淺談意法半導體下一代汽車微控制器

意法半導體(ST)深耕汽車市場已有30余年的歷史，我們的產品和解決方案覆蓋普通車輛的大多數應用系統(tǒng)。隨著市場的發(fā)展，意法半導體的產品也在不斷升級改進，其中的重要產品汽車微控制器(MCU)也不例外。

ST率先推出了嵌入式非易失性存儲器(eNVM)，并通過ST10引領市場，隨后推出了基于PowerPC架構的SPC5系列汽車微控制器，在汽車領域出貨量超過十億個MCU。來自STM8系列的高性價比汽車控制器補充了這一產品線。

ST的Stellar產品家族

Stellar產品家族是意法半導體目前最新一代基于Arm的汽車微控制器，是意法半導首個高低端產品全覆蓋的汽車MCU產品組合。這些先進的微控制器降低了開發(fā)復雜性，確保應用的安全性和可靠性，讓下一代車輛架構和功能具有更佳的性能和能效?？蛻艨梢允芤嬗诟痰拈_發(fā)時間，并專注于為他們的軟件定義汽車(SDV)帶來創(chuàng)新和差異化，以應對激烈的市場競爭。因此，Stellar產品在亞洲和歐洲客戶中的關注度不斷提升。

Stellar是業(yè)內在eFlash之后推出的首個嵌入式非易失性存儲器技術，是市場上目前最成熟、最小的汽車級存儲單元解決方案的代表。Stellar產品家族適合汽車電動化應用，包括X-in-1高集成度車輛電機控制計算機、新型車輛架構，以及用于ADAS、區(qū)域控制和車身集成等安全關鍵子系統(tǒng)的安全MCU。

它通過將多種功能安全地集成到單一設備中，并允許在車輛中持續(xù)集成新功能，全面支持汽車轉型。這一切離不開關鍵技術，包括正確選擇處理器核心技術、虛擬化、以太網支持以及嵌入在汽車MCU中的突破性內存技術。對于面臨應用存儲器大小挑戰(zhàn)的客戶來說，該技術是一個顛覆性的改變。

Stellar MCU搭載Arm Cortex-R52+處理器技術。這款高性能處理器支持實時虛擬化，適用于實時控制的安全系統(tǒng)，能夠在互不干擾的情況下同時運行多個應用。該微控制器具有完全可編程的輔助核心，可以加快執(zhí)行特定的功能，例如，路由、低功耗管理和數字濾波，同時減輕主核心的計算量。

“隨著駕駛體驗在AI和軟件定義汽車時代的不斷演變，提升汽車功能性安全、靈活性和實時性能至關重要，”Arm汽車業(yè)務線高級副總裁兼總經理Dipti Vachani表示，“基于Arm構建的Stellar微控制器系列利用Arm計算平臺的先進安全性和實時功能，以及廣泛的Arm軟件生態(tài)系統(tǒng)，讓汽車制造商能夠在遵守嚴格安全法規(guī)的同時，實現創(chuàng)新功能，在汽車領域保持領先地位?！?/p>

Stellar微控制器讓汽車廠商能夠在車輛上引入以太網功能，是意法半導體首個嵌入以太網交換機的MCU。以太網技術可以提高數據交換的能效和靈活性，支持千兆吞吐量需求，并提供更高水平的安全性。通過支持各種車載通信拓撲結構，例如，以太網環(huán)，這款汽車微控制器實現了將整車布線電纜長度和制造成本降低一半的承諾。

相變存儲器將重新定義車輛軟件的可能性

Stellar微控制器利用嵌入式相變存儲器(PCM)技術及其靈活性，徹底改變了軟件更新無線下載(OTA)體驗。在汽車行業(yè)中，OTA對于在不拆卸硬件的情況下添加新功能和安全補丁至關重要。然而，這種靈活性通常需要仔細考慮未來的存儲容量需求，因為無線更新可能導致成本增加和產品規(guī)劃復雜化。

意法半導體創(chuàng)新的PCM不是普通的存儲器。它不僅是業(yè)內目前最小的汽車MCU存儲單元，還是汽車領域首個開創(chuàng)性的技術突破，重新定義了車輛軟件可以實現哪些功能。意法半導體的PCM創(chuàng)新技術將存儲器處理數據的能力提高了一個檔次，這不僅關乎存儲器的讀寫性能，它更是一種具有前瞻性的解決方案，為汽車領域帶來了適應能力和持久價值，讓終端開發(fā)者能夠不斷改進和升級汽車功能。

隨著車輛越來越具有軟件定義功能，引入新功能和改進功能的能力變得至關重要。PCM的突破性技術支持向更具適應性、面向未來的汽車轉型，隨著汽車功能不斷改進，PCM為汽車廠商帶來新的方式來優(yōu)化體驗。

此外，PCM還提供了不間斷OTA更新的支持能力。PCM可以安全存儲軟件更新，不會影響車輛當前操作。得益于并行讀寫能力，新軟件的下載不會干擾當前在MCU上運行的應用代碼，從而確保更新過程繼續(xù)使用汽車。

