【導(dǎo)讀】前不久，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021－2035年）》明確了對新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈多領(lǐng)域的鼓勵支持，展示出一個非常積極的信號：此后國內(nèi)新能源汽車的發(fā)展方向?qū)⒏采w全產(chǎn)業(yè)鏈、全場景并向能源的多元化發(fā)展。可以說，新能源汽車既是全球汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、綠色發(fā)展的主要方向，也是我國汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。
Bloomberg預(yù)測，2038年新能源汽車的銷量將超過燃油汽車銷量
自國家補貼從去年開始大幅退坡之后，新能源車市場經(jīng)過了去年下半年到和今年上半年的下滑和盤整，也開始進(jìn)入到更為健康和良性的產(chǎn)品和市場驅(qū)動的階段。“提高新能源汽車核心技術(shù)，是我們與發(fā)達(dá)國家品牌抗衡的必要條件。”富士通電子元器件(上海)有限公司產(chǎn)品管理部總監(jiān)馮逸新在近日的一次活動中表示。如何加強新能源汽車核心技術(shù)？作為全球高性能非易失性存儲器領(lǐng)導(dǎo)廠商，富士通半導(dǎo)體的鐵電隨機存儲器產(chǎn)品(以下簡稱FRAM)針對車載應(yīng)用首重安全性的考量，其自2017年開始先后推出的多款適用于車載應(yīng)用的FRAM產(chǎn)品通過擴大運行溫度范圍（零下40度~125℃）及進(jìn)一步提高產(chǎn)品可靠性等多種手段，目前已成功打入眾多Tier-1、Tier-2整車廠的供應(yīng)鏈。
直面新能源汽車存儲痛點
近年來，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，成為汽車產(chǎn)業(yè)的重要增長點，據(jù)2018年新能源車銷量統(tǒng)計顯示，TOP20中有11個品牌來自中國。新能源汽車銷量的快速增長自然帶動了相關(guān)汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，由于采用電力驅(qū)動，新能源汽車的結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)的燃油汽車，動力電池、電池管理系統(tǒng)（BMS）、整車控制單元（VCU）三大系統(tǒng)成為汽車的核心功能部件，汽車電子成本相比于整車價值的占比也進(jìn)一步提升。
2018年新能源汽車銷量統(tǒng)計
“我們認(rèn)為高性能存儲器FRAM將是提高這些核心技術(shù)的關(guān)鍵元件。無論是BMS，還是VCU，這些系統(tǒng)都需要實時和連續(xù)地對當(dāng)前狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控，記錄和分析處理。”馮逸新表示，“因此，需要提高存儲器性能和耐久性設(shè)計。只有非易失性、高速、高讀寫耐久性的車規(guī)級的存儲器FRAM才可以滿足所要求的可靠性和無遲延的要求。”
BMS和VCU是新能源汽車的核心技術(shù)
BMS是連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶，其主要功能包括：電池物理參數(shù)實時監(jiān)測；電池狀態(tài)估計；在線診斷與預(yù)警；充、放電與預(yù)充控制；均衡管理和熱管理；等等。“舉個簡單的例子，電池單元電量一般維持在30%~75%之間表示正常運作，如有不均衡的情況需從別的單元補充過來，這時系統(tǒng)需要檢測記錄電池單元的電量、溫度、電壓、電流等等數(shù)據(jù)，而且單次監(jiān)測記錄的時間不能間隔太長。這也就意味著，BMS的數(shù)據(jù)記錄與寫入同樣非常頻繁，對非易失性存儲器的寫入次數(shù)要求比較高。”馮逸新說到。
FRAM在電池管理系統(tǒng)BMS中的應(yīng)用
