汽车区域控制器（ZCU）芯片，彻底火了

　　自从从特斯拉Model 3率先实现“计算+区域控制”(HPC+ZCU)框架，汽车EEA(电子电子气架构)集中化成了大趋势，正在从Domian(域控架构)向Zonal(区域架构)发展，ZCU(Zone Control Unit，区域控制器)也因此被带火了。

　　ZCU到底有多火?高工智能汽车研究院数据显示，2025年1~5月中国市场(不含进出口)乘用车前装标配物理ZCU(HPC+ZCU架构)车型交付量达到77.33万辆，同比增长96.53%。另据欧冶半导体预计，2030年Zonal架构的渗透率将达30%以上。

　　简单来说，ZCU是按照物理位置整合汽车上ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)，减少ECU使用量。传统分布式EEA中，汽车拥有上百个ECU，并通过CAN/LIN连接，很明显这种结构非常复杂，软件升级也很困难。为推进汽车智能化升级，车企开始采用“计算+区域控制” 架构，大脑集中处理高算力任务，区域控制器负责传感器、执行器的就近接入与本地控制。

　　目前，国产汽车均已开始全方面搭载新一代“计算+区域控制架构”，比如小米YU7、乐道L90、零跑C10/C16/C11、吉利银河A7、小鹏G9等。在国产汽车转型过程中，国产芯片厂商也在不断加码，布局国产ZCU的主控MCU。

　　看懂ZCU

　　ZCU在区域架构中处在哪个层级?在区域式架构的顶层，是计算单元(HPC)，实现整车控制、智能座舱，以及ADAS自动驾驶等功能;中间层是区域控制器(ZCU)，起到承上启下的作用，是计算单元和边缘ECU节点之间的桥梁;ZCU的下一层，有非常多的传感器执行器节点，它们通过区域控制器就近连接。比如NXP给出的示例图：

　　ZCU具体集成化了ECU的哪些功能?过去，域控架构(Domain)一般是按照功能去聚合功能，而现在区域架构(Zonal)则是按照“物理区域”来聚合功能。因此，ZCU主要功能包括聚合车辆特定“物理区域”的相关功能且单独于具体功能域，整合各类信号与通信协议以控制多种负载，并通过次级配电管理成为能量管理的主要环节，同时可与其他区域控制器或直接与计算单元(HPC)实现通信。

　　区域控制器(ZCU)典型功能ZCU的主要价值体现在五大维度：

　　一位，优化架构，降低成本：将分散的ECU功能集成至少数区域控制器，大幅减少整车线束(如特斯拉Model 3线束1.5公里，较传统车型减少80%)，降低物料与装配成本;同时减少线束和ECU数量，实现车身轻量化(助力电动车提升续航)并释放车内空间，提升设计灵活性;

　　第二，模块化设计，支持扩展复用：采用模块化架构，可跨车型平台复用，缩短研发周期与成本;统一接口支持传感器、执行器即插即用，便于后续新增自动驾驶传感器、5G模块等功能。

　　第三，赋能智能化与OTA升级：作为软件定义汽车的基础，其集中式数据处理能力可支撑自动驾驶决策等复杂算法，区域式架构同时带来软件架构的变化，也就是现在常被提及的SOA，把应用层逻辑与底层硬件部分解耦。此外，还能通过统一入口实现OTA升级，同时集中采集车辆数据，为智能诊断、预测性维护和用户行为分析提供支撑。

　　第四，提升可靠性与功能安全：作为本地数据枢纽，缩短与传感器、执行器的通信距离，提升刹车等系统的响应实时性;支持电源、通信冗余设计(如以太网环网)，符合ISO 26262标准，降低单点故障风险。

　　第五，优化能源管理，提升能效：通过e-Fuse智能配电，可动态分配电能(如电动车低温下优先为电池加热)，相比传统配电，智能配电可以实现更精细化的控制，提升车辆的安全性和环保节能性能;支持休眠唤醒策略，降低静态功耗(如特斯拉“深睡模式”可将待机功耗控制在极低水平)。