Stellar P系列用于集成多種功能，而Stellar G系列則用于實現軟件定義汽車(SDV)的區(qū)域控制器，這兩個系列都利用了意法半導體內部開發(fā)的eNVM存儲器和28nm FD-SOI技術，可以在較低的功耗時實現更高的頻率，具有更強的耐輻射性。Stellar是首個獲得功能安全認證的28nm產品，將在年底前投入生產。

Stellar產品家族還支持日益增強的X-in-1高集成度趨勢，推進汽車從油車到電動車的決定性轉變，促進更經濟實惠的電動汽車發(fā)展。X-in-1動力總成解決方案將多個組件集成到一個單一ECU中，使制造商能夠創(chuàng)造高能效、緊湊、高性價比的汽車。

Stellar提供可擴展的X-in-1高集成度解決方案，從低集成到高集成度ECU，該微控制器可以集成越來越多的ECU。該解決方案通過提供強化的核心、模擬組件和I/O端口，支持日益復雜的X-in-1系統(tǒng)開發(fā)。

欣旺達創(chuàng)始人王明旺表示：“作為全球鋰離子電池的龍頭企業(yè)，欣旺達為全球汽車供應商提供穩(wěn)定可靠的汽車電子系統(tǒng)解決方案。我們與意法半導體的新合作專注于利用ST的先進Stellar微控制器和專有生產工藝開發(fā)解決方案，主要包括電池管理系統(tǒng)以及VDC/區(qū)域和車身控制功能。我們共同的目標是提供智能解決方案，改進中國及全球的下一代新能源汽車?！?/p>

Stellar MCU的基礎組件：

1. Arm Cortex-R52+技術：能夠在互不干擾的情況下同時實時運行多個應用程序。 2. FD-SOI技術：在較低的功耗下實現更高的頻率，并增強抗輻射性。 3. 新的，強大的無線下載方法和真正的EEPROM功能。

4. 一系列與以太網相關的知識產權(MAC、MACSec、交換機)，能夠支持高容量數據傳輸，可實現不同的車載通信拓撲，降低車輛制造成本。

5. 完全可編程的輔助核心：加速特定功能，例如，路由、低功耗管理和數字濾波，同時減輕主核心的運算量。

STM32微控制器將進入汽車市場

作為汽車微控制器(MCU)戰(zhàn)略部署擴大版的一部分，意法半導體將把通用STM32微控制器平臺引入汽車行業(yè)。STM32平臺因成本優(yōu)勢、簡便性和可靠性而廣受認可。在增加汽車級質量和安全性后，STM32A將達到ASIL B標準。從非常簡單的功能到更復雜的單一任務，該平臺可以處理各種邊緣執(zhí)行器應用，而且成本實現了優(yōu)化，特別適合車輛系統(tǒng)中的電機控制應用，包括車窗、后視鏡和天窗等。

工業(yè)與汽車最佳結合：邁向融合的未來

隨著時間的推移，工業(yè)軟硬件平臺和汽車軟硬件平臺的融合將結合兩者的優(yōu)勢。汽車行業(yè)帶來了強大的安全專業(yè)知識，而工業(yè)領域則建立在強大的物聯(lián)網和人工智能解決方案之上。未來融合將共享硬件技術、核心以及一個共同的工具和軟件支持生態(tài)系統(tǒng)。這種融合將使客戶能夠在解決方案之間無縫過渡，提供簡化和完全的可擴展性，從而更快地進行創(chuàng)新。

邊緣AI技術是我們看到的一個現有工業(yè)技術應用到未來汽車行業(yè)的例子。神經加速器開發(fā)工具讓開發(fā)人員能夠在其應用中輕松實現AI，不受他們的數據學專業(yè)知識水平的限制，將來，神經加速器技術及其相關工具將改進汽車系統(tǒng)。安全性是我們看到的另一個工業(yè)與汽車技術融合帶來顯著好處的應用領域。在過去約10年中，意法半導體投資開發(fā)微控制器、智能傳感器和AI軟件工具，以滿足客戶的需求并利用好邊緣AI的優(yōu)勢。

在汽車行業(yè)，盡管人工智能應用，除自動駕駛外，仍處于起步階段，但是，有望優(yōu)化系統(tǒng)、提升能源效率和解決問題的應用正成為新興趨勢。例如，虛擬傳感器可以測量轉子溫度，預測性維護可以確保車輛的可靠性。隨著車輛中傳感器數量的顯著增加，把如此多的傳感器虛擬化，進一步提升汽車性能，AI將在其中發(fā)揮關鍵作用。安全性是我們看到另一個工業(yè)與汽車融合帶來顯著好處的領域。

未來汽車微控制器將基于目前最先進和高能效的18nm工藝技術。ST的先進的汽車MCU技術組合涵蓋從40nm到28nm再到18nm的技術，旨在優(yōu)化產品性能和成本。

IDM模式為客戶帶來的好處

作為一家半導體垂直整合制造商(IDM)，意法半導體開發(fā)半導體基礎工藝技術和核心知識產權(IP)，然后利用這些半導體技術和知識產權設計芯片，并在自營工廠內或委托合作伙伴制造、測試和封裝芯片。這種IDM模式為客戶帶來了多項優(yōu)勢：