同時在實際工作中，BMS系統(tǒng)不僅會以每秒或每0.1秒的頻率去記錄電池單元的電壓，溫度和電流等當(dāng)前數(shù)據(jù)，而且要監(jiān)控電池的短期（最后幾個充電周期）和長期（整個使用壽命）的狀態(tài)，這對最大程度延長電池使用壽命至關(guān)重要。“針對這些獨特要求，還需要提高存儲器性能和耐久性設(shè)計。因此非易失性，高耐久性，高速的車規(guī)級FRAM是BMS的理想選擇。目前已經(jīng)有一些中國的客戶開始采用富士通3V SPI 128Kbit，256Kbit，2Mbit 和 5V SPI 64Kbit的FRAM。“馮逸新透露。
與之相似，VCU系統(tǒng)則需要以每秒一次的速度去記錄汽車行駛的當(dāng)前狀態(tài)以及發(fā)生故障時的變速器擋位、加速狀況、剎車和輸出扭矩等信息，而采用FRAM可以通過更簡單的軟件進(jìn)行存儲與讀取，同時保證高速和高可靠性。“截至目前，中國的新能源汽車和低速代步車VCU系統(tǒng)已經(jīng)開始使用富士通64Kbit SPI FRAM。”馮逸新介紹，“同時，今年5月富士通最新推出了車規(guī)級產(chǎn)品MB85RS2MLY，可在-40°C至+125°C溫度范圍內(nèi)達(dá)到10兆次讀/寫次數(shù)，非常適合需要實時數(shù)據(jù)記錄的應(yīng)用（比如連續(xù)10年每天每0.1秒記錄一次數(shù)據(jù)，則寫入次數(shù)將超過30億），可謂具有極高的數(shù)據(jù)寫入耐久性和可靠性。“
筑造自動駕駛的堅固后盾
隨著汽車智能化的發(fā)展，越來越多的車輛搭載了自動駕駛技術(shù)。據(jù)前瞻技術(shù)研究院的數(shù)據(jù)顯示，2019 年國內(nèi)自動駕駛市場規(guī)模為 1125 億元，預(yù)計至 2023 年可達(dá) 2381 億元，年復(fù)合增長率達(dá)到 20%。對于各大車企來說，作為新生事物的新能源和自動駕駛可以說是同一時間起步，其較傳統(tǒng)燃油汽車更加簡單的電控系統(tǒng)與整車架構(gòu)都展現(xiàn)了這個組合極高的契合度，目前很多剛上市的新款新能源汽車都已經(jīng)達(dá)到了L2自動駕駛級別。“事實上，自動駕駛、或者說ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))的本質(zhì)是汽車與環(huán)境的對話，通過傳感器采集數(shù)據(jù)、存儲器記錄數(shù)據(jù)、處理器運算數(shù)據(jù)以及反饋等過程實現(xiàn)。而這些過程都需在極短的時間內(nèi)完成，除了高速以外，關(guān)鍵中的關(guān)鍵——可靠性必須保證！”在談到自動駕駛技術(shù)時馮逸新表示。
自動駕駛的三大核心技術(shù)
ADAS是無人駕駛的前奏，也是現(xiàn)階段市場的核心所在。當(dāng)無人駕駛持續(xù)不斷搶占頭條時，高級駕駛輔助系統(tǒng)ADAS悄悄地掀起了一股變革浪潮，從根本上改變著傳統(tǒng)汽車的操控方式和用戶體驗。自動駕駛的冗余度和容錯性特性，要求越是高階的自動駕駛需要越多的傳感器。馮逸新指出：“ADAS的所有子系統(tǒng)，如傳感器、攝像機、CAN通信、車載HMI等必須實時和持續(xù)地存儲當(dāng)前狀態(tài)信息進(jìn)行實時監(jiān)控、記錄、分析或處理。在如此嚴(yán)苛的規(guī)范下，具備非易失性、高速寫入以及高度寫耐久性的FRAM存儲器正好滿足自動駕駛所要求的可靠性和無遲延的要求！因此，隨著ADAS技術(shù)愈發(fā)成熟，F(xiàn)RAM在該領(lǐng)域的機會也越來越大。”
以人工智能決策平臺中的智能氣囊應(yīng)用為例，氣囊作為大部分汽車的必備配置，對駕乘人員的人身安全起著極大的保障作用。針對智能氣囊來說，系統(tǒng)要在氣囊被激活驅(qū)動后，連續(xù)記錄氣囊是否正常動作以及氣囊的動作履歷數(shù)據(jù)，最終將這些數(shù)據(jù)作為法律依據(jù)，來處理事故，追究原因和責(zé)任；另外系統(tǒng)還需要實時監(jiān)控和連續(xù)記錄空座位信息和乘客的體重，以確保準(zhǔn)確，及時啟動氣囊。“這些要求使FRAM成為理想的選擇。目前Tier1的continental已經(jīng)在他們的智慧氣囊中采用了FRAM，同樣在中國一些客戶也已經(jīng)采用了16Kbit的串口FRAM。”馮逸新透露。
FRAM在智慧氣囊中的應(yīng)用
