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傳統(tǒng)汽車向電動(dòng)和網(wǎng)聯(lián)汽車轉(zhuǎn)型的變革趨勢(shì)下，為半導(dǎo)體廠商帶來(lái)了巨大機(jī)遇。在順應(yīng)這兩大趨勢(shì)的過(guò)程中，汽車半導(dǎo)體器件的數(shù)量越來(lái)越多，且飛速增長(zhǎng)。傳統(tǒng)上，一輛汽車中半導(dǎo)體器件的成本約500美元，而軟件定義的電動(dòng)汽車中，半導(dǎo)體器件成本預(yù)估為1500-2000 美元，是傳統(tǒng)汽車的3-4倍。
可觀的規(guī)模和成長(zhǎng)空間，自然吸引了半導(dǎo)體廠商紛紛“重注”。意法半導(dǎo)體（ST）就是如此，作為一家擁有廣泛產(chǎn)品組合的半導(dǎo)體公司，汽車是其重點(diǎn)關(guān)注的市場(chǎng)之一，它也從這種布局中獲得了可觀的回報(bào)。2021財(cái)年，汽車和分立器件產(chǎn)品部（ADG）總營(yíng)收43.5億美元，貢獻(xiàn)了ST總收入的30%以上。與2020年相比，汽車產(chǎn)品分部與功率和分立器件分部的營(yíng)收增幅均超過(guò)30%；從營(yíng)收分布情況來(lái)看，2021年ADG部門70%的收入來(lái)自汽車，隨后依次是工業(yè)(23%)和個(gè)人電子產(chǎn)品(7%)。
日前，ST汽車和分立器件產(chǎn)品部(ADG)戰(zhàn)略業(yè)務(wù)拓展負(fù)責(zé)人Luca Sarica在接受媒體采訪時(shí)談到，今年5月在巴黎舉行的資本市場(chǎng)日（Capital Market Day）活動(dòng)中，ST發(fā)布了全球戰(zhàn)略，并宣布要在2025~2027年成為一家營(yíng)收超過(guò) 200 億美元的企業(yè)，這一使命背后的主要?jiǎng)恿褪瞧嚇I(yè)務(wù)。
電動(dòng)化、數(shù)字化趨勢(shì)下的汽車半導(dǎo)體
根據(jù)Luca Sarica的解釋，在汽車電動(dòng)化和數(shù)字化的兩大趨勢(shì)中，除了上文所提到的半導(dǎo)體器件應(yīng)用空間的數(shù)倍增長(zhǎng)，還有相應(yīng)的價(jià)值空間的攀升。
在電動(dòng)化趨勢(shì)下，電動(dòng)汽車將新增電驅(qū)逆變器、車載充電器、DC-DC變換器和電池管理系統(tǒng)這四大主要電子模塊。除去常規(guī)電子器件，每輛汽車新增的半導(dǎo)體器件成本達(dá)到1000美元?？梢哉f(shuō)，新增的90% 的電子器件都來(lái)源于電源設(shè)備。
數(shù)字化趨勢(shì)下，汽車則需要更多的先進(jìn)微控制器和處理器、視覺(jué)系統(tǒng)、V2X和互聯(lián)以及雷達(dá)系統(tǒng)，每輛汽車由此新增加的半導(dǎo)體器件價(jià)值預(yù)估在350美元左右。
過(guò)去幾年，ST在電動(dòng)汽車/汽車電動(dòng)化領(lǐng)域投入了大量資金，包括投資寬禁帶技術(shù)和解決方案，如碳化硅、氮化鎵等。目前，在碳化硅領(lǐng)域，ST據(jù)稱是汽車行業(yè)首家提供一流解決方案、可幫助用戶制造超高能效電動(dòng)汽車的企業(yè)。
同時(shí)，在數(shù)字化領(lǐng)域，ST支持向軟件定義汽車的轉(zhuǎn)型，投資開(kāi)發(fā)了FD-SOI 數(shù)字技術(shù)，該技術(shù)配備有嵌入式非易失性存儲(chǔ)器和相變存儲(chǔ)器（PCM），是Stellar MCU統(tǒng)一數(shù)字平臺(tái)的主要驅(qū)動(dòng)力量。值得一提的是，Stellar統(tǒng)一數(shù)字化平臺(tái)主要用于滿足連接云端的汽車需求，相當(dāng)于每輛車的“大腦”，ST方面稱，該數(shù)字平臺(tái)包含微控制器和微處理器，旨在滿足原始設(shè)備制造商和汽車制造商對(duì)新架構(gòu)的需求，確保他們能夠獲得整體功能，能夠根據(jù)需求將汽車連上云端，更新軟件，并運(yùn)行個(gè)性化的軟件平臺(tái)。它是計(jì)算能力需求比傳統(tǒng)汽車高10多倍的軟件定義汽車的基礎(chǔ)。
