福特(Ford Motor)在1983年首次于Escort車(chē)系導(dǎo)入16位元英特爾(Intel)微控制器(MCU)為基礎(chǔ)的引擎噴射系統(tǒng),，而汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今,，市面上許多高階汽車(chē)已搭載超過(guò)100個(gè)微處理器，而當(dāng)初的Escort僅搭載1個(gè)微處理器,。
據(jù)Semiconductor Engineering網(wǎng)站報(bào)導(dǎo),，汽車(chē)內(nèi)部系統(tǒng)控制所用的電子控制單元(ECU)設(shè)計(jì)，這些規(guī)范都隨時(shí)間不斷演進(jìn),。福特汽車(chē)旗下創(chuàng)新部門(mén)全球執(zhí)行長(zhǎng)Jim Buczkowski表示,，汽車(chē)的基本系統(tǒng)歷史悠久，并隨著時(shí)間全面電子化且整合,，像是窗戶(hù)從手搖式,、電動(dòng)式、演變到今日的智能型窗戶(hù),。
最早的汽車(chē)電子系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)作,，燈光,、門(mén)鎖、傳動(dòng),、防鎖死煞車(chē)等功能的控制器系統(tǒng)均不同，而現(xiàn)在廠(chǎng)商則漸漸把這些孤立的系統(tǒng)整合起來(lái),。整合的第一階段是達(dá)到資訊分享,，像是感測(cè)汽車(chē)行駛速度而自動(dòng)鎖上的門(mén)鎖，得將傳動(dòng)控制系統(tǒng)與傳輸變化等系統(tǒng)連接成一網(wǎng)路,，相互溝通,、分享不同電子控制模組系統(tǒng)之間的訊號(hào)。
汽車(chē)廠(chǎng)商早已跳脫獨(dú)立控制系統(tǒng),，導(dǎo)入控制器區(qū)域網(wǎng)路(Controller Area Network,；CAN)，未來(lái)也可望搭載乙太網(wǎng)路等高速通訊網(wǎng)路,，用以傳輸龐大資料與訊號(hào),，整合更多微控制器功能在同一個(gè)單位當(dāng)中，同步處理許多不同作業(yè),，不但降低成本也改善效能,。
傳統(tǒng)ECU主要以MCU作為基礎(chǔ)，相較之下,，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)等新型系統(tǒng)需要不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì),，因?yàn)槠湫苄枨笸耆诓煌瑢哟巍４送?，ECU擁有更強(qiáng)大的核心,，而MCU無(wú)法繼續(xù)支持這些系統(tǒng)運(yùn)行，尤其是相機(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng),。
而半導(dǎo)體公司正針對(duì)這類(lèi)ECU做系統(tǒng)單芯片(SoC)設(shè)計(jì),，因而擁有許多SoC的IP，必須透過(guò)28納米等進(jìn)階制程技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)這些SoC,。
SoC為基礎(chǔ)的ECU設(shè)計(jì)與MCU為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)大不同,，因?yàn)镸CU是現(xiàn)成、標(biāo)準(zhǔn)型裝置,，因此有各式各樣的工具供選用,。然而，SoC并非標(biāo)準(zhǔn)裝置,，因此得先選用適當(dāng)?shù)腎P來(lái)打造SoC,，而對(duì)于OEM而言，工具環(huán)境則較無(wú)受限,。
一臺(tái)汽車(chē)內(nèi)一般有50個(gè)以上的ECU,，而ECU里面又有多重PCB與多重MCU,、電源、類(lèi)比等半裝置,。Arteris執(zhí)行長(zhǎng)認(rèn)為ECU可多達(dá)145個(gè),，而多半是MCU。每個(gè)主要的子系統(tǒng)都擁有1個(gè)SoC,，而多數(shù)功能由MCU執(zhí)行,。目前改變趨勢(shì)在于，汽車(chē)現(xiàn)在由更大的,、專(zhuān)門(mén)的子系統(tǒng)組成,，而即時(shí)更新的最好方式就是透過(guò)SoC。
電動(dòng)汽車(chē)大廠(chǎng)Tesla并沒(méi)有強(qiáng)迫所有廠(chǎng)商一同電子化,，但Tesla的策略迫使汽車(chē)廠(chǎng)商重新思考汽車(chē)組成的方式,。汽車(chē)的電子架構(gòu)得重新設(shè)計(jì)，才能即時(shí)更新,，安全芯片得部署于整個(gè)汽車(chē)系統(tǒng)內(nèi),，而軟體也得重新構(gòu)思。
除了一般條件限制,、操作模式,、政府規(guī)范等挑戰(zhàn)之外，目前ECU設(shè)計(jì)的最大挑戰(zhàn)之一,，是在成本與電力,、溫度條件限制之下，讓高效能處理器達(dá)到安全功能標(biāo)準(zhǔn),。此外,，現(xiàn)代汽車(chē)由至少1億個(gè)原始碼組成，而這些程式原始碼由不同公司與團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì),，且得符合高需求標(biāo)準(zhǔn)與安全系統(tǒng),，軟體復(fù)雜度也成為一大挑戰(zhàn)。
然而,，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)很大一部分由汽車(chē)廠(chǎng)商主導(dǎo),，而一級(jí)(Tier 1)與二級(jí)(Tier 2)供應(yīng)商往往對(duì)汽車(chē)廠(chǎng)商的要求有求必應(yīng)。近年ECU設(shè)計(jì)很大變化之一是汽車(chē)開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)(AUTOSAR) 系統(tǒng)建構(gòu),，替汽車(chē)廠(chǎng)商定義標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方式,，讓廠(chǎng)商可以針對(duì)ECU軟體定義立下標(biāo)準(zhǔn)、溝通方式,、資料類(lèi)型與訊息等等,。
