汽車(chē)微控制器技術(shù)為下一代車(chē)輛帶來(lái)全新突破

意法半導體（STMicroelectronics，簡(jiǎn)稱(chēng)ST）深耕汽車(chē)市場(chǎng)已超過(guò)30年，為客戶(hù)提供涵蓋典型車(chē)輛中多數應用的多元產(chǎn)品與解決方案。隨著(zhù)市場(chǎng)的發(fā)展，ST的產(chǎn)品陣容不斷精進(jìn)，其中汽車(chē)微控制器（MCU）是關(guān)鍵之一。
在嵌入式非揮發(fā)性?xún)却妫╡NVM）領(lǐng)域，ST最早推出ST10系列，隨后推出采用 PowerPC 架構的 SPC5 系列車(chē)用微控制器，累計出貨量已超過(guò)10億顆。此外，STM8系列中具成本效益的汽車(chē)控制器也進(jìn)一步豐富了產(chǎn)品選擇。

Stellar產(chǎn)品家族
ST最新一代的汽車(chē)微控制器 Stellar 系列，為業(yè)界首款涵蓋整個(gè)車(chē)用MCU范疇的 Arm架構產(chǎn)品組合，從入門(mén)級到高階解決方案皆有提供。這些先進(jìn)的微控制器能降低系統復雜性，確保安全性與保密性，并提升次世代車(chē)輛架構與功能的性能與效率?？蛻?hù)可藉此縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，專(zhuān)注于為軟件定義車(chē)輛（Software-Defined Vehicle；SDV）帶來(lái)創(chuàng )新與差異化，在競爭激烈的市場(chǎng)中脫穎而出。正因如此，Stellar 產(chǎn)品在亞洲和歐洲的客戶(hù)間愈加受到青睞。

Stellar是業(yè)界首個(gè)進(jìn)入 eFlash 之后的嶄新技術(shù)產(chǎn)品系列，代表目前市面上最成熟、內存組件體積最小的汽車(chē)級解決方案。Stellar系列針對電氣化進(jìn)行優(yōu)化，包括X-in-1車(chē)輛動(dòng)作控制運算、新型車(chē)輛架構、分區與域控制，以及專(zhuān)為關(guān)鍵安全子系統（如ADAS）設計的安全微控制器。
它全面支持汽車(chē)的轉型發(fā)展，將多項功能整合至單一裝置，同時(shí)持續增加車(chē)輛功能。這得益于多項關(guān)鍵技術(shù)，包括精確選定的核心技術(shù)、虛擬化、以太網(wǎng)絡(luò )支持，以及嵌入汽車(chē)MCU的突破性?xún)却婕夹g(shù)，這對于面臨應用內存容量挑戰的客戶(hù)而言，帶來(lái)了革命性的改變。
Stellar微控制器采用Arm Cortex-R52+技術(shù)，這款高效能處理器提供實(shí)時(shí)虛擬化功能，專(zhuān)為時(shí)間關(guān)鍵型的安全與保密系統設計。它能夠同時(shí)運行多個(gè)應用程序，且相互之間不會(huì )干擾。此外，透過(guò)全可編程的輔助核心，可加速特定功能，例如路由、低功耗管理和數字濾波，同時(shí)減輕主核心的運算負擔。
Arm汽車(chē)業(yè)務(wù)線(xiàn)資深副總裁暨總經(jīng)理Dipti Vachani表示，「隨著(zhù)駕駛體驗在人工智能與軟件定義車(chē)輛的時(shí)代不斷演進(jìn)，提升汽車(chē)的功能安全、靈活性及實(shí)時(shí)效能能力至關(guān)重要。Stellar微控制器系列以Arm技術(shù)為基礎，結合Arm運算平臺的先進(jìn)安全與實(shí)時(shí)功能，以及廣泛的Arm軟件生態(tài)系統。這不僅能幫助汽車(chē)制造商遵守嚴格的安全法規，同時(shí)也能導入創(chuàng )新功能，保持其在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先地位?！?br/>Stellar 微控制器為車(chē)輛導入以太網(wǎng)絡(luò )功能，并成為 ST 首款內建以太網(wǎng)絡(luò )交換器的微控制器。透過(guò)以太網(wǎng)絡(luò )，數據傳輸更加高效且靈活，能支持所需的千兆吞吐量，并提供更高等級的安全性。透過(guò)支持多種車(chē)內通訊拓撲結構，例如以太網(wǎng)絡(luò )環(huán)路，車(chē)用微控制器能有效縮短車(chē)內電線(xiàn)長(cháng)度并降低制造成本，達成將電線(xiàn)長(cháng)度和成本減半的目標。