此外，Luca Sarica也強(qiáng)調(diào)了產(chǎn)能的重要性，在ST的戰(zhàn)略性制造計(jì)劃中，擴(kuò)大12寸晶圓產(chǎn)能和寬禁帶技術(shù)產(chǎn)能非常關(guān)鍵，今年的關(guān)鍵進(jìn)展包括：7月宣布和格芯在法國(guó)建立300mm新廠推進(jìn)FD-SOI生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)；10月宣布在意大利建立碳化硅襯底綜合制造廠等，預(yù)計(jì)2023年實(shí)現(xiàn)8英寸SiC晶圓量產(chǎn)，到2025年SiC產(chǎn)能再提高2倍。
軟件定義汽車，改變了什么？
“軟件定義汽車帶來(lái)兩個(gè)根本性的變化：第一，它創(chuàng)造了新的用戶體驗(yàn)。第二，它創(chuàng)造了新的商業(yè)價(jià)值”， ST ADG 汽車MCU事業(yè)部高級(jí)總監(jiān)兼戰(zhàn)略辦公室成員 Davide Santo認(rèn)為。
他進(jìn)一步解釋說(shuō)，一方面，軟件定義汽車對(duì)車輛進(jìn)行了再造，可以讓用戶靈活地使用軟件定義功能，并享受更好的性能，包括獲得更好的人身安全和聯(lián)網(wǎng)安全保障。同時(shí)，用戶還可以不斷為汽車添加各種新功能和服務(wù)，這樣，隨著時(shí)間的推移，汽車價(jià)值得到了不斷提升。另一方面，從原始設(shè)備制造商的角度來(lái)看，汽車的生命周期變長(zhǎng)了，帶來(lái)了更多個(gè)性化售后服務(wù)的機(jī)會(huì)，完成了從過(guò)去傳統(tǒng)的“汽車模式”到無(wú)限用途開(kāi)發(fā)周期的轉(zhuǎn)變。這一過(guò)程雖然增加了投資成本，但也提供了更高的回報(bào)。
那么，從 ST 的角度來(lái)看，如何打造強(qiáng)大的軟件定義的汽車？Davide Santo認(rèn)為，軟件定義汽車的基礎(chǔ)包含三大支柱：首先，要盡可能地保證人身安全，絕不允許任何安全事故發(fā)生；其次，要保證信息安全，對(duì)于原始設(shè)備制造商而言，確保汽車能夠追蹤和收集數(shù)據(jù)極為重要；第三，汽車需要能夠“面向未來(lái)”，這是因?yàn)樵荚O(shè)備供應(yīng)商想要進(jìn)行無(wú)限用途的開(kāi)發(fā)，需要擁有一個(gè)面向未來(lái)的底層基礎(chǔ)，以滿足未來(lái)對(duì)資源、靈活性和應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)能力的需求。
Luca Sarica表示，未來(lái)，原始設(shè)備制造商的成功在很大程度上取決于是否能夠提供軟件定義汽車架構(gòu)所支持的額外特性、功能和服務(wù)。為此，他們應(yīng)該讓自己產(chǎn)品的軟硬件平臺(tái)富有特色，從而獲得差異化優(yōu)勢(shì)。
同時(shí)，架構(gòu)的改變也有助于原始設(shè)備制造商和汽車制造商實(shí)現(xiàn)兩個(gè)重要目標(biāo)：一個(gè)是降低應(yīng)用的總體擁有成本，例如，E/E 架構(gòu)可以降低線束和車輛組裝的成本。二是原始設(shè)備制造商需要擁有一個(gè)強(qiáng)大的環(huán)境，因?yàn)槲磥?lái)的汽車用戶可能需要更多功能，或是車輛的某些功能需要改進(jìn)，可以通過(guò)連接到云端的無(wú)線更新功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此可擴(kuò)展和可升級(jí)的軟硬件平臺(tái)至關(guān)重要，可以確保上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
硬件平臺(tái)扮演“樞紐”角色
“我們可以想象在汽車的新架構(gòu)中，位于汽車外圍的所有傳感器和驅(qū)動(dòng)設(shè)備將聚合和分發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸到中央信息和高性能的計(jì)算中心——這個(gè)計(jì)算中心將在抽象的層面決定該做什么，并部署相關(guān)行動(dòng)”， Davide Santo指出，“軟件定義汽車的基本原理其實(shí)就是獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并分區(qū)管理配電，從而將采用軟件重新配置汽車運(yùn)行模式的想法變成現(xiàn)實(shí)。”