AUTOSAR也讓汽車(chē)廠(chǎng)商與供應(yīng)商有更多的訊息交換，將獨(dú)立ECU樣本以數(shù)位格式傳送給一級(jí)供應(yīng)商作為數(shù)位規(guī)格標(biāo)準(zhǔn),。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)與一般消費(fèi)性市場(chǎng)不同,，得注意許多安全需求與政府規(guī)范,，因此，從傳統(tǒng)引擎轉(zhuǎn)型至電子系統(tǒng)的過(guò)程也較為繁瑣,。
益華電腦(Cadence)的歐洲,、中東、及非洲地區(qū)汽車(chē)行銷(xiāo)執(zhí)行長(zhǎng)Robert Schweiger指出,，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的安全需求與政府規(guī)范影響面甚大,，連帶間接影響到益華電腦這類(lèi)電子公司及其IP產(chǎn)品。
汽車(chē)產(chǎn)業(yè)目前注重減少碳排放,，低功耗技術(shù)變得相當(dāng)重要，而這不僅影響電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展,，也針對(duì)傳統(tǒng)汽油車(chē)發(fā)展,。因?yàn)橐妗㈦娫淳€(xiàn)等設(shè)計(jì)都會(huì)影響汽車(chē)的總重量,，進(jìn)而影響整體碳排放,，此外，廠(chǎng)商設(shè)計(jì)ADAS車(chē)載安全系統(tǒng)時(shí),，也得遵照政府的安全規(guī)范,。
益華系統(tǒng)驗(yàn)證小組(Systems Verification Group)汽車(chē)安全部門(mén)產(chǎn)品管理執(zhí)行長(zhǎng)Adam Sherer則指出，在開(kāi)發(fā)汽車(chē)系統(tǒng)時(shí),，往往比照醫(yī)療,、軍用、航空等產(chǎn)業(yè)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn),，不但要執(zhí)行功能性驗(yàn)證,，也得進(jìn)行安全性驗(yàn)證，這也使汽車(chē)產(chǎn)業(yè)與一般消費(fèi)性市場(chǎng)作出區(qū)隔,。
現(xiàn)在,，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)得想出要如何提供驗(yàn)證所需的大量資料，而這意味著從OEM,、一級(jí)供應(yīng)商,、IP等環(huán)節(jié)都得符合驗(yàn)證需求，達(dá)到以ISO 9000為基礎(chǔ),、可重復(fù),、可追蹤的流程，且利用汽車(chē)安全整合等級(jí)(ASIL)作為品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)鑒,。
而汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在過(guò)去一個(gè)世紀(jì)以來(lái),，整體朝向安全性、穩(wěn)定性提升的趨勢(shì)發(fā)展,。過(guò)去10年間,，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)也增加“效能”與“連接性”(connectivity)二種趨勢(shì),，其中效能包括油耗效能與碳排放效能，而連接性指的是車(chē)載資訊娛樂(lè)系統(tǒng)為主的連接系統(tǒng),，改善人們的駕駛體驗(yàn),。
Ansys-Apache應(yīng)用工程執(zhí)行長(zhǎng)認(rèn)為，多數(shù)現(xiàn)代汽車(chē)由四大電子子系統(tǒng)組成：分別是引擎與動(dòng)力傳動(dòng)控制單位,、安全控制子系統(tǒng),、進(jìn)階駕駛輔助子系統(tǒng)，以及車(chē)載資訊娛樂(lè)子系統(tǒng),。而這四大電子子系統(tǒng)會(huì)控制車(chē)體操作與安全性能,，或?qū)⒂绊戱{駛與用戶(hù)體驗(yàn)。
近年來(lái)電子元件設(shè)計(jì),、積體電路效能,、系統(tǒng)整合等層面提升，也改善汽車(chē)整體安全性,、穩(wěn)定性,、效率、以及連接性,。不過(guò),，在汽車(chē)運(yùn)作環(huán)境當(dāng)中，電子與安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)得有足夠穩(wěn)定性與抗干擾性,，承受攝氏-50~200度的溫差變化與高溫條件,、電磁干擾等苛刻條件。
汽車(chē)電子元件的溫度穩(wěn)定性,、電子遷移現(xiàn)象(electmigration) ,、溫度感知疲乏(thermal aware fatigue)等狀態(tài)得先經(jīng)過(guò)模擬測(cè)試驗(yàn)證，而半導(dǎo)體IC也得經(jīng)過(guò)溫度模擬測(cè)試,，確認(rèn)穩(wěn)定性與壽命影響,。
這些IC得承受不同程度的電磁干擾，例如感應(yīng)放電式(inductive discharge)點(diǎn)火系統(tǒng),、電源線(xiàn)放電等高能量干擾,，以及天線(xiàn)輻射等低能量干擾。而IC本身設(shè)計(jì)也得將自身運(yùn)行中產(chǎn)生的干擾,，降至最小量,。汽車(chē)所有重要元件都應(yīng)通過(guò)抗電磁標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，像是ISO1152,、ISO7673等等,。
最后，ECU的更新作業(yè)也是很重大的改變。在過(guò)去,，汽車(chē)電子系統(tǒng)無(wú)須不斷更新,，而現(xiàn)在汽車(chē)廠(chǎng)商為跟上消費(fèi)性電子發(fā)展，汽車(chē)廠(chǎng)商得導(dǎo)入手動(dòng)或連網(wǎng)軟體更新功能,，一有新標(biāo)準(zhǔn)或新應(yīng)用就能更新ECU,，包括車(chē)載資訊娛樂(lè)系統(tǒng)(infotainment)或儀表板(Instrument Cluster)等等。