相變內存將重新定義車(chē)輛軟件的可能性
Stellar微控制器內建的相變內存（Phase Change Memory；PCM）技術(shù)及其靈活性，徹底改變了無(wú)線(xiàn)（OTA）更新的實(shí)施方式。在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，OTA 更新是新增功能、安全補丁或保密性更新的關(guān)鍵技術(shù)，且無(wú)需實(shí)體介入。然而，這種靈活性通常需要提前慎重考慮未來(lái)的內存需求，這可能導致成本增加和規劃的復雜化。
ST的PCM技術(shù)并非普通的內存。不僅是業(yè)界車(chē)用微控制器中體積最小的內存單元，還開(kāi)創(chuàng )了一項在汽車(chē)領(lǐng)域的革命性突破，重新定義車(chē)輛軟件的可能性。憑借ST的創(chuàng )新PCM技術(shù)，內存功能達到了全新的精密層次。這不僅是提升內存效能，而是一項前瞻性的解決方案，為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)高度適應性與長(cháng)期價(jià)值，使最終開(kāi)發(fā)者能夠不斷改良與升級車(chē)輛功能。
隨著(zhù)車(chē)輛逐漸轉向以軟件為主導的設計，導引新功能與升級能力變得不可或缺。PCM的突破性技術(shù)支持這一的轉變，使車(chē)輛更加靈活并專(zhuān)注于未來(lái)發(fā)展，為汽車(chē)制造商提供全新方式來(lái)改善駕駛體驗，伴隨車(chē)輛技術(shù)持續進(jìn)步。
此外，PCM 提供不中斷 OTA 更新的能力。PCM 可安全地儲存更新檔案，而不影響車(chē)輛當前的運行狀態(tài)。憑借同步讀寫(xiě)功能，新軟件的下載過(guò)程不會(huì )干擾微控制器上已在運行的應用程序代碼，確保在更新期間維持穩定的性能。
Stellar P系列專(zhuān)為多功能整合而設計，Stellar G系列則針對軟件定義車(chē)輛（SDV）分區控制器的需求進(jìn)行優(yōu)化。這兩個(gè)系列采用 ST內部研發(fā)的eNVM 技術(shù)，使用28納米FD-SOI 制程，具備更高的頻率表現、更低的功耗，以及更強的抗輻射能力。Stellar是首款通過(guò)功能安全認證的 28 納米產(chǎn)品，預計將于2024年年底開(kāi)始量產(chǎn)。
Stellar系列支持 X-in-1動(dòng)力系統的發(fā)展趨勢，加速從化石燃料車(chē)輛轉向電動(dòng)車(chē)的進(jìn)程。X-in-1動(dòng)力系統解決方案將多個(gè)組件整合到單一的電子控制單元 （Electronic Control Unit；ECU）中，使制造商能夠打造高效、小巧且具成本效益的車(chē)輛。
Stellar提供可擴充的X-in-1解決方案，能滿(mǎn)足從低度整合到高度整合的多種ECU需求。此解決方案透過(guò)增加核心數量、模擬組件與I/O功能的靈活性，支持日益復雜的X-in-1系統。
欣旺達創(chuàng )辦人王明旺表示，「欣旺達為汽車(chē)供貨商提供穩定可靠的電子系統解決方案。此次我們與意法半導體展開(kāi)的新合作，專(zhuān)注于使用ST先進(jìn)的 Stellar 微控制器及其專(zhuān)有制程研發(fā)的解決方案，主要包括電池管理系統（BMS）、車(chē)輛動(dòng)態(tài)控制（Vehicle Dynamic Control；VDC）／分區控制及車(chē)身控制功能。我們的目標是共同為中國及全球的下一代能源車(chē)輛提供智慧解決方案?！?br/>Stellar 微控制器的核心元素，包括：1.Arm Cortex-R52+ 技術(shù)：可同時(shí)運行多個(gè)實(shí)時(shí)應用程序，且互不干擾；2.FD-SOI 技術(shù)：達到更高的運算頻率，同時(shí)降低功耗，并提升抗輻射能力；3.全新強大的無(wú)線(xiàn)更新方式與真正的 EEPROM 功能；4.系列以太網(wǎng)絡(luò )相關(guān)技術(shù)（MAC、MACSec、交換器）：可分配大量數據，支持多種車(chē)內通訊拓撲結構，并降低車(chē)輛制造成本；5.完全可編程的輔助核心：用于加速特定功能，例如路由、低功耗管理與數字濾波，同時(shí)減輕主核心的負擔。


進(jìn)軍車(chē)用領(lǐng)域
作為汽車(chē)微控制器擴展藍圖的一部分，ST 將導入先進(jìn)的 STM32 通用微控制器平臺進(jìn)入車(chē)用領(lǐng)域。STM32 平臺具有成本優(yōu)化、簡(jiǎn)易性與穩定性。在加強汽車(chē)級質(zhì)量與安全性的基礎上，STM32A 將達到最高 ASIL B 標準。該平臺將專(zhuān)為邊緣執行裝置設計，從最簡(jiǎn)單的功能到更復雜的單一任務(wù)，都能以?xún)?yōu)化的成本處理。這尤其適合于車(chē)輛系統中的應用，如車(chē)窗、后視鏡與車(chē)頂的馬達控制等功能。

