首亮相！意法半導體多合一動力域控制器“拆招”電氣集成

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?文章來源：蓋世汽車?作者：余有言

汽車電氣化與智能化的演進，直接顛覆了傳統的分布式架構，以往“各自為政”的電子控制單元（ECU）被集成至一處，換句話說，整車的電子電氣架構（EEA，Electrical/Electronic Architecture），正以極快的速度朝集成化程度更高的架構發(fā)展。

而在這一變革下，越來越多的半導體廠商正不遺余力參與其中。意法半導體（ST）便是其中一家。

ST推Stellar系列MCU，滿足汽車各應用需求 早期的分布式架構中，每個ECU通常只負責控制一個單一的功能單元，彼此獨立，物理地排布在執(zhí)行器附近，分別控制著發(fā)動機、剎車、車門等部件，而隨著車輛功能的不斷發(fā)展，ECU數量攀升，從曾經的幾十個快速增加到100多個，這對線束、結構、庫存和系統復雜性等多方面提出了更高要求和挑戰(zhàn)。

在剛過去不久的2023年慕尼黑上海電子展上，意法半導體新能源汽車技術創(chuàng)新中心系統市場經理胡力元面對記者采訪時也談到，“（目前）電子電氣架構非常多，但是（傳統架構）執(zhí)行效率會非常低，不僅硬件、結構這些成本會很高，軟件的執(zhí)行效率、系統的執(zhí)行效率都很低。集中化可以帶來這些優(yōu)勢?！?/span>

▲ST新能源汽車技術創(chuàng)新中心系統市場經理胡力元

意法半導體也曾指出，軟件定義的電動車，單車半導體器件價值量約在1500~2000美元，是傳統汽車單車價值量的3~4倍。而整個汽車電子以主控芯片（MCU/SoC）、功率芯片（IGBT和SiC）、圖像傳感器芯片（CIS）和負責邏輯控制與電力配送的智能功率集成電路等組成，其中，MCU作為運動控制的核心芯片，應用范圍極為廣泛，是汽車電子不可或缺的核心元器件。新能源汽車滲透率的不斷提高，也讓全球車規(guī)級MCU迎來巨大的增量需求。

一邊要解決傳統架構帶來的問題，另一邊則要匹配汽車電動化、智能化日益增長的性能要求，如何將具備高性能和強大算力的MCU和SoC等核心器件更高效地集成到一個域控制器中，也成為半導體廠商當前考量的關鍵。

為積極應對新的電子電氣架構的演變，位居全球前列數字平臺廠商的意法半導體，目前已經推出了豐富的車規(guī)級MCU產品組合，以及完整的生態(tài)系統，滿足汽車應用的各層面需求。

根據胡力元介紹，ST已推出的全新一代基于Arm架構的高性能MCU產品——Stellar系列，包括Stellar E、Stellar G和Stellar P三大類別。

其中，Stellar G和P系列一樣，是適用于動力總成域控制器和區(qū)域控制器等集成式應用。不過，相對而言，P系列要更為高端。

Stellar E則適用于單體電氣化應用，如車載充電器和DC/DC轉換器（OBC-DC/DC）、電池管理系統（BMS）、主驅逆變器、底盤和安全系統（ESC、 One-box、Suspension）。

為了滿足客戶多樣化定制需求，ST新能源汽車技術創(chuàng)新中心（ST NEV Competence Center）還圍繞Stellar系列構建了多種系統解決方案。其中包括基于Stellar E的22kW OBC-DC/DC二合一解決方案，基于Stellar G的區(qū)域控制器單元（ZCU），以及在本次展會上首次亮相的基于Stellar P的多合一動力總成域控制器。

▲ST多合一動力域控制器

ST多合一動力域控制器解決方案首亮相 事實上，作為全球汽車應用的主要半導體供應商之一，意法半導體此次所推出的這款多合一動力域控制器解決方案，也是其對現階段傳統的機械集成動力域架構向多合一的電氣集成轉變的一種應對。

“我們當前發(fā)布的多合一域控制器方案是集成了三電幾個核心零部件功能，包括主驅逆變器、車輛控制單元（VCU）、電池管理單元主板（BMU）、車載充電器（OBC）和DC/DC轉換器的集成。客戶在具體做產品的時候，可以根據我們的方案進行一些裁剪或者拓展?！焙υ硎?。

具體來看，該多合一動力總成域控制器基于ST最新一代Stellar P系列汽車MCU，可滿足新能源汽車動力域對MCU的性能要求。

Stellar P6基于Arm架構支持多達6個Cortex-R52+內核在400MHz的最大頻率下同時工作，可提供超過10K DMIPS算力，極大滿足算力需求。其中4個核是帶lock step，2個獨立核也可以配置成1個lock step核。而Arm Cortex - R52+的內核具備實時性，可以用作快速環(huán)路控制，并支持Hypervisor，可以實現虛擬化和軟件隔離。