　　目前ZCU市场同时存在三大变体，分别为混合域ZCU、车身ZCU、多域区ZCU，特点如下图所示：

　　因为架构的转换是需要时间的，所以目前市场汽车对于MCU、MPU的应用也呈现百花齐放的态势：

　　总得来说，不同ZCU对于CPU、NVM(非易失性存储)、实时性、Ethernet、CAN/LIN、ASIL-D、虚拟化的要求都有所不同。

　　但随着ZCU从早期的“通讯+供电”功能，向“服务化部署+边缘计算”演进，未来将承担部分AI推理任务，降低平台的通讯成本，这无疑对其内的MCU提出了更高的要求。

　　国外厂商，有什么方案

　　目前，国外的MCU占据了主流市场。那么，每个厂商在ZCU领域主推的产品都是什么?接下来汽车开发圈为你盘点。

　　NXP：S32K系列

　　对于ZCU的主控MCU，NXP主推S32K系列，主要包括S32K3和S32K5。尤其是S32K5是NXP新的高性能、灵活的汽车MCU系列，专为加速向区域SDV架构转型而设计，目前已预生产。

　　S32K5的“光环”很多，是全球一款“16nm FinFET+MRAM”的汽车MCU，只能用一句话总结这颗MCU——一颗更比两颗强。

　　单核、多核或锁步内核配置的Cortex-M7内核和Cortex R52内核，运行频率为200~800MHz，还有一个信号处理器(DSP)和NPU，保证了足够的计算能力和实时处理能力;集成足足41MB的MRAM，提供了足够的NVM空间，并且拥有比Flash更快的速度;集成以太网(2.5G/1G/100M/10 BaseT1S)交换机、CAN FD/XL、串行音频接口、QSPI，满足各种接口需求。

　　对于S32K5，NXP也给出了模块化区域控制器参考设计。除了S32K5以外，NXP也提供面向车载子网的4通道LIN主收发器TJA1124、支持MACsec且符合ASIL B安全等级的100BASE-T1汽车以太网PHY收发器TJA1104、支持MACsec且符合ASIL B的1000BASE-T1汽车以太网PHY收发器TJA1121、高性能以太网交换机和网络控制器S32J100、FlexRay节点收发器TJA1081B、具有待机模式的CAN信号质量提升(SIC)收发器TJA1462、22 I/O MSDI可编程电流模拟复用器MC33978。

　　值得一提的是，在MPU方面NXP的产品也是主流选择，比如NXP的S32G2和S32G3。尤其是2021年底NXP发布的S32G3于2023年2月量产，2023年4月首搭广汽昊铂Hyper GT落地。当然，ZCU采用MCU当作主控，还是选择MPU+MCU融合，要看车企的具体选择。

　　英飞凌：TC4x系列

　　英飞凌在ZCU方面主推新推出的TC4x系列，该系列目前已经量产。TC4x采用TriCore 1.8内核，以及可扩展的增强性能的加速器套件，内核全锁步高达500兆赫兹(MHz)。其中包括新的并行处理单元 (PPU)，这是一种 SIMD 矢量数字信号处理器 (DSP)，可满足各种人工智能拓扑结构的需求，包括实时控制和雷达后处理等各种用例。此外，英飞凌携手台积电将RRAM技术引入至AURIX TC4x汽车微控制器产品系列。

　　值得一提的是，新的AURIX TC4x 系列MCU支持5 Gbit以太网和PCIe等高速通信接口，以及CAN-XL和10BASE T1S以太网等新的通讯接口。网络吞吐量和连接性的提高为客户提供了实施新E/E架构所需的性能和灵活性。

　　值得一提的是，英飞凌在今年联合Flex发布了一款ZCU参考设计。该参考设计利用了英飞凌行业前沿的产品家族，包括：AURIX TC4x 微控制器(适用于高性能处理和安全关键应用)、PROFET电源开关(用于高效分配和管理)、MOTIX电机控制集成电路(实现精确可靠的电机控制)、OPTIREG电压调节器(用于稳健高效的电源供应)。

　　ST：Stellar G系列

　　ST展示的方案主要基于Stellar G微控制器。今年，ST推出内置xMemory的Stellar车规级微控制器，即PCM(相变存储器)。PCM是一种高密度的存储方式，可以在尽可能小的单位体积面积上实现大的信息量的存储，从而能够为客户带来更高的经济效益。