為滿足客戶在各個市場中的應用需求而設計和優(yōu)化的流程。

ST自主開發(fā)的針對特定功能和系統(tǒng)優(yōu)化的IP模塊。

ST的工藝、產品和運營團隊能夠緊密合作，優(yōu)化制造工藝，改進關鍵性能和良率。

產能的控制能力，建立靈活、可靠的供應鏈。

這個模式對汽車客戶尤其重要。

在Stellar微控制器上整合FD-SOI與相變存儲器(PCM)技術，是證明垂直整合模式給客戶帶來的好處的一個范例。意法半導體是這兩項技術的關鍵開發(fā)者之一，與合作伙伴一起將其推向市場。意法半導體掌握這兩項技術，并根據汽車應用需求優(yōu)化技術，這一技術實力和定制能力造就了具有獨特優(yōu)勢的產品。意法半導體的PCM技術創(chuàng)造了業(yè)內目前最小的物理存儲單元，存儲密度是其他產品的兩倍。

得益于這種存儲技術的高能效、高可靠性和抗輻射性，采用FD-SOI和嵌入式PCM設計的集成電路能夠滿足汽車應用目前最嚴格的要求。意法半導體的PCM技術滿足AEC-Q100零級汽車標準要求，工作溫度高達+165°C。該專利技術支持高溫數據保存，包括在焊接回流過程中保存數據，因此，固件可以在焊接前下載到芯片。

生態(tài)系統(tǒng)在轉型中發(fā)揮關鍵作用

這一市場先進的技術配有一個巨大的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)，從開發(fā)工具到具體的安全、保障和數據交換傳輸軟件庫，進一步增強了我們的產品組合的實力。這也將簡化設計，幫助客戶向軟件定義汽車的轉型。

Green Hills Software創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行Dan O’Dowd表示：“意法半導體與Green Hills Software緊密合作，為汽車原始設備制造商(OEM)和一級供應商(T1)提供創(chuàng)新的軟硬件一體化解決方案，以應對在開發(fā)下一代車輛區(qū)域架構中面臨的越來越多的挑戰(zhàn)。Green Hills的實時操作系統(tǒng)(RTOS)經過生產驗證和安全認證，該系統(tǒng)和開發(fā)工具配合Stellar SR6獨有的通信IP，可以提供先進的有容錯功能的區(qū)域網絡，能夠顯著降低每輛車的成本，同時縮短上市時間?！?/p>

Vector嵌入式軟件和系統(tǒng)產品線總監(jiān)Jochen Rein表示：“我們的MICROSAR Classic嵌入式軟件為客戶提供安全可靠的基本的 ECU(電子控制單元)軟件。得益于與意法半導體多年的緊密合作，新推出的Stellar MCU已經支持我們的軟件。通過將Stellar的先進硬件與Vector的強大軟件集成，客戶能夠獲得目前最高水平的安全性和可靠性，既適用于ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))應用，也能成功處理向軟件定義汽車的轉型?！?/p>

普華基礎軟件副總裁Luo Tong表示：“普華基礎軟件是中國先進的汽車操作系統(tǒng)開發(fā)商，也是AUTOSAR在中國基礎軟件領域的優(yōu)質合作伙伴。自2016年與意法半導體合作以來，普華基礎軟件已成為意法半導體在中國的MCAL代理。這個代理服務包括多個微控制器，例如，SPC58/SPC56/STM8A，雙方還將圍繞新推出的Stellar產品家族進行更深入的戰(zhàn)略合作，未來，Stellar將支持EasyXMen開源操作系統(tǒng)?！?/p>

東軟睿馳NeuSAR CP產品中心主任王繼鵬表示：“東軟睿馳的軟件平臺NeuSAR率先在國內量產 ‘AUTOSAR+中間件’全棧軟件，廣泛應用于下一代ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))、底盤、電源和車身控制系統(tǒng)。東軟睿馳提供基于SPC5和Stellar E系列汽車微控制器的整體解決方案，包括應用程序/基本軟件、引導加載程序、刷新和仿真，未來將支持新一代Stellar P和G系列。雙方將共同努力，創(chuàng)造更高水平的汽車級軟硬件整體解決方案，幫助原始設備制造商(OEM)和一級供應商(Tier 1)提供高能效、個性化和差異化的功能，加速軟件定義汽車(SDV)的創(chuàng)新?！?/p>

結束語

通過在不同的產品維度之間構建共同的基礎，專注打造穩(wěn)健的汽車級質量，意法半導體為一個廣闊的市場提供一個廣而深的產品組合，“廣度”是指涵蓋從128KB到64MB的存儲器，從單核到多核處理器及虛擬化，“深度”是指每個系列都是為特定功能專門優(yōu)化設計：Stellar P和G系列專注于高集成度應用，而STM32A將是高性價比應用的理想選擇，瞄準那些看重能效和簡單的單核應用。

意法半導體的汽車微控制器開發(fā)戰(zhàn)略布局擴展版專注于幫助客戶降低設計復雜性，提高能效，同時確保下一代汽車達到更高的安全標準，涵蓋汽車電動化、個性化、自動化和通信連接。