也就是說(shuō)，汽車的硬件平臺(tái)需要發(fā)揮“類似于航空樞紐”的功能，就像大型機(jī)場(chǎng)中有小飛機(jī)降落，由小飛機(jī)將乘客和行李重新運(yùn)往一個(gè)更大的國(guó)際機(jī)場(chǎng)，然后再進(jìn)行新的長(zhǎng)途運(yùn)輸。
Stellar平臺(tái)就是ST承載“軟件定義汽車”理念的獨(dú)特平臺(tái)，由負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)對(duì)象控制的微控制器(MCU)和具有應(yīng)用級(jí)能力的微處理器(MPU)組成。其中，MCU系列除了能夠以最低的功耗提供最佳的實(shí)時(shí)性能外，還支持軟件隔離/虛擬化、自適應(yīng)功能安全和先進(jìn)的數(shù)據(jù)安全、高速連接和路由、OTA軟件無(wú)線更新等多重功能；MPU系列不僅可以提供實(shí)時(shí)性能，還能將算力、人身安全、數(shù)據(jù)安全和架構(gòu)進(jìn)行組合，便于用戶靈活添加面向服務(wù)的應(yīng)用和支持人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)的算法。
在ST的通用架構(gòu)軟件集成平臺(tái)中（如下圖），從上到下依次為：高性能的Stellar UP——它能夠進(jìn)行面向服務(wù)的應(yīng)用級(jí)計(jì)算；接下來(lái)是Stellar P/G系列，這是一個(gè)實(shí)時(shí)集成平臺(tái)，P指的是傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和新的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，G 指的是網(wǎng)關(guān)功能；最下面是專門針對(duì)電動(dòng)化的產(chǎn)品家族Stellar E系列，涵蓋高性能計(jì)算和驅(qū)動(dòng)?；诮y(tǒng)一的架構(gòu)原則，Stellar系列涵蓋高性能計(jì)算和驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，還擁有統(tǒng)一的計(jì)算引擎、人身安全和數(shù)據(jù)安全、通信系統(tǒng)和軟件工具。
如何應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車新挑戰(zhàn)？
基于強(qiáng)大的平臺(tái)功能，Stellar MCU 平臺(tái)能夠應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車的不同挑戰(zhàn)：首先，由于汽車配備大電池，會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)，而Stellar平臺(tái)能夠?qū)⒏嘬浖傻较嗤?MCU 中，降低了數(shù)據(jù)遷移的復(fù)雜性，并減少了所需的電纜數(shù)量，進(jìn)而減少了車輛的線束和重量。第二，也是最重要的一個(gè)方面——能源管理，該平臺(tái)能夠協(xié)調(diào)車輛戰(zhàn)略，有助于高效開(kāi)發(fā)出精準(zhǔn)監(jiān)控和電池平衡的電池管理系統(tǒng)，同時(shí)自身不會(huì)消耗太多電力，這是變得更為環(huán)保的基礎(chǔ)。此外，SiC/GaN的廣泛使用能夠讓車載充電機(jī)變得更輕、更小、更經(jīng)濟(jì)，通過(guò)一顆Stellar MCU就可以控制整個(gè)系統(tǒng)，大幅降低系統(tǒng)尺寸和成本。這些技術(shù)共同助力了低功耗模式的平臺(tái)能夠高效計(jì)算，從而提高了能源管理的效率。