工業(yè)與汽車(chē)領(lǐng)域的最佳融合：邁向統一的未來(lái)
隨著(zhù)時(shí)間的推移，工業(yè)與汽車(chē)硬件及軟件平臺的融合將結合這兩個(gè)領(lǐng)域的優(yōu)勢。汽車(chē)領(lǐng)域帶來(lái)了強大的安全技術(shù)專(zhuān)長(cháng)，而工業(yè)領(lǐng)域則具備深厚的物聯(lián)網(wǎng)與人工智能解決方案基礎。未來(lái)的融合將共享硬件技術(shù)、核心架構，以及統一的工具與軟件生態(tài)系統，讓客戶(hù)能在不同解決方案間無(wú)縫切換，提供簡(jiǎn)化流程與全面的擴充能力，加速創(chuàng )新。
邊緣AI技術(shù)便是工業(yè)應用現已采用，而且未來(lái)將惠及汽車(chē)領(lǐng)域的典范之一。神經(jīng)加速器技術(shù)及相關(guān)工具讓開(kāi)發(fā)者能輕松將AI導入應用中，無(wú)論其數據科學(xué)的專(zhuān)業(yè)程度如何，都能有效加強汽車(chē)系統功能。ST 在過(guò)去十年間致力于開(kāi)發(fā)微控制器、智能傳感器和 AI 軟件工具，以滿(mǎn)足客戶(hù)需求并充分利用邊緣 AI 的潛力。
雖然 AI 在汽車(chē)領(lǐng)域（超越自駕車(chē)應用）仍處于初始階段，但已有一些具有潛力的應用趨勢正在浮現，例如系統優(yōu)化、能源效率提升及問(wèn)題解決。舉例來(lái)說(shuō)，虛擬傳感器可以測量轉子溫度，預測性維護則可確保車(chē)輛可靠性。隨著(zhù)車(chē)輛內傳感器數量大幅增加，AI 將在虛擬化許多傳感器發(fā)揮關(guān)鍵作用，進(jìn)一步提升汽車(chē)性能。同時(shí)，在安全性領(lǐng)域，工業(yè)與汽車(chē)的融合也將帶來(lái)顯著(zhù)的益處。
未來(lái)將采用最先進(jìn)且更高效的 18 納米制程技術(shù)。ST 為車(chē)用微控制器打造的先進(jìn)技術(shù)組合涵蓋 40 納米、28 納米及 18 納米制程技術(shù)，以?xún)?yōu)化產(chǎn)品性能與成本，滿(mǎn)足不同應用需求。


IDM 模式為客戶(hù)帶來(lái)的價(jià)值
作為一家垂直整合制造商（IDM），ST 開(kāi)發(fā)基礎的半導體制程技術(shù)，建立核心智慧財產(chǎn)（IP），并利用這些技術(shù)和 IP 設計產(chǎn)品，同時(shí)透過(guò)自有工廠(chǎng)或合作伙伴進(jìn)行制造、測試及封裝。這種模式為客戶(hù)帶來(lái)多項優(yōu)勢：制程技術(shù)針對客戶(hù)在不同市場(chǎng)的應用需求進(jìn)行設計與優(yōu)化，專(zhuān)為特定功能與系統設計的IP模塊，制造過(guò)程透過(guò)制程、產(chǎn)品及運營(yíng)團隊之間的緊密合作，達到性能與良率的優(yōu)化，控制制造產(chǎn)能并建立靈活且可靠的供應鏈。上述這些優(yōu)勢對于汽車(chē)客戶(hù)尤為重要，能確保其產(chǎn)品的穩定性與競爭力。
這些優(yōu)勢的典范是 ST 為其 Stellar 微控制器開(kāi)發(fā)的 FD-SOI 與 PCM 技術(shù)結合。ST 是這兩項技術(shù)的重要創(chuàng )新者之一，并與合作伙伴攜手將其推向市場(chǎng)。ST 對技術(shù)的精通及針對汽車(chē)應用的調整能力，打造出具有獨特優(yōu)勢的產(chǎn)品。ST 的 PCM 技術(shù)應用，使其創(chuàng )造出業(yè)界體積最小的內存單元，記憶密度達到其他選項的兩倍。
由于這項內存技術(shù)具備高能源效率、高可靠性與抗輻射能力，采用 FD-SOI 設計且嵌入 PCM 的芯片能滿(mǎn)足汽車(chē)應用最嚴苛的要求。ST 的 PCM 技術(shù)符合 AEC-Q100 Grade 0 汽車(chē)標準，運作溫度可達 +165°C。這項專(zhuān)利技術(shù)還支持高溫數據保存，包括焊接回流過(guò)程，確保韌體能在焊接前完成上傳。


