駛方向發展實屬必然，惟具體時程仍取決于市場與各國法規；預估先進國家的步伐應會較早。自動駕駛在不同時間點會有不同的技術和法規壓力，須經歷過渡期考驗，而＂安全＂是最大挑戰。瑞薩 R-Car SoC 安全駕駛系統方案，以 eFlash MCU 為基礎，支持安全駕駛必備的自動煞車、自動轉向及自動姿態控制等功能，結合防護感測、連網及安全技術，就是專為自動駕駛時代而生。
臺灣瑞薩電子營銷事業部兼營業暨應用技術事業部協理王裕瑞補充，智能車朝自動／無人駕駛方向發展實屬必然，惟具體時程仍取決于市場與各國法規；預估先進國家的步伐應會較早。自動駕駛在不同時間點會有不同的技術和法規壓力，須經歷過渡期考驗，而＂安全＂是最大挑戰。瑞薩 R-Car SoC 安全駕駛系統方案，以 eFlash MCU 為基礎，支持安全駕駛必備的自動煞車、自動轉向及自動姿態控制等功能，結合防護感測、連網及安全技術，就是專為自動駕駛時代而生。
王裕瑞并提到，媲美飛機駕駛艙的汽車駕駛艙數字控制環境技術已到位，BMW 等高級車都有類似配備；于是，瑞薩第二代整合式駕駛艙平臺，旨在為儀表顯示系統、車輛信息、以及信息娛樂領域同時帶來彈性、擴充性與個人化。最新的第三代更直奔汽車運算平臺而來，高端的 40 nm eFlash MCU、90 nm BiCD 模擬器件、小巧的 HEV 變頻器，以及 40 nm 馬達微控制器與高效率 IGBT 功率器件，并將信息科技融入車輛，皆是為了追求更好的安全駕駛體驗與更高的引擎效率。
照片人物：瑞薩電子營銷事業部兼營業暨應用技術事業部協理王裕瑞
＂半導體的開發需要冗長的時間并建立良好的信用與合作關系，加上軟件與硬件的整合，才能架構整體解決方案，在汽車電子領域更是如此；而瑞薩在此領域已建立優良信譽，不斷創新以迎合市場需求，加上 R-Car 聯盟在全球擁有 195 個關鍵技術廠商的社群支持，系統商可依據本身需求尋找適當合作伙伴，創造最大價值，是我們最大優勢所在＂，王裕瑞總結。