據(jù)ST亞太區(qū)汽車產(chǎn)品市場(chǎng)及應(yīng)用負(fù)責(zé)人鄭明發(fā)介紹，為了給中國(guó)市場(chǎng)提供更多支持，進(jìn)一步履行對(duì)本地市場(chǎng)的承諾，2019年，ST在上海建立了新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心(NEV)，能夠?yàn)榭蛻籼峁┮粋€(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋系統(tǒng)設(shè)計(jì)套件、硬件設(shè)計(jì)、軟件、GUI開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、系統(tǒng)功能安全、基準(zhǔn)和驗(yàn)證測(cè)試報(bào)告，以及所有相關(guān)文檔。三年來(lái)，新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心已成功開(kāi)發(fā)了20多個(gè)應(yīng)用解決方案，其中，7個(gè)專注于電氣化，5個(gè)專注于數(shù)字化或網(wǎng)絡(luò)連接，8個(gè)支持高能效(Forever-Green)。
在消除消費(fèi)者對(duì)續(xù)航里程和充電時(shí)間的焦慮，不斷提升汽車安全性能，并讓汽車成本在可承受范圍內(nèi)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的過(guò)程中，NEV發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)正在采用新的電子電氣架構(gòu)區(qū)域(EEA)概念，其特點(diǎn)之一便是電氣化應(yīng)用和智能應(yīng)用的高度集成?；诖耍瑒?chuàng)新中心除了通過(guò)開(kāi)發(fā)啟動(dòng)系統(tǒng)解決方案套件，提供經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果，將概念性想法轉(zhuǎn)化為可行的應(yīng)用解決方案外，還基于可移動(dòng)、靈活和可擴(kuò)展的模型方法論，為戰(zhàn)略合作伙伴提供量身定制的高度集成的多合一電氣化應(yīng)用解決方案，甚至還可以考慮支持合作伙伴開(kāi)發(fā)專用設(shè)備，以提高客戶解決方案的性能和市場(chǎng)地位。
汽車芯片“玩法”被顛覆
汽車制造商已經(jīng)充分了解了統(tǒng)一架構(gòu)（新的E/E架構(gòu)）相對(duì)于過(guò)去分布式架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，他們希望能夠采用一個(gè)獨(dú)特的可在不同汽車和子系統(tǒng)進(jìn)行拓展的單一架構(gòu)，這將有助于簡(jiǎn)化軟件的采用和開(kāi)發(fā)，確保軟件的可擴(kuò)展性和可移動(dòng)性。
在未來(lái)生態(tài)中，汽車制造商將扮演越來(lái)越重要的角色，尤其是在軟件定義汽車領(lǐng)域，汽車制造商不僅和Tier 1和Tier 2供應(yīng)商溝通，還直接與ST這樣的半導(dǎo)體廠商溝通合作，以確定汽車中所需的器件，從而實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)品的差異化、提供更好的客戶體驗(yàn)，并縮短整體開(kāi)發(fā)周期。
大眾汽車已經(jīng)宣布，將基于ST的Stellar系列微控制器架構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展，未來(lái)大眾集團(tuán)的所有一級(jí)供應(yīng)商將只使用雙方聯(lián)合開(kāi)發(fā)的芯片（AU1系列），或者ST的Stellar系列標(biāo)準(zhǔn)微控制器。近期，大眾旗下軟件公司 CARIAD也宣布與ST合作，據(jù)了解，旨在共同開(kāi)發(fā)Stellar 平臺(tái)的一個(gè)重要構(gòu)建模塊—— MPU。
“這是一個(gè)富有成效的合作。一方面，可以通過(guò)CARIAD的軟件優(yōu)勢(shì)，提供統(tǒng)一軟件平臺(tái)，為大眾汽車的轉(zhuǎn)型提供強(qiáng)有力支持。另一方面，可以利用ST滿足未來(lái)需求的硬件能力”， Luca Sarica指出，“這項(xiàng)合作會(huì)成為一個(gè)強(qiáng)有力的加速因素，豐富Stellar統(tǒng)一數(shù)字平臺(tái)構(gòu)建模塊的價(jià)值?！?/p>
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