成功可以复制,富士通携新一代FRAM进军高端车载应用市场

2017年09月13日 16:09    eechina
关键词: FRAM , 车载 , TPMS , BMS
在前不久巴塞罗那举行的奥迪首届全球品牌峰会上,奥迪新一代A8旗舰级轿车正式首发,成为世界上第一款L3级自动驾驶量产车。至此,自动驾驶技术第一次真真切切地接管了人类手中的方向盘。尽管奥迪表示新A8仅在60km/h以下的低速条件实现了自动驾驶,但仍然赚足了全球车友的“眼球”。在消费者为之狂欢的同时,新A8也进一步引发了消费者与业界对自动驾驶系统“可靠性”的思考——你真的敢坐自动驾驶开的车么?

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图1:奥迪A8自动驾驶技术采用多种传感器

“事实上,自动驾驶或者说ADAS(高级驾驶辅助系统)的本质是汽车与环境的对话,通过传感器采集数据、存储器记录数据、处理器运算数据以及反馈等过程实现。而这些过程都需在极短的时间内完成,除了高速以外,关键中的关键——可靠性必须保证。”富士通电子元器件(上海)有限公司产品管理部总监冯逸新在近日举办的第五届汽车数字化座舱高峰论坛演讲中这样表示。作为ICT行业知名的高性能存储器厂商之一,富士通半导体的铁电随机存储器产品(以下简称FRAM)在三表、物流、医疗等市场领域已获得成功拓展。为响应汽车领域的客户需求,在2017年推出适用于车载应用的FRAM产品“MB85RS256TY ”和“MB85RS128TY ”,新产品从内部回路开始重新设计,进一步提高产品可靠性,运行温度范围扩大至零下40度~125℃,并通过AEC-Q100标准认证。

小试TPMS细分市场,倍耐力或将首发FRAM-inside轮胎

根据美国市场调查机构策略分析公司(IMS)数据显示,汽车电装配件市场预计将从2015年的2390亿美元飞速增长到2020年的3033亿美元。而在中国,鉴于中国新车评价规程(C-NCAP)将于2018年加入关于AEB等功能的检测,国内ADAS市场也将迎来前所未有的增长。因此,IMS对中国ADAS市场规模的预测也十分乐观,预计到2020年中国ADAS市场规模将从2014年的100亿元左右增长到接近800亿元,年均增速在30%-40%。

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图2:中国ADAS市场规模及增速(来源:IMS)

“ADAS系统要求车载电子的所有子系统,如传感器、摄像机、CAN通信、车载HMI等必须实时和持续地存储当前状态信息进行实时监控、记录、分析或处理。在如此严苛的规范下,具备非易失性、高速写入以及高度写耐久性的FRAM存储器正好满足自动驾驶所要求的可靠性和无迟延的要求。因此,随着ADAS技术愈发成熟,FRAM在该领域的机会也越来越大。”冯逸新面对客户的产品问询时指出。

在ADAS细分领域的TPMS应用中,富士通已迈出抢占车载应用市场的第一步。据透露,富士通FRAM存储器已经被倍耐力(Pirelli)轮胎率先采用,应用于其所生产机动车轮胎的TPMS系统中,以实现可靠的低功耗、高速写入以及高耐久的数据处理功能。倍耐力是世界上享有盛名的轮胎公司之一,具有100多年历史的倍耐力轮胎本身已成为轮胎业“可靠质量”与“优异性能”的代名词。

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图3:FRAM的高性能可满足TPMS应用中各类需求

“汽车产业正经历史上最大幅度的转型。通过全新FRAM解决方案,我们得以支持创新公司将创意转化为实际产品。我们不只为全球的客户提供器件,更为基于此FRAM的每项开发项目提供顾问服务,与客户一起克服挑战并协助他们加快创新流程。”冯逸新说道。据悉,倍耐力将富士通的FRAM搭配一些ASIC、Sensor等进行SiP封装后应用在胎压监测中,该款轮胎预计将于2018年年底量产,届时会成为全球首款FRAM-inside的高性能轮胎。获得倍耐力的青睐归其原因,他认为:一是轮胎的电池在出厂后难以更换,FRAM低功耗的特性使之在这一方面颇具优势;二是胎压数据必须频繁地写入与记录,按一秒写入一次计算, 使用10年则累计写入3.2亿次,而FRAM可支持写入的次数高达10万亿 (即1013) 次,故在面对高度写耐久性的挑战时可以完美应对。

