與其他應用相比,汽車行業要求半導體的性能和質量更高。事實上,今天的性能要求比1980年首批8位微控制器出現在汽車動力傳動系統中時要高50倍。順便提一下,這種增長與摩爾定律密切相關,摩爾定律以現代的速度提升在集成電路中,恒定價格點的計算能力大約每兩年翻一番。
性能驅動因素
可以認為三大趨勢對汽車制造商對微控制器性能的更高要求負責。首先是消費者希望獲得越來越好的駕駛體驗。這需要改進汽車性能和可靠性的發動機改進。與此同時,越來越多的消費者也呼吁降低油耗,特別是在高油價的情況下。第三個趨勢是政府繼續實施更嚴格的排放法規以減少空氣污染。在動力傳動系統中使用微控制器已將排放和燃料消耗減少了大約一半。
一般來說,微控制器由一個中央處理單元核心組成,內存和外圍設備。必須增強所有這三個元素以提高性能 - 微控制器的功能與其最薄弱的元件一樣強大。
CPU內核基于一組指令。使這些指令更強大,提高了微控制器的效率,微控制器可以在每個時鐘周期內執行更多工作。將改進的指令與微控制器時鐘周期每年增長更快的事實相結合,很容易理解兩種改進的結合如何導致指數級更強大的器件。
存儲器是另一個必不可少的微控制器組件這已經大大增加了。這種增長并不是物理尺寸,這是它們在電路板上所需的占地面積,而是密度。高密度存儲器是處理從CPU內核接收的越來越苛刻的指令集而不會成為瓶頸的必要條件。
如今,復雜的外設設計用于處理特定工作負載,其效率高于CPU內核,從而將其釋放到處理其他職責。將這些任務卸載到外設上可以提高CPU內核的整體性能,并相應降低功耗,因為它不需要那么努力。
工程師‘需求來自汽車動力傳動系設計師的問題在選擇微控制器時比比皆是。哪些組件對這個要求極高的應用程序最重要?有足夠的片上內存嗎?它是否具有正確的外圍設備組合? CPU內核能提供足夠的處理能力嗎?最終,某個特定的微控制器可以完成它所要求的工作嗎?失敗不是汽車行業的一個選擇,因為太多利害關系。
回答這些問題的最佳方法就是將目標應用程序移植到所考慮的每個微控制器中,看看每個處理器的處理能力如何工作量。但這說起來容易做起來難,設計師有能力進行這樣的測試是不尋常的。相反,該行業必須依賴于各種平臺常見的基準測試流程。理想情況下,專為汽車動力總成應用設計的基準測試應該能夠最好地表示特定設備在該環境中的表現。
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