　　比如Stellar SR6 G7系列32位Cortex-R52+汽车集成MCU，配备6个Cortex-R52+内核，20.5 MB NVM(2x 19.5 MB“OTA X2”)，8.9 MB RAM，内置虚拟化、安全和加密功能。

　　具体来看ST的ZCU方案基于ST全方面的汽车级产品，包括Stellar G微控制器、SBC、高低边驱动、H桥、e-Fuse和保护器件。该ZCU方案集成了数字钥匙、前后数字化OLED灯、AVAS、门控、座椅调节、空调调节、迎宾效果、OTA等功能。用户中控平台可以通过车辆网络，发现和订阅ZCU提供的一系列基于DDS协议的服务，实现车辆的控制和调节。同时用户可以根据自己的喜好随时定义使用场景，实现高度个性化定制。

　　此外，通过在ZCU解决方案中引入DDS协议，以实现SOA。其优势包括：支持DDS协议，实现动态服务发现与订阅;基于AUTOSAR标准;支持Hypervisor硬件虚拟化;支持OTA(PCM技术，高效利用NVM);提供意法半导体产品的复杂驱动软件(如OLED驱动、e-Fuse、OTA等);实现更完整的区域控制器功能。

　　瑞萨：RH850 U2A/U2B

　　瑞萨的RH850/U2x高性能微控制器产品线支可以用于下一代区域/集成ECU。RH850/U2A MCU基28nm工艺技术，与片上系统 (SoC) 相比，可以提供成本敏感的单片MCU解决方案。

　　在软件解决方案方面，ETAS 的虚拟机管理程序 RTA-HVR 为瑞萨电子 RH850/U2x 硬件提供软件，以满足严格的汽车安全和安保要求。RTA-HVR 使用 Renesas RH850/U2x 系列的硬件虚拟化功能来创建多个VM。每个 VM 都有一个或多个虚拟CPU内核、一段内存空间和一组设备。此外，RTA-HVR 提供了一种称为“虚拟设备扩展”(VDE) 的机制，允许ECU集成商为特定区域ECU定制虚拟和物理外设之间的绑定。

　　在Zone-ECU虚拟化解决方案平台方面，ETAS和瑞萨电子已经实现了Zone-ECU虚拟化解决方案平台。该平台将瑞萨电子的 RH850/U2x 硬件功能与ETAS的RTA-HVR相结合，后者是一组虚拟机，每个虚拟机都使用ETAS的RTA-CAR AUTOSAR和PC托管的交互工具托管ECU映像。

　　国内厂商，不断加速

　　面对ZCU的趋势，国内厂商也在不断加速布局。

　　今年10月，芯驰宣布E3系列MCU旗舰产品E3650已正式进入规模化量产，完成 AEC-Q100 Grade 1可靠性认证，将面向客户接受量产订单。E3系列能够满足车企对区域控制器(ZCU)的多样化需求，实现了车身、底盘、动力等系统的高效集成与控制。

　　E3650采用600MHz主频的Arm R52+锁步多核，集成16MB存储与高于4MB的大容量SRAM，满足域控高算力、快响应需求。针对跨域融合的复杂性，E3650提供专为域控场景设计的虚拟化解决方案，高效实现业务隔离与代码集成;集成多器件及丰富GPIO，具有超过350个可用外设IO，大幅节省IO扩展芯片、有效降本;内置硬件通信加速引擎，降低延迟丢包和CPU负载。安全上，集成高性能信息安全模块模块，支持国密算法，满足ISO 21434等全球高标准，构筑防护。值得一提的是19x19mm紧凑尺寸，可有效助力控制器小型化。

　　芯驰的E3650比较关键的点在于方案配套高实时性、高安全性、低资源消耗的MCU虚拟化Hypervisor软件，高功能安全的定制化 PMIC，高效易用的IO扩展芯片，可实现单芯片扩展超过150个IO，极大地增强了系统的扩展性和设计便利性。

　　对于ZCU，芯驰认为目前的痛点在于随着线控底盘技术步入量产上车阶段，越来越多的主机厂需要在区域控制器中融合不同程度的线控底盘相关功能，带来芯片资源的新挑战。大部分传统MCU方案的算力、存储、外设等资源已经难以负担更多的功能集成，而行业里性能更强的新一代MCU方案普遍量产时间较晚，无法满足车型和平台的时间要求。