新能源汽车爆发在即,成车载FRAM又一关键切入点

与此同时,汽车市场的另一热门领域——新能源汽车的爆发也正在迎来指数攀升的重要阶段。无论是各大整车厂,如特斯拉、丰田、广汽等已不断投入、自主研发车载蓄电池的“大野心”,还是中国政府政策推动下的2020年之前中国新能源汽车保有量达到五百万台的“小目标”,都预示着新能源汽车井喷的时间点愈趋愈紧。

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图4:2015年新能源车销量统计,多款中国车厂型号上榜

“当前新能源车中BMS(电池管理系统) + 电池包的价格,相当于整车成本的1/3至1/2,比重非常高。”冯逸新向媒体透露道,“正因为BMS以及电池包在新能源汽车中处于十分重要的位置,所以这些单元、组件的实时数据监测也需要可靠的存储器来记录。目前,国内领先的汽车类公司中,如比亚迪、科列、沃特玛等,均已采用富士通性能突出的FRAM产品加入其BMS等新能源汽车的设计中。”

BMS是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带,其主要功能包括:电池物理参数实时监测;电池状态估计;在线诊断与预警;充、放电与预充控制;均衡管理和热管理等等。简单举个例子,电池单元电量一般维持在30%~75%之间表示正常运作,如有不均衡的情况需从别的单元补充过来,这时系统需要检测记录电池单元的电量、温度、电压电流等数据,而且单次监测记录的时间不能间隔太长。这也就意味着,BMS的数据记录与写入同样非常频繁,对非易失性存储器的写入次数要求比较高。

“一般而言,某些BMS、电池包的制造商可能由于成本的因素不选用FRAM,而选用E2PROM代替,但其实未必真的能节约成本。”冯逸新解释讲,“他们往往没有意识到FRAM与E2PROM的工作方式存在很大差异。”

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图5:FRAM相较E2PROM具有更优秀的耐久性

如上图所示,FRAM的写入次数约为E2PROM的107倍,这表示在同样的写入次数需求下后者需要的整体容量要大得多。假设FRAM是4KB容量,虽然小,却允许在整块memory的同一区域中重复地写入1013次数据。相反E2PROM容量可以远比4KB大,但受写入次数的限制(仅106次),如果整块memory中A区域达到写入次数限制后, A区域的数据稳定写入将得不到保证,需另外换一个B区域重新写;那么新旧区域的更换过程就需要Wear Leveling(损耗均衡技术)来控制,这在无形中增加了软件配置成本。
再者,FRAM写入速度约为E2PROM的3万倍,在断电等特殊情况发生时,前者能够在极短时间内(0.00015ms左右)写入数据并保存,而后者为了保证断电瞬间仍能记录数据,就常常需要选用超级电容电路中 “补电”,这又是一笔成本的开销。而且,为了预留充足的写入次数,特别像BMS这样频繁记录数据的应用中,E2PROM的容量需求越大,成本也就水涨船高。换言之,E2PROM的成本就相当于自身容量+电容+软件,这样跟FRAM对比就并没有太大成本优势了。

中国汽车产业崛起的FRAM机遇

“过去十年,中国的汽车Tier-1企业从技术零积累,到如今具备一定的自主技术,已经有底气、也有实力可以跟一些外国品牌来竞争。这为像FRAM这样的高性能器件带来机遇。” 冯逸新表示:“中国企业若想将对手打败或者说尽量站在同样的位置,就需要跟国际车规级标准看齐,选用更好质量的、更可靠的电子元器件,来设计制造更先进的产品。”事实上,多位业内专家也曾从另外一个角度给出类似的观点——中国目前汽车相关的企业数量太多,按发展规律而言,未来肯定要通过淘汰,整合到一个合理的范围,而能够突围的企业必定是质量与性能双优的品牌。

“富士通希望通过FRAM的力量促进中国汽车产业的升级,我们预计车载应用市场的爆发将在未来一两年内让FRAM的亚洲营收翻倍,而中国市场将占据其中的较大份额。” 冯逸新表示,“同时,富士通十分欢迎且愿意与MCU、主控等方案厂商协同合作,选用FRAM产品来搭配设计车载应用的total solution,一起做大、做好整个存储器市场。”

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