同時，P6內置15MB code flash，支持OTA功能，這意味著其能夠以真實和完全的存儲器大?。∣TAx2）有效地管理OTA功能，即在OTA模式下實現flash翻倍。并且得益于PCM（相變存儲器）工藝，在不擦除Flash的情況下可以直接刷寫，不會限制影響產品的性能。

胡力元也進一步補充，“我們這個多合一，除了高性能的MCU Stellar系列，還有一系列新一代極具競爭力的產品去全方位滿足不同客戶的多合一動力域控制器需求。”

他舉例表示，比如有為MCU供電的SBC SPSBxxx系列；智能開關VIPower M07/M09產品系列；下一代BMS產品矩陣，L9965系列（包括高精度16/18通道的AFE/雙路的通信轉換芯片/電流檢測芯片/Pyro-fuse driver）；在OBC-DC/DC和inverter上的高性能柵極隔離驅動器，以及第三代SiC功率產品。

值得一提的是，近年來，多合一技術逐漸成為一個熱門話題，越來越多企業(yè)都在進行相關產品布局。

然而對比市面上大部分量產的多合一，胡力元直言，目前多數產品仍屬于物理集成，雖然是一個大盒子，但其實還是一塊一塊的功能塊板子放到一起。ST的這個方案已經做到了電氣系統集成，不僅體積尺寸可以進一步縮小，集成度更高，系統的BOM可以進一步優(yōu)化。

“用一顆Stellar P系列MCU取代多個ECUs中各自的MCU，實現了算力中心化，用戶只需要用一套軟件工具鏈就可以對產品進行開發(fā)維護?！彼麖娬{。

▲ST參展現場

不過，站在整個行業(yè)發(fā)展的角度，當前多合一域控制器開發(fā)仍存在一些難點，從設計到量產，整個產業(yè)化過程中間存在很多問題需要解決。

胡力元也坦言，過去那么多獨立的ECU集成為單個ECU，且各種功能由一個MCU實現，對開發(fā)者的研發(fā)能力和資源帶來了巨大挑戰(zhàn)。這需要對這些ECU各自的特性非常了解，才能很好的將這些性能融合到一個控制器中，而且保證集成后的產品性能跟單體ECU的一致。

ST新能源汽車技術創(chuàng)新中心服務本土，ST強調“More than Silicon” 無論是站在當前還是未來，可以預判的是，整車集成化的大趨勢不可逆轉，不過，到底怎樣的方向才是未來的終點？

對此，胡力元表示，“汽車智能化在不停的發(fā)展，現在有幾個預研方向在看。因為每個客戶的電子電氣架構的構型不同，所以集成化的部件也會有差異?！?/span>

以動力域為例，他認為目前動力域的集成沒有固定的趨勢，“我們有看到7in1，8in1，大而全的方案，我們目前正在做，同時還有動力系統三合一，電池系統加DCDC、OBC做成電源多合一，也有VCU集成到車身域?！?/span>

盡管終點方向不定，但是為配合這種差異，意法半導體致力于推出能滿足大部分客戶不同構型的需求，同時也具備裁剪和拓展特性的相關產品。

為推動ST的技術更好覆蓋本地市場，并提供更好的客戶支持服務，ST中國早在2019年便在上海成立了新能源汽車技術創(chuàng)新中心（NEV Competence Center）。目前，當地團隊擁有眾多具備資深經驗的技術專家，應用、市場工程師等，全方位提供客戶支持服務。

▲ST多款產品與解決方案

據介紹，ST新能源汽車技術創(chuàng)新中心從芯片級到系統級都有與之對應的資深技術專家提供全方位支持，目的便是縮短客戶的開發(fā)時間。在多合一域控制器上，ST新能源汽車創(chuàng)新中心可以提供一整套技術支持資源包：如硬件原理圖，系統架構，參考設計，底層驅動等；功能安全方面：芯片的功能安全相關文檔，也可以提供系統級的參考文檔如HARA分析，Safety goal、FSR、TSR、FTA等。

顯見，基于在汽車市場的長期積累，傳統芯片廠商意法半導體正以車規(guī)級MCU芯片為“王牌”，同時又強調“More than Silicon（不止于芯片）”，在軟件定義汽車時代，進一步為汽車行業(yè)OEM和Tier 1廠商提供全方位服務與支持。

“結合強有力的支持團隊及資源協同，ST有信心和能力在面對未來發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)中保持領先地位。”胡力元表示。

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