此外，在ADAS細(xì)分領(lǐng)域的胎壓監(jiān)測（TPMS）應(yīng)用中，富士通業(yè)已邁出搶占車載應(yīng)用市場的第一步。據(jù)透露，富士通FRAM存儲器已經(jīng)被倍耐力(Pirelli)輪胎率先采用，應(yīng)用于其所生產(chǎn)機動車輪胎的TPMS系統(tǒng)中，以實現(xiàn)可靠的低功耗、高速寫入以及高耐久的數(shù)據(jù)處理功能。倍耐力是世界上享有盛名的輪胎公司之一，具有100多年歷史的倍耐力輪胎本身已成為輪胎業(yè)“可靠質(zhì)量”與“優(yōu)異性能”的代名詞！對此，馮逸新談到：“TPMS要對輪胎的壓力進(jìn)行實時和連續(xù)監(jiān)測，如有充氣不足，立即發(fā)出警報。胎壓監(jiān)測安裝在高溫，高壓的苛刻環(huán)境中，電池不易更換，為了延長電池壽命，使用低功耗存儲器是必要條件。這些要求使FRAM成為胎壓監(jiān)測的理想選擇。”
成本大比拼，F(xiàn)RAM真的貴嗎？
盡管FRAM比傳統(tǒng)的Flash、EEPROM在讀寫耐久性、寫入的速度和功耗等方面都更具有優(yōu)勢，但其同樣有著成本較高、容量不高的不足。“一般而言，某些制造商可能由于成本的因素不選用FRAM，而選用EEPROM代替，但其實未必真的能節(jié)約成本。”馮逸新解釋道，“他們往往沒有意識到FRAM與EEPROM的工作方式存在很大差異。”
FRAM相較EEPROM具有更優(yōu)秀的耐久性
如上圖所示，F(xiàn)RAM的寫入次數(shù)約為EEPROM的107倍，這表示在同樣的寫入次數(shù)需求下后者需要的整體容量要大得多。假設(shè)FRAM是4KB容量，雖然小，卻允許在整塊存儲器的同一區(qū)域中重復(fù)地寫入1013次數(shù)據(jù)。相反EEPROM容量可以遠(yuǎn)比4KB大，但受寫入次數(shù)的限制(僅106次)，如果整塊存儲器中A區(qū)域達(dá)到寫入次數(shù)限制后，A區(qū)域的數(shù)據(jù)穩(wěn)定寫入將得不到保證，需另外換一個B區(qū)域重新寫；那么新舊區(qū)域的更換過程就需要Wear Leveling(損耗均衡技術(shù))來控制，這在無形中增加了軟件配置成本。
再者，F(xiàn)RAM寫入速度約為EEPROM的3萬倍，在斷電等特殊情況發(fā)生時，前者能夠在極短時間內(nèi)(0.00015ms左右)寫入數(shù)據(jù)并保存，而后者為了保證斷電瞬間仍能記錄數(shù)據(jù)，就常常需要選用超級電容在電路中 “補電”，這又是一筆成本的開銷。而且，為了預(yù)留充足的寫入次數(shù)，特別像BMS這樣頻繁記錄數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，EEPROM的容量需求越大，成本也就水漲船高。換言之，EEPROM的成本就相當(dāng)于自身容量+電容+軟件，這樣跟FRAM對比就并沒有太大成本優(yōu)勢了。
采用EEPROM的Car infotainment
此外，F(xiàn)RAM不僅能夠進(jìn)行高速寫入，同樣也能夠?qū)崿F(xiàn)高速擦除。對此，低功耗和高速的FRAM可以利用小型電池電源，瞬間消去重要數(shù)據(jù)，從而確保用戶的信息安全。這時，F(xiàn)RAM僅需0.1mA的工作電流，就能夠在0.3ms的時間內(nèi)擦除256bit的數(shù)據(jù)，相比EEPROM擁有顯著的優(yōu)勢。
FRAM、EEPROM、FLASH工作電流與消去時間對比
總結(jié)
因為中國汽車市場起步較晚，在歐美日韓等相對成熟的汽車市場，汽車品牌已經(jīng)比較集中，可能只有三四家，而在中國市場，仍然可以看到上百家的汽車品牌商，需求各異。“中國企業(yè)若想將對手打敗或者說盡量站在同樣的位置，就需要跟國際車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)看齊，選用更好質(zhì)量的、更可靠的電子元器件，來設(shè)計制造更先進(jìn)的產(chǎn)品。“馮逸新表示，”通過采用富士通FRAM，車企將再無關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲的后顧之憂！“
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