生態(tài)系統在轉型中扮演關(guān)鍵角色
從開(kāi)發(fā)工具到針對安全性、保密性及數據交換與分配的專(zhuān)用庫，ST 建立一個(gè)廣泛的合作伙伴生態(tài)系統，進(jìn)一步加強其技術(shù)產(chǎn)品組合的能力。這不僅補充了領(lǐng)先的技術(shù)，還簡(jiǎn)化了流程，幫助客戶(hù)在邁向軟件定義車(chē)輛（SDV）的轉型過(guò)程中更加順利。
Green Hills Software創(chuàng )辦人暨執行長(cháng)CEO Dan O’Dowd 表示，「意法半導體與Green Hills Software 密切合作，致力于提供創(chuàng )新的整合硬件與軟件解決方案，以因應汽車(chē) OEM 和 Tier 1 供貨商在下一代車(chē)輛分區架構中面臨的日益成長(cháng)的挑戰。Green Hills 量產(chǎn)驗證的安全認證 RTOS 和工具，結合 ST Stellar SR6 的獨特通訊技術(shù)，提供先進(jìn)的容錯分區網(wǎng)絡(luò )，大幅降低單一車(chē)輛成本成本并縮短上市時(shí)間?！?br/>Vector嵌入式軟件與系統產(chǎn)品線(xiàn)總監Jochen Rein進(jìn)一步表示，「透過(guò) MICROSAR Classic，我們?yōu)榭蛻?hù)提供安全且穩定的ECU基礎軟件，涵蓋廣泛的應用范例。由于多年來(lái)與 ST 的密切合作，針對全新Stellar微控制器的相應支持已經(jīng)到位。將 Stellar 的先進(jìn)硬件與Vector穩定的軟件結合，客戶(hù)能夠為ADAS應用提供最高等級的安全性與可靠性，同時(shí)成功因應邁向軟件定義車(chē)輛的轉型挑戰?！?br/>普華基礎軟件副總裁羅通說(shuō)道，「普華基礎軟件是中國領(lǐng)先的車(chē)用操作系統開(kāi)發(fā)商，也是 AUTOSAR 在中國基礎設施軟件的首選合作伙伴。自 2016 年與 ST 開(kāi)始合作以來(lái)，普華基礎軟件已成為 ST 在中國的 MCAL 代理商，支持多款微控制器產(chǎn)品，包括 SPC58、SPC56 和 STM8A。雙方未來(lái)將在新推出的 Stellar 系列產(chǎn)品上展開(kāi)更深入的策略合作，并將支持 EasyXMen 開(kāi)源操作系統?！?br/>東軟睿馳NeuSAR CP 產(chǎn)品事業(yè)部總監王繼鵬進(jìn)一步表示，「東軟睿馳的軟件平臺 NeuSAR 是中國全堆?！篈UTOSAR + 中間件』量產(chǎn)的領(lǐng)先者，廣泛應用于下一代 ADAS、底盤(pán)、動(dòng)力和車(chē)身控制系統。東軟睿馳提供完整的解決方案，涵蓋 ST SPC5 和 Stellar E 系列車(chē)用微控制器，并包括應用層與基礎層軟件、啟動(dòng)加載程序、韌體更新與模擬，未來(lái)將延伸至新一代 Stellar P 和 G 系列。雙方將攜手打造更高層次的汽車(chē)級軟硬件整合解決方案，幫助 OEM 和一級供貨商提升效率、提供個(gè)人化與差異化功能，加速推動(dòng)軟件定義車(chē)輛（SDV）的創(chuàng )新發(fā)展?！?br/>

結論
ST 以產(chǎn)品架構的共同基礎與高可靠性的汽車(chē)級質(zhì)量為核心，提供廣泛且深入的產(chǎn)品系列?！笍V泛性」指其涵蓋范圍從128 KB到64 MB的內存，以及從單核到多核虛擬化運算；「深入性」則在于每個(gè)系列的專(zhuān)屬功能設計，例如Stellar P和G系列著(zhù)重于多功能整合，而 STM32A 則針對單核應用進(jìn)行優(yōu)化，聚焦于效能與簡(jiǎn)化設計。

ST 擴展的車(chē)用微控制器藍圖著(zhù)重于協(xié)助客戶(hù)簡(jiǎn)化系統設計、提升運作效率，同時(shí)確保次世代汽車(chē)的最高安全性與可靠性標準。該藍圖涵蓋電氣化、個(gè)性化、自動(dòng)化以及連結性等關(guān)鍵領(lǐng)域。