　　芯驰E3650则采用22nm车规工艺，远超市面上同级别竞品普遍采用使用的28nm。在这一基础上，E3650集成了主频高达600MHz的ARM Cortex-R52+高性能锁步多核集群，并配备了高达16MB的嵌入式非易失性存储器(NVM)，确保了在复杂的跨域融合场景下，即便是功能安全等级的控制任务，也能获得确定性的毫秒级响应。

　　今年电动百人会上，欧冶半导体车展预告了工布系列智能区域处理器，该系列专业为下一代智能区域处理器打造，以满足第三代E/E架构智能汽车高性能边缘计算、实时通信、智能供电等需求，采用分布式架构，内嵌大容量高可靠性NVM，全方面支持车载以太网，极低的以太交换时延及车载传统网络转发加速，内置高效机器学习加速引擎，拥有丰富的I/O。

　　对于ZCU，欧冶半导体分享过自己的想法，他们认为下一代Zonal架构需要的主要通信技术，主要有三大类：一是控制器之间、控制器到执行器之间通信的需求，二是算力拓展的通信需求，三是大通量的传感器的通信需求。Zonal控制器初始需求来源于车里面各个计算单元之间的计算资源不共享、难以拓展、难以升级、线束极其复杂、线束的重量极其重、线束的成本极其高、装配的效率极其低，这是传统一位代E/E架构上面临的典型问题。传统ZCU也存在数据吞吐量低、网络鲁棒性差等问题。车企面向+区域架构转型的过程中，必须解决Zonal控制器主要的计算需求，需要增强性的ZCU芯片解决方案。Zonal控制器主要价值总结为三个HUB：1. Data Hub，必须提供高性能边缘计算;2. I/O Hub，能够实现高效果的实时通信;3. Power Hub，实现智能供电。

　　紫光同芯在ZCU上也有布局，同时亮相今年的车展。本次展出的产品是新一代汽车域控MCU THA6 Gen2系列，该产品是国内一款采用Arm Cortex-R52+内核的ASIL D MCU，性能比肩国际头部大厂的先进产品，适配国内外主流工具链，展现出的实时处理能力和多核性能表现，深受行业伙伴青睐，已应用于量产项目，在本次展会上备受关注。此外，本届展会上，紫光同芯与ETAS达成战略合作。

　　辰至半导体也布局了ZCU。今年4月，该公司在广州正式宣布，其一款产品“C1系列”芯片已完成研发并成功点亮。该芯片作为域控芯片，覆盖“域CCU+区域ZCU”全车身域控架构，提供完整解决方案。

　　C1系列采用16nm制程工艺，配备8核CPU与8核MCU，并集成CAN、LIN、Ethernet等多种通信接口，同时搭载安全加密引擎及多个高性能处理器。据辰至半导体介绍，C1系列在参数与性能方面对标恩智浦S32G系列、英飞凌TC39系列以及瑞萨R-Car系列中的中主控芯片。

　　今年4月，广汽集团正式对外发布了12款车规级芯片。其中，与中兴微电子联合开发的C01芯片，也是国内一款自主设计的新一代16主要多域融合计算处理芯片。

　　模拟厂商也非常关注ZCU。纳芯微面向车身域控、热管理等关键应用，推出覆盖直流有刷/步进/无刷电机，以及继电器、电磁阀、螺线管等多类负载的产品组合，提供从小电流到大电流、从集成驱动到外置MOS智能预驱、从单通道到多通道的多方位解决方案。具体产品比如半桥集驱NSD8308/12、半桥预驱NSD3602/4/8、H桥驱动NSD731x、步进电机驱动NSD8381/9。

　　总结

　　ZCU正成为智能汽车电子电气架构变革的主要环节，其较大的两大意义在于eFuse和SOA(面向服务的架构)的应用，这一变革同时驱动着供应链格局的重构。

　　国际厂商NXP、Infineon、ST等凭借深厚积累不断提供完整的解决方案，而本土力量如芯驰科技、辰至半导体等也在针对单个器件快速崛起。可以说，ZCU不是技术升级的产物，更是推动整个汽车产业生态从传统协作向协同共生转型的关键力量，正在深刻重塑智能汽车的“神经网络